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DS1307在太阳能电池控制装置中的应用

? 2018年01月26日 09:40 ? 次阅读

心博天下娱乐平台 www.syycw.cn 介绍了美国DALLAS公司推出的低功耗时钟芯片DS1307的结构和工作原理及其在太阳能电池控制系统中的应用。DS1307可以对年、月、日、时、分、秒进行计时,且具有闰年补偿等多种功能。太阳光线在不同的季节和不同时间其照射的方向及角度是不一样的,为了最有效地接收到太阳光,太阳能电池板必须随着季节和时间的变化而改变方向,实时钟芯片DS1307对于太阳能电池板控制系统的时间与日期的确定具有重要意义。

0 引言

很多控制系统都需要借助于时间和日期,太阳能电池(发电系统)的电池板控制就是其中最典型的一例。太阳光线在春、夏、秋、冬的不同季节以及一天的不同时段其光照的方向和角度都不一样,为了最大限度地发挥太阳能电池(发电系统)的作用,太阳能电池板必须随着季节和时间的变化而改变其方向,如图1所示是太阳能电池板在一天中的三个时间与太阳光线的位置关系。在设计太阳能电池板的控制系统时就要涉及到实时日期和时间,而实时钟芯片DS1307可以对年、月、日、时、分、秒进行准确计时,在系统中采用DS1307可很好地解决太阳能电池板控制的时间与日期问题。

DS1307在太阳能电池控制装置中的应用

1、DS1307的结构及工作原理

DS1307是美国DALLAS公司推出的一种高性能的实时时钟芯片,它是一个有56字节非易失SRAM的低功耗、全BCD码的时钟日历RTC(real-TImeclock)。其时钟具有12小时制和24小时制两种制式。其地址和数据信号可通过TWI双向总线(与I2C总线兼容)传输。

1.1、DS1307的管脚及功能定义

DS1307具有自动掉电保护和上电复位功能,可输出不同频率的方波信号,其引脚排列如图2所示。图中:

DS1307在太阳能电池控制装置中的应用
图2 ds1307引脚图

VCC:+5V电源;

VBAT:+3V电池电源输入;

X1,X2:32.768kHz的晶振输入端;

SDA:数据线;

SCL:时钟线;

SQW/OUT:方波信号输出端。

1.2、DS1307的内部寄存器及功能

DS1307RTC寄存器地址为00h到07h;RAM寄存器地址位于08h到3Fh。在多字节访问期间,如果地址到达RAM空间的结尾3Fh处,将发生卷绕,此时将定位到开始处即00h单元。DS1307的时间和日历信息要通过读取相应的寄存器来设置和初始化。如寄存器0的位7定义为振荡器的使能、停止位(CH):即CH=1,振荡器停止;CH=0,振荡器使能。而小时寄存器的位6则定义为12小时、24小时的选择位:即BIT6=1时为12小时格式,BIT5=1指示PM;BT6=0时为24小时格式,此时BIT5为第二个小时的指示位,且依赖于R/W的状态。DS1307内部有8个特殊寄存器即00H~07H单元,其中00H~06H分别为秒~年时间计数寄存器,07H为控制寄存器。控制寄存器07H单元用于控制芯片7脚产生不同频率的方波信号。具体作用如表1所示。

DS1307在太阳能电池控制装置中的应用

其中:OUT为控制位,SQWE是使能位。当SQWE=0时,如果OUT=0,则SQW/OUT引脚输出低电平,如果OUT=1,则SQW/OUT引脚输出为高电平。当SQWE=1时,由RS1,RS0决定引脚/OUT输出不同频率的方波信号。RS1,RS0与输出频率的关系如表2所示。

DS1307在太阳能电池控制装置中的应用

总线接口单元包括数据与地址移位寄存器TWDR,START/STOP控制器和总线仲裁判定硬件电路单元。TWDR寄存器用于存放发送或者接收的数据或者地址。除了8位的TWDR,总线接口单元还有一个寄存器,包含了用于发送或者接受应答的(N)ACK信号,这个寄存器不能由程序直接访问。当接收数据时,它可以通过TWI控制寄存器TWCR来复位或者清零;在发送数据时,(N)ACK的值由TWCR的值决定。

1.3 DS1307的数据交换及其格式

DS1307在TWI总线上作为一个从器件。通过执行一个START命令并且在验证器件地址后才可以访问。然后寄存器可以被访问直到执行一个STOP命令为止。

TWI的地址包格式:所有在TWI总线上传送的地址包长度均为9位,它包括7位地址位,1个R/W控制位和1个应答位ACK,如果R/W为1,则执行读操作。如果R/W为0,则执行写操作。从机被寻址后,必须在第9个SCL(ACK)周期通过拉低SDA做出应答,若从机忙或者无法响应主机,则应该在ACK周期保持SDA为高。然后主机可以发出STOP状态或者REPSTART状态重新开始发送。地址包包括从机地址和称为SLA+R或者SLA+W的READ或者WRITE位。地址字节的MSB首先被发送。所有1111xxxx的地址均保留,以便将来使用。

TWI的数据包格式:所有在TWI总线上传送的数据包长度均为9位,它包括8个数据位和一个应答位。在数据传送中,主机产生时钟及START与STOP状态,而接收器响应接收。应答是ACK在第9个SCL周期拉低SDA实现的。如果接收器使SDA为高,则发送NACK信号。如果接收器由于某种原因不能接受更多数据,应在最后一个数据字节后发出NACK信号告诉发送器停止发送,数据的MSB首先发送。

DS1307通过双向数据线SDA和时钟SCL与外界进行数据交换,从其时序关系可看出,DS1307有2种操作方式:

1)写操作:把SDA数据线上的数据按RAM指定的首地址(WordAddress)依次写入N个字节数据,首先主器件传输从器件的地址字节。紧跟着是一系列的数据字节。从器件每收到一个字节后返回一个应答位ACK。其格式如图3所示。

DS1307在太阳能电池控制装置中的应用

2)读操作:按RAM指定的首地址依次读出N个字节数据,主器件首先传送从器件地址。从器件返回一个应答位。随后是从器件传输的一系列数据字节,主器件收到除最后一个字节外的所有字节后返回一个应答位。在收到最后一个字节后,返回一个“非应答位”NACK。其格式如图4所示。

DS1307在太阳能电池控制装置中的应用

其中:S为起始信号(START),1101000为DS1307的口地址,A为应答信号ACK,/A为非应答信号NACK,P为停止信号(STOP)。主器件产生所有的串行时钟和START、STOP条件,通过传输STOP和重发START条件来停止。

2、太阳能电池控制系统的工作原理及与DS1307的硬件接口

微控制器选用Atmel公司的AVR单片机AT2Mega8,主要是利用了ATMega8芯片的高性能、低功耗、接口丰富的特点。它有两线制串行接口TWI模块用于与DS1307接口,有PWM口用于太阳能电池板步进电机的转动控制,有10位的A/D接口用于太阳光线传感器及与上位机的通信接口。要有最高效的太阳能接收效率,通过计算,太阳能电池板与太阳光线的角度应在某一范围内。太阳光线传感器与太阳能电池板在同一平面,主要用于太阳光线的跟踪,由太阳光线传感器可以得到太阳能电池板与太阳光线入射角间的关系。根据这两者间的差距,采用一种模糊控制算法来驱动太阳能电池板步进电机,可以使太阳能电池板与太阳光线的角度控制在最佳范围内。

ATMega系列单片机片内集成两线制串行接口模块,Atmel称它为TWI接口。事实上TWI与PHILIPS的I2C总线是同一回事。AVR硬件实现的TWI接口是面向字节和基于中断的,相对软件模拟I2C总线有更好的实时性和代码效率,引脚输入部分还配有毛刺抑制单元,可去除高频干扰。如图5是DS1307与AVR单片机ATMega8的硬件接口电路原理图。

DS1307在太阳能电池控制装置中的应用

3、DS1307在太阳能电池控制系统的软件接口

软件设计中,首先要对AVR单片机ATMega8与实时钟芯片DS1307进行初始化,给DS1307准确的日期和时间。控制过程中,通过读DS1307的日期与时间,结合太阳能电池板与太阳光线入射角间的关系,通过一种模糊控制算法计算出步进电机最佳的转动方向和角度。

结合AVRI/0端口功能,在TWI使能时可设置SCL和SDA引脚对应的I/O口内部上拉电阻有效,这样可省去I2C要求的两个外部上拉电阻。不论主控模式还是被控模式,都应当将TWI控制寄存器TWCR的TWEN位置1从而使能TWI模块。TWEN位被置位后,I/O引脚PC5和PC4被转换成SCL和SDA,对TWI控制寄存器TWCR的操作可在总线上产生START和STOP信号,从一个START到STOP被认为是主控模式的行为。将TWI地址寄存器TWAR的第一位TWGCE置有效,同时将TWI控制寄存器TWCR的TWEA(应答允许)位置1,TWI模块就可以对总线上对它的寻址做出应答,并置状态字。对TWI模块的操作均为寄存器的读写操作,Avr-libc没有提供专门的API,可以利用基于USART的标准I/O实现对DS1307读写日历和时钟。下面这段程序是接口操作的部分代码:

//初始化TWI功能

voidRtcInit(void)

{

TWBR=73;

}

//更新或读取DS1307日历/时间数据

ucharRtcUpdateData(uchardirecTIon);

{

ucharret;

if(direcTIon)//读

ret=rtc_read(0,g_aTImeBuf,7);

else//写

ret=rtc_write(0,g_aTimeBuf,7);

returnret;

}

//读DS1307用户RAM

ucharRtcReadRAM(ucharaddr,uchar3buf,ucharlen);

{

addr+=8;

returnrtc_read(addr,buf,len);

}

//写DS1307用户RAM

ucharRtcWriteRAM(ucharaddr,uchar3buf,ucharlen);

{

addr+=8;

returnrtc_write(addr,buf,len);

}

ucharbyte_bintobcd(ucharbin);

{

ucharret;

bin&=0x7f;

bin%=100;

ret=bin/10;

ret《《=4;

ret|=bin%10;

returnret;

}

ucharbyte_bcdtobin(ucharbcd);

{

ucharret;

ret=bcd&0x0f;

ret+=(bcd》》4)310;

returnret;

}

从程序中可以看出,TWI的读和写都是通过置位TWINT来实现的,原因是当总线上起动开始条件后写入的第一个字节中已经有了本次操作的传输方向,TWI模块记住了这一标记,从而决定了下一步操作是读还是写。

4、结束语

采用DS1307与AVR单片机ATMega8相配合能很好地解决太阳能电池(发电系统)控制装置的时间与日期问题。为太阳能电池板的控制提供了准确的时间与日期的依据。

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石墨烯题材股是近年来市场热炒的一个热点题材。石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体材料,在...

发表于 2017-01-09 11:14 ? 1992次阅读
石墨烯需求巨大 石墨烯概念股必将受益

新技术将太阳能电池植入人体皮肤来为体内的医疗设备...

瑞士伯尔尼大学医院(Bern University Hospital)与伯恩大学(Universit...

发表于 2017-01-04 17:57 ? 168次阅读
新技术将太阳能电池植入人体皮肤来为体内的医疗设备...

电动车真的环保吗?

环保还是不环保,咱们可以看看数据。 电动车意味着绿色、意味着低碳、电动车是环保的代名词,现在全球气候...

发表于 2016-12-31 02:19 ? 272次阅读
电动车真的环保吗?

太阳能市场不景气,中国台湾地区龙头厂茂迪缩减20...

太阳能景气遇剧烈修正,产品价格不断走跌,且调研预估第三季末也难以回温,中国台湾地区不只太阳能电池厂昱...

发表于 2016-12-30 19:25 ? 141次阅读
太阳能市场不景气,中国台湾地区龙头厂茂迪缩减20...

太阳能光伏成为未来新能源的主流形式,特斯拉联手松...

随着全球环保意识的增强,以及电池技术的成熟,太阳能电池逐步成为电池行业的关注点。近日,特斯拉与松下合...

发表于 2016-12-30 16:05 ? 244次阅读
太阳能光伏成为未来新能源的主流形式,特斯拉联手松...

光伏发电迎多重政策推动 相关厂商分析

近期出台的相关政策已明显向分布式倾斜。近日发改委正式公布了光伏电站和陆上风电标杆电价调整结果,普遍下...

发表于 2016-12-29 15:15 ? 299次阅读
光伏发电迎多重政策推动 相关厂商分析

特斯拉和松下确定明年生产太阳能电池

北京时间12月27日晚间消息,松下和特斯拉今日宣布,双方已决定从明年起在纽约工厂生产光伏电池(太阳能...

发表于 2016-12-28 09:49 ? 171次阅读
特斯拉和松下确定明年生产太阳能电池

太阳能电池方阵角度调整与效率最大化的关系

发表于 2016-12-23 23:51 ? 639次阅读
太阳能电池方阵角度调整与效率最大化的关系

我国太阳能电池光电转换效率高达22.61%再创世...

天合光能有限公司宣布其光伏科学与技术国家重点实验室所研发的高效P型单晶PERC太阳能电池光电转换效率...

发表于 2016-12-21 12:22 ? 1874次阅读
我国太阳能电池光电转换效率高达22.61%再创世...

专家剖析:太阳能电池晶体硅光伏组件封装

从事光伏组件封装多年,一路走来经历了无数的荆棘、坎坷、鲜花、掌声,蓦然回首还历历在目,本篇将从工艺控...

发表于 2016-12-15 01:24 ? 169次阅读
专家剖析:太阳能电池晶体硅光伏组件封装

详解翱翔的Facebook无人机:不止空中通信存...

今年7月,Facebook CEO扎克伯格与公司团队来到亚利桑那州的荒漠,看着Aquila无人机从军...

发表于 2016-12-09 10:19 ? 171次阅读
详解翱翔的Facebook无人机:不止空中通信存...

未来的电池、太阳能电池和手机设计将受益于磁电式能...

随着手机信号塔、移动设备、WiFi、蓝牙、5G等等产生的微波越来越多地充斥着我们的世界,自然而然,科...

发表于 2016-12-09 09:46 ? 265次阅读
未来的电池、太阳能电池和手机设计将受益于磁电式能...

石墨烯“太阳能电池”领域应用

目前石墨烯应用于太阳能电池领域尚处于理论阶段,但它潜在的可能性是惊人的。石墨烯太阳能电池能实现60%...

发表于 2016-12-08 14:04 ? 394次阅读
石墨烯“太阳能电池”领域应用

波音公司推出军用无人机基站 可依靠太阳能电池板持...

据报道,军用小型无人机能够携带微型武器充当城市作战中致命的杀手,但电池电量限制了无人机的续航能力,为...

发表于 2016-11-29 15:42 ? 230次阅读
波音公司推出军用无人机基站 可依靠太阳能电池板持...

外媒:松下印刷生产太阳能电池将实用化

据《日本经济新闻》11月28日报道,能用印刷方式生产的松下新一代薄型太阳能电池的实用化已经基本确定,...

发表于 2016-11-28 14:14 ? 143次阅读
外媒:松下印刷生产太阳能电池将实用化

夏普推可弯曲式航太用太阳能电池,发电效率全球最高

26 日报导,夏普(Sharp)和宇宙航空研究开发机构(JAXA)已研发出可使用于人造卫星等航太用途...

发表于 2016-11-28 13:58 ? 166次阅读
夏普推可弯曲式航太用太阳能电池,发电效率全球最高

欧盟新一代高效太阳能电池技术获突破

GLOBASOL科研团队确定的技术开发路线是最大化吸收利用太阳辐射全光谱光线,不仅需要提高太阳光伏转...

发表于 2016-11-25 10:44 ? 441次阅读
欧盟新一代高效太阳能电池技术获突破

我国光伏技术跻身全球领先地位,技术创新是关键

近日,国家发展改革委、财政部、商务部联合印发《鼓励进口技术和产品目录(2016年版)》(以下简称《目...

发表于 2016-11-22 09:21 ? 399次阅读
我国光伏技术跻身全球领先地位,技术创新是关键

青睐新能源政策 特斯拉CEO马斯克支持希拉里

特斯拉CEO埃隆·马斯克在上周五接受 CNBC 电视台采访时,谈及共和党候选人特朗普,态度非常明确地...

发表于 2016-11-09 10:13 ? 176次阅读
青睐新能源政策 特斯拉CEO马斯克支持希拉里

世界最先进的消费级电池技术都在这里了

还记得我们给上海迪士尼“推荐”的能源地砖吗?从专业角度讲,这是一种新型电池——飞轮电池(智能硬件小站...

发表于 2016-11-07 10:41 ? 751次阅读
世界最先进的消费级电池技术都在这里了

现在led,太阳能电池还有激光器哪个前景更大

发表于 2016-10-20 15:39 ? 1549次阅读
现在led,太阳能电池还有激光器哪个前景更大

特斯拉与松下联手,制造太阳能电池

特斯拉在博客中表示,该公司今后将销售太阳能电池板,它们将成为特斯拉太阳能系统——该系统将与特斯拉Po...

发表于 2016-10-19 18:00 ? 480次阅读
特斯拉与松下联手,制造太阳能电池

苏州晶淼半导体 非标清洗设备

发表于 2016-08-17 16:38 ? 609次阅读
苏州晶淼半导体  非标清洗设备

清洗腐蚀机 LED芯片

发表于 2016-08-17 16:31 ? 842次阅读
清洗腐蚀机   LED芯片

清洗腐蚀机 高科技产品必不可少的东西

发表于 2016-08-17 16:28 ? 1032次阅读
清洗腐蚀机  高科技产品必不可少的东西

清洗酸洗机 制作芯片、硅片的必要助手

发表于 2016-08-17 16:27 ? 658次阅读
清洗酸洗机   制作芯片、硅片的必要助手

美研究员为可穿戴设备打造出侧向太阳能电池

美国威斯康辛大学麦迪逊分校(UW-Madison)的研究人员打造出高性能的小规模侧向太阳能电池,可应...

发表于 2016-08-10 10:45 ? 210次阅读
美研究员为可穿戴设备打造出侧向太阳能电池

如何用电子负载来测试电池的容量

 日常生活中经常会看到各种各样的电池,各种电池都有各自的容量,同一种电池,放电电流不同,放出来的容量...

发表于 2016-04-28 16:53 ? 3182次阅读
如何用电子负载来测试电池的容量

武汉帝尔激光科技股份有限公司与帝人株式会社战略合...

  [2016年4月20日,东京、上海讯]武汉帝尔激光科技股份有限公司(总公司:中国武汉市,董事长:...

发表于 2016-04-21 13:33 ? 278次阅读
武汉帝尔激光科技股份有限公司与帝人株式会社战略合...

MIT太阳能电池:轻到能放在肥皂泡上

MIT(麻省理工学院)的研究人员对于太阳能板似乎投入了很大的努力,致力于打造更小、更轻、更有效率的产...

发表于 2016-03-01 07:52 ? 499次阅读
MIT太阳能电池:轻到能放在肥皂泡上

设计太阳能半导体照明系统的一些要点

太阳能半导体照明系统集成了半导体和太阳能资源的优势,有效提高了照明效率和绿色节能性,在实际应用中应加...

发表于 2016-02-26 14:12 ? 327次阅读
设计太阳能半导体照明系统的一些要点

太阳能电池板故障如何解决

太阳能电池板在制造、运输、设置时以及因老化,会发生各种各样的故障。笔者将就检测这些故障的方法,介绍C...

发表于 2016-02-25 14:51 ? 2852次阅读
太阳能电池板故障如何解决

新型电池技术盘点

一家总部位于以色列特拉维夫的起步公司StoreDot Ltd发布了一款充电器原型,能够将手机电池在3...

发表于 2016-02-19 09:20 ? 2126次阅读
新型电池技术盘点

石墨烯电池引起热议:或是“炒作”?

尽管石墨烯的应用前景越来越被人看好,但“石墨烯电池”这一概念却逐渐成为业界争论的对象。

发表于 2016-02-17 10:36 ? 1333次阅读
石墨烯电池引起热议:或是“炒作”?

石墨烯将成制造太阳能电池理想候选者

150多年前,自铅酸电池问世以来,关于革新电池技术的大胆观点就一直存在。

发表于 2016-02-02 08:09 ? 1779次阅读
石墨烯将成制造太阳能电池理想候选者

探析晶硅光伏电池漏电的原因

本文描述了晶体硅太阳能电池片局部漏电现象,分析了晶体硅硅片及电池生产过程中可能产生的漏电原因及预防措...

发表于 2016-01-29 11:12 ? 2204次阅读
探析晶硅光伏电池漏电的原因

另类光伏电池黑科技满满,让人脑洞大开

在未来,全球的能源需求都可被太阳能这单一来源所满足,然而要实现这一点却绝非易事。科学家们制造出了脑洞...

发表于 2016-01-22 11:34 ? 1046次阅读
另类光伏电池黑科技满满,让人脑洞大开

MIT用旧汽车电池制作太阳能电池

近日,麻省理工学院宣布,他们的研究人员已经找到了一种利用废弃的汽车电池来自制作太阳能电池的方法,不仅...

发表于 2016-01-18 08:25 ? 1053次阅读
MIT用旧汽车电池制作太阳能电池

你不知道的钝化接触太阳能电池

晶硅太阳能电池的表面钝化一直是设计和优化的重中之重。从早期的仅有背电场钝化,到正面氮化硅钝化,再到背...

发表于 2016-01-11 09:53 ? 2229次阅读
你不知道的钝化接触太阳能电池

纳米太阳能电池将为光伏产业带来革命性的变化

马里兰大学电气和计算机工程系助理教授杰瑞米 芒迪和研究生Yunlu Xu 以及Tao Gong设计...

发表于 2015-09-13 14:36 ? 451次阅读
纳米太阳能电池将为光伏产业带来革命性的变化

微米级“耙子”可让太阳能电池转换率倍增

利用一个微小的耙子,可能提高塑料太阳能电池的转换效率。

发表于 2015-09-07 09:12 ? 321次阅读
微米级“耙子”可让太阳能电池转换率倍增

电子芯闻早报:英特尔并购Altera之后

台积电刚刚公布了7月份的营收数据,高达809.5亿元新台币,环比增长35%,同比增长24.7%,创下...

发表于 2015-08-12 10:33 ? 438次阅读
电子芯闻早报:英特尔并购Altera之后

解决可穿戴设备续航问题,妙招知多少

可穿戴设备现在已经成为了一种非常热门的科技产品,但是对于这类产品的续航问题,也成为了许多科学家及厂商...

发表于 2015-01-30 10:29 ? 1008次阅读
解决可穿戴设备续航问题,妙招知多少

改善太阳能电池效率 利用蓝光光盘最新奇

蓝光光盘可以被重新利用做成压模来增加太阳能电池的效率。本周《自然—通讯》在线发表的一项研究利用了蓝光...

发表于 2014-11-26 11:16 ? 1055次阅读
改善太阳能电池效率 利用蓝光光盘最新奇

新突破!新型纳米结构使太阳能电池效率暴增32%

三校合作,麻省阿默斯特大学、斯坦福大学、德雷斯顿大学共同研发出一种新型纳米结构,能够让有机太阳能的效...

发表于 2014-10-23 15:40 ? 675次阅读
新突破!新型纳米结构使太阳能电池效率暴增32%