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摘 要：以英飞凌公司生产的16位单片机XE162F为核心处理器，以光伏发电为背景，旨在解决太阳能利用率较低的问题，为此提出基于英飞凌单片机的太阳能高效利用系统设计方案。采用光电传感器，实现对光源的检测和追踪。采用舵机调整电池板的最佳俯仰角，使太阳能电池板能正对并跟踪光源。其中关于太阳能最大功率点的跟踪监测（MPPT）算法，我们采用了控制精度高，低成本的扰动控制法进行最大功率点的实时监测。
关键词：XE162；光伏发电；最大功率点MPPT；扰动控制算法
中图分类号：TB文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2012）03-0294-01
1 太阳能电池特性解析
（1）太阳能电池板是由许多个小的太阳能电池组成，根据需要的电压和电流，通过相应的小太阳能电池块串并联获得。每个太阳能电池都是有具有PN结的半导体组成，太阳能电池的伏安特性与太阳辐射强度和温度息息相关。
（2）影响太阳能输出的影响因子，光照强度和温度，还有其它影响，纬度地理位置的影响。
（3）太阳能电池的功率电压特性：太阳能的最大输出功率随光照强度的增强而变大，且在统一光照环境下有且只有一个最大输出功率。在最大功率点左侧，输出功率随电池端电压上升而增大，近似线性增大的关系；最大功率点右侧，输出功率随输出电压的增大而急剧下降。
（4）影响太阳能电池功率电压特性因子：我们主要研究了温度这一影响因子。在统一光照强度下，太阳能输出功率变化趋势先升后降。在达到最大功率点前，太阳能电池输出最大功率点随电池温度上升而下降。同时，最大功率点对应的工作电压随温度上升而上升。
2 硬件电路设计
本系统是基于英飞凌单片机太阳能最大功率点监测及跟踪，系统由电源管理模块、控制模块、光强采集模块、舵机模块、人机交互模块、显示模块等组成。我们只要针对英飞凌XE162这款单片机控制及内部资源的研究。主控系统图如图1。
3 最大功率点（MPPT）控制之策略
（1）MPPT的工作原理：在一个规定的周期内，微处理器定期地主动调节PWM的占空比D，改变太阳能电池的输出电流，从而引起太阳能电池的输出电压变化，检测太阳能电池输出电压及输出电流，计算出太阳能电池阵列的输出功率，然后根据最大功率点跟踪策略寻找最大功率点的位置。
（2）最大功率跟踪（MPPT）的算法：主要有开路电压控制法（Open Voltage，OV），恒定电压控制法（Constant Voltage，CV），短路电流法（Circuit Current，CC），扰动观测法（Perturb and Observe，P&O），增量电导法（Incremental Conductance，IC），模糊逻辑控制法（Fuzzy Logic，FL），人工神经网络控制法（Artificial Neutral Network，ANN），功率数学模型（Power Math Model，PMM），遗传算法（Genetic Algorithm，GA）等等。在这些方法中，目前最常见的是扰动观测法（P＆O）和增量电导法（IC），而扰动观测法以其控制精度高，实现成本低，优势更强。
（3）扰动观察法：是一种基于实时控制的MPPT控制算法，它通过对电路施加某一幅度的扰动，改变太阳能光伏电池的工作状态，同时观察并计算太阳能电池板实际输出功率大小。得到当前时刻值后，将其与前一时间值进行比较，通过对比结果确定下次扰动方向，最终得出目标值，从而使得太阳能电池板的工作输出最终稳定在最大功率点附近。
扰动控制量△D 为系统中非常重要的参数，为了加快系统寻优速度，要求扰动控制量△D要尽量大些。然而最大功率跟踪精度又要求扰动控制量△D尽量小。这是一对矛盾关系，为了实现相应的控制速度，必定以损失控制精度为代价。为了解决上述问题，我们提出了极速扰动观测算法，保证以最少能量损失最快速度完成最大功率跟踪控制的同时，精度达到最高。极速扰动观测算法是吸收了二分寻优法这一快速寻优特点的扰动观测法。加快系统寻优速度，要求扰动控制量△D 尽量大些。
（4）实验结果验证：经过硬件设计，基本实现了英飞凌单片机对太阳能最大功率点的跟踪和检测，实时控制舵机让太阳能电池转向并捕获最大功率点的位置，测的数据显示对太阳能利用率能达到30%左右，太阳能最大功率点跟踪能达到较同步的控制。
参考文献
［1］吴新社.电子、通信与自动控制技术［J］.中国学术期刊文摘，2007.
［2］张辉.现代通信原理与技术［M］.成都：电子科技大学出版社，2003.
［3］陈敏，太阳能电池最大功率点追踪的控制策略阴［J］.太阳能学报，2007.
关键词：XE162；光伏发电；最大功率点MPPT；扰动控制算法
中图分类号：TB文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2012）03-0294-01
1 太阳能电池特性解析
（1）太阳能电池板是由许多个小的太阳能电池组成，根据需要的电压和电流，通过相应的小太阳能电池块串并联获得。每个太阳能电池都是有具有PN结的半导体组成，太阳能电池的伏安特性与太阳辐射强度和温度息息相关。
（2）影响太阳能输出的影响因子，光照强度和温度，还有其它影响，纬度地理位置的影响。
（3）太阳能电池的功率电压特性：太阳能的最大输出功率随光照强度的增强而变大，且在统一光照环境下有且只有一个最大输出功率。在最大功率点左侧，输出功率随电池端电压上升而增大，近似线性增大的关系；最大功率点右侧，输出功率随输出电压的增大而急剧下降。
（4）影响太阳能电池功率电压特性因子：我们主要研究了温度这一影响因子。在统一光照强度下，太阳能输出功率变化趋势先升后降。在达到最大功率点前，太阳能电池输出最大功率点随电池温度上升而下降。同时，最大功率点对应的工作电压随温度上升而上升。
2 硬件电路设计
本系统是基于英飞凌单片机太阳能最大功率点监测及跟踪，系统由电源管理模块、控制模块、光强采集模块、舵机模块、人机交互模块、显示模块等组成。我们只要针对英飞凌XE162这款单片机控制及内部资源的研究。主控系统图如图1。
3 最大功率点（MPPT）控制之策略
（1）MPPT的工作原理：在一个规定的周期内，微处理器定期地主动调节PWM的占空比D，改变太阳能电池的输出电流，从而引起太阳能电池的输出电压变化，检测太阳能电池输出电压及输出电流，计算出太阳能电池阵列的输出功率，然后根据最大功率点跟踪策略寻找最大功率点的位置。
（2）最大功率跟踪（MPPT）的算法：主要有开路电压控制法（Open Voltage，OV），恒定电压控制法（Constant Voltage，CV），短路电流法（Circuit Current，CC），扰动观测法（Perturb and Observe，P&O），增量电导法（Incremental Conductance，IC），模糊逻辑控制法（Fuzzy Logic，FL），人工神经网络控制法（Artificial Neutral Network，ANN），功率数学模型（Power Math Model，PMM），遗传算法（Genetic Algorithm，GA）等等。在这些方法中，目前最常见的是扰动观测法（P＆O）和增量电导法（IC），而扰动观测法以其控制精度高，实现成本低，优势更强。
（3）扰动观察法：是一种基于实时控制的MPPT控制算法，它通过对电路施加某一幅度的扰动，改变太阳能光伏电池的工作状态，同时观察并计算太阳能电池板实际输出功率大小。得到当前时刻值后，将其与前一时间值进行比较，通过对比结果确定下次扰动方向，最终得出目标值，从而使得太阳能电池板的工作输出最终稳定在最大功率点附近。
扰动控制量△D 为系统中非常重要的参数，为了加快系统寻优速度，要求扰动控制量△D要尽量大些。然而最大功率跟踪精度又要求扰动控制量△D尽量小。这是一对矛盾关系，为了实现相应的控制速度，必定以损失控制精度为代价。为了解决上述问题，我们提出了极速扰动观测算法，保证以最少能量损失最快速度完成最大功率跟踪控制的同时，精度达到最高。极速扰动观测算法是吸收了二分寻优法这一快速寻优特点的扰动观测法。加快系统寻优速度，要求扰动控制量△D 尽量大些。
（4）实验结果验证：经过硬件设计，基本实现了英飞凌单片机对太阳能最大功率点的跟踪和检测，实时控制舵机让太阳能电池转向并捕获最大功率点的位置，测的数据显示对太阳能利用率能达到30%左右，太阳能最大功率点跟踪能达到较同步的控制。
参考文献
［1］吴新社.电子、通信与自动控制技术［J］.中国学术期刊文摘，2007.
［2］张辉.现代通信原理与技术［M］.成都：电子科技大学出版社，2003.
［3］陈敏，太阳能电池最大功率点追踪的控制策略阴［J］.太阳能学报，2007.