【正文】 在使用時(shí)由于太陽光的變化較大，其內(nèi)阻又比較高，因此輸出電壓不穩(wěn)定，輸出電流較小，這就需要用充電控制電路將電池板輸出的直流電壓變換后供給電池充電。當(dāng)光線條件適宜時(shí)，通過太陽能電池板吸收太陽光，將光能轉(zhuǎn)換為電能。由于充電器多采用大電流的快速充電法，在電池充滿后如果不及時(shí)停止會(huì)使電池發(fā)燙，過度的充電會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電池的壽命。這就需要一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)， PIC 系列單片機(jī)時(shí) 當(dāng)前應(yīng)用廣泛的單片機(jī)系列，PIC最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比，靠發(fā)展多種型號(hào)來滿足不同層次的應(yīng)用要求。本系統(tǒng)將采用 PIC16F1937 作為充電電路的控制器，從而以較低的成本輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的充電智能控制，同時(shí)也可以為其他小型電子產(chǎn)品提供潔凈的直流電源。本系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖 1 所示，通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，由單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn) PWM波控制開關(guān)管從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓電流的 改 變，通過顯示電路顯示輸出狀態(tài)及大小，由 ADC0809 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及轉(zhuǎn)換并傳給單片機(jī)做判斷處理，從 而實(shí)現(xiàn)電路的智能輸出與控制。 太陽能電池板的選用 太陽能電池板是太陽能供電系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，是該充電器的核心部分，其功能是將太陽光的輻射能量轉(zhuǎn)化為電能，如今的便攜式數(shù)碼設(shè)備種類較多，所需電壓電流不等，對(duì)于輸入功率較大的設(shè)備，必須采用面積較大的電池板，而這又給攜帶帶來不便。因此該設(shè)計(jì)采用模塊式組合，根據(jù)不同充電負(fù)載的需要，將太陽能板進(jìn)行組合以達(dá)到具有一定要求的輸出功率和輸出電壓的一組光伏電池。本文以手機(jī)、 MP3 等常用小功率用電設(shè)備為例，說明其太陽能充電器的設(shè)計(jì)過程。所選用的太陽能電池板技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如下： 尺寸 120mm 45mm，峰值電壓 6V，峰值電流 100mA，標(biāo)稱功率 ?？紤]被充電池的電流不同所需充電時(shí)間不等，采用八塊相同參數(shù)電池板進(jìn)行串、并聯(lián)，實(shí)測(cè)電池板的輸出電壓最大值為 ,電流最大可達(dá) 450mA，總標(biāo)稱功率為 5W 左右 ,實(shí)際輸出可根據(jù)不同的被充電對(duì)象進(jìn)行平滑調(diào)整[7]。 LM2576 的介紹 圖 2 LM2576 典型應(yīng)用電路 LM2576 的簡(jiǎn)介 嵌入式控制 系統(tǒng)的 MCU 一般都需要一個(gè)穩(wěn)定的工作電壓才能可靠工作。而設(shè)計(jì)者多習(xí)慣采用線性穩(wěn)壓器件 (如 78xx系列三端穩(wěn)壓器件 )作為電壓調(diào)節(jié)和 穩(wěn)壓器件來將較高的直流電壓轉(zhuǎn)變 MCU 所需的工作電壓。這種線性穩(wěn)壓電源的線性調(diào)整工作方式在工作中會(huì)大的“熱損失” (其值為 V壓降 I負(fù)荷 )，其工作效 率僅為 30%～ 50%。加之工作在高粉塵等惡劣環(huán)境下往往將嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)置于密閉容器內(nèi)的聚集也加劇了 MCU 的惡劣工況，從而使嵌入式控制系 統(tǒng)的穩(wěn)定性能變得更差。 而開關(guān)電源調(diào)節(jié)器件則以完全導(dǎo)通或關(guān)斷的方式工作。因此，工作時(shí)要么是大電流流過低導(dǎo)通電壓的開關(guān)管、要么是完全截止無電流流過。因此，開關(guān)穩(wěn)壓電源的功 耗極低，其平均工作效率可達(dá) 70%～ 90%。在相同電壓降的條件下，開關(guān)電源調(diào)節(jié)器件與線性穩(wěn)壓器件相比具有少得多的“熱損失”。因此，開關(guān)穩(wěn)壓電 源可大大減少散熱片體積和 PCB 板的面積，甚至在大多數(shù)情況下不需要加裝散熱片，從而減少了對(duì) MCU工作環(huán)境的有害影響。 LM2576 系列的穩(wěn)壓器是單片集成電路，能提供降壓開關(guān)穩(wěn)壓器（ buck）的各種功能，能驅(qū)動(dòng) 3A 的負(fù)載，有優(yōu)異 的線性和負(fù)載調(diào)整能力。這些器件的固定輸出電壓有,5V,12V,15V,還有可以調(diào)整輸出電壓的型號(hào)。本設(shè)計(jì)采用型號(hào)輸出可以調(diào)整。 這些穩(wěn)壓器內(nèi)部含有頻率補(bǔ)償器和一個(gè)固定頻率振蕩器，將外圍元件的數(shù)目減到最少，使用簡(jiǎn)便。 LM2576的效率比流行的三段線性穩(wěn)壓器要高得多，是理想的替代。一般情況下不需要或只要很小的尺寸的外加散熱片。另外， LM2576 在指定輸入電壓和輸出負(fù)載條件下保證輸出電壓的177。 4%的誤差，還包括外部關(guān)斷電路和故障保護(hù)功能，待機(jī)電流只有 50uA，效率可達(dá) 80%以上。 電路各部分 元器件功能說明 （ 1） D1：肖特基二極管。肖特基二極管具有開關(guān)頻率高和正向壓降低等優(yōu)點(diǎn)。放在此處為了防止外部電源正負(fù)極接反而造成元器件損壞；同時(shí)壓降只有 比普通的二極管（ ）小得多，提高了電源利用率；減少了額外損耗。（本設(shè)計(jì)采用太陽能對(duì)手機(jī)充電，目前太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率不到 10%，所以應(yīng)該采取一切可能的措施降低系統(tǒng)的功耗）。 （ 2） C3， C6：為濾波、去耦電容，減少外部干擾和電源雜波。 （ 3） L1， D2， C10：組成 BUCK 降壓電路。 R6， R7：這兩個(gè)電阻組成分壓電路，不同的阻值 比確定不同的輸出電壓。其輸出電壓 U=*(1+R6/R7)。此處的 R6=15K,R7=5K,其輸出電壓 =*（ 1+3） =。 （ 4） D3， R8： D3 是 LED 指示燈， R8 是限流電阻。用來指示電路是否有 5V 電壓輸出。 單片機(jī)最小系統(tǒng)部分 圖 3 本系統(tǒng)單片機(jī)主要完成的任務(wù)是控制數(shù)據(jù)的采集過程，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理后生成 PWM脈寬調(diào)制信號(hào)控制開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制輸出大小。具體工作過程是上電復(fù)位，首先查詢鍵盤，確定充電器功能，確定后繼續(xù)查詢鍵盤以確定輸出電流大小，或作為普通電源的輸出電壓，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)子程序并分析計(jì)算 PWM占空比，開始輸出電流或電壓，并將數(shù)據(jù)送至顯示電路顯示。在輸出過程中通過單片機(jī)定時(shí)器定時(shí)檢測(cè)輸出電流或電壓，與設(shè)定值比較后調(diào)節(jié) PWM占空比，使輸出趨于設(shè)定值。在電池充電過程中，通過檢測(cè)電流大小而確定電池充電多少，從而改變充電方式或決定是否停止充電 [4]。 通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)了充電過程的智能控制，而且大大簡(jiǎn)化了硬件電路設(shè)計(jì)，由于單片機(jī)良好的可重用性，如果需要改變電路工作狀態(tài) 或電路參數(shù)，只需簡(jiǎn)單的修改程序即可實(shí)現(xiàn)，從而使電路的升級(jí)改造變得簡(jiǎn)單易行。 PIC16F1937單片機(jī)采用了 nanoWatt XLP 技術(shù)的 CMOS 閃存單片機(jī)。其主要的參數(shù)如下： （ 1）工作速度：，振蕩器 /時(shí)鐘的輸入頻率為 32M,指令周期為 125ns。 （ 2）最多 16K*14 字的閃存程序存儲(chǔ)器，最多 1024 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 16級(jí)深硬件堆棧，直接、間接和相對(duì)尋址模式。 （ 3） 高精度的內(nèi)部振蕩器，出廠時(shí)校準(zhǔn)為177。 1%，軟件可選擇頻率范圍是 31K到 32M。 （ 4）具有節(jié)能的休眠模式，上電復(fù)位，上 電延時(shí)定時(shí)器，欠壓復(fù)位。 （ 5）寬工作電壓范圍： 。當(dāng)供電電壓 ，消耗的電流僅 。 （ 6）低功耗看門狗定時(shí)器電流：當(dāng)供電電壓為 ，消耗電流僅 500nA。 （ 7）獨(dú)立的可編程引腳電平變化中斷引腳，獨(dú)立的可編程弱上拉。 （ 8）集成的 LCD控制器（最多 98 段）； .電容觸摸傳感模塊（最多 16路可選通道）。 （ 9）支持 10 位分辨率并且最多 14 路通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC，提供可選擇的高精度的 ,。 （ 10）提供 3 個(gè)增強(qiáng)型捕捉 /比較 /PWM 模塊；硬件上實(shí)現(xiàn)了 IIC， SPI， USART 通信功能。 其中 P_download 是單片機(jī)程序下載口，因?yàn)?PIC 單片機(jī)是低電平復(fù)位，所以 R24，C19 起到上電復(fù)位功能， S6提供手動(dòng)復(fù)位； C17， C18 是濾波去耦電容，保證單片機(jī)供電的穩(wěn)定。 充電電路部分的實(shí)現(xiàn) ACS712 介紹 Allegro ACS712 可為工業(yè)、商業(yè)和通信系統(tǒng)中的交流或直流電流感測(cè)提供經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且精確的解決方案。該器件封裝便于客戶輕松實(shí)施。典型應(yīng)用包括電動(dòng)機(jī)控制、載荷檢測(cè)和管理、開關(guān)式電源和過電流 故障保護(hù)。該器件具有精確的低偏置線性霍爾傳感器電路，且其銅制的電流路徑靠近晶片的表面。通過該銅制電流路徑施加的電流能夠生成可被集成霍爾 IC 感應(yīng)并轉(zhuǎn)化為成比例電壓的磁場(chǎng)。通過將磁性信號(hào)靠近霍爾傳感器，實(shí)現(xiàn)器件精確度優(yōu)化。精確的成比例電壓由穩(wěn)定斬波型低偏置 BiCMOS 霍爾 IC 提供，該 IC 出廠時(shí)已進(jìn)行精確度編程。當(dāng)通過用作電流感測(cè)通路的主要銅制電流路徑（從引腳 1 和 2，到 3 和 4）的電流不斷上升時(shí)，器件的輸出具有正斜率 (VIOUT(Q))。該傳導(dǎo)通路的內(nèi)電阻通常是 m ，具有較低的功率損耗。銅線的粗細(xì)允許器件在可達(dá) 5 的過電流條件下運(yùn)行。傳導(dǎo)通路的接線端與傳感器引腳（引腳 5 到 8）之間電氣絕緣。這讓 ACS712 電流傳感器 IC 可用于那些要求電氣絕緣卻未使用光電絕緣器或其它昂貴絕緣技術(shù)的應(yīng)用。 ACS712 采用小型的表面安裝 SOIC8 封裝。引腳架鍍采用 100% 霧錫電鍍，可與標(biāo)準(zhǔn)無鉛 (Pb) 印刷電路板裝配流程兼容。在內(nèi)部，該器件為無鉛產(chǎn)品，倒裝法使用當(dāng)前豁免于 RoHS 的高溫含鉛焊球除外。器件在出廠裝運(yùn) 電容的過充。電阻 R20， R21 分壓用 來采樣超級(jí)電容的電壓。 5. Q3， R23， Q4， R22， D7， L2， C20：構(gòu)成 BUCK 斬波降壓電路。其等效電路如圖：