【正文】 轉(zhuǎn)化為電能，之后經(jīng)過(guò) DC/DC 變換電路處理后，由充電電路為負(fù)載供電。作為安全性的電池，目前聚合物鋰電池的充電方式一般為恒流恒壓充電：首先以穩(wěn)定電流充電，當(dāng)電池電壓升高至一定值時(shí)，電路狀態(tài)改為穩(wěn)定電壓充電，之后電流逐漸降低至零，充電完成。利用單片機(jī)進(jìn)行智能控制，采用模塊式結(jié)構(gòu)以及 USB 接口，通過(guò)對(duì)輸出電流電壓的調(diào)節(jié)，可對(duì)手機(jī)等電子產(chǎn)品進(jìn)行充電，并能在電池充電完成后自動(dòng)停止充電。 3 2. 硬件設(shè)計(jì) 總體方案的設(shè)計(jì) 考慮整體因素，一方面太陽(yáng)光因時(shí)間問(wèn)題參數(shù)變化較大，另一方面太陽(yáng) 能電池在使用時(shí)內(nèi)阻高，導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)定和輸出電流較小等問(wèn)題。因此，需要一個(gè)能起到穩(wěn)定電壓電流的元件作為充電電路的中介 —7805。如今的電子產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入了智能化時(shí)代，理所當(dāng)然的，本 設(shè)計(jì) 的便攜式移動(dòng)太陽(yáng)能充電器也要做到智能化。本 設(shè)計(jì) 中將采用 AT89C51 單片機(jī)做為充電電路的控制器，從而實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的智能化。并由 ADC0809實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及轉(zhuǎn)換，由 AT89C51單片機(jī)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)電路的智能輸出與控制。而且，在電路中加入按鍵以及顯示電路，將電路的整體性能提升到一個(gè)較高的等級(jí)。圖 21 為系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體 方案示意圖。 圖 21 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案示意圖 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介 太陽(yáng)能光伏發(fā)電是直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電形式。在太陽(yáng)的光照下，單元太陽(yáng)能電池組件能產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)單元組件的串并聯(lián)構(gòu)成太陽(yáng)能電池方陣，以達(dá)到系統(tǒng)輸入電壓的要求。通過(guò)智能控制器對(duì)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行直接充電或者對(duì)蓄電池進(jìn)行充電以備不時(shí)之需。 目前，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用已從軍事、航天等高新科技領(lǐng)域走 ADC0809 DC/DC變換 顯示 按鍵 89C51 太陽(yáng)能電池板 移動(dòng)設(shè)備電池 7805穩(wěn)壓中介 4 進(jìn)平民百姓的視野。而且在西藏等地區(qū)對(duì)于電能的傳輸較內(nèi)地更為麻煩，對(duì)于太陽(yáng)能的采集有更高的優(yōu)勢(shì)，因此能夠得到更好 的應(yīng)用。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的目光來(lái)看，隨著太陽(yáng)能電池制造技術(shù)的發(fā)展以及光伏發(fā)電裝置性能的不斷完善，必將為人類(lèi)大規(guī)模地利用太陽(yáng)能提供廣闊的市場(chǎng)，太陽(yáng)能的利用也一定會(huì)占據(jù)越來(lái)越重要的地位。 太陽(yáng)能電池參數(shù)及選用標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)太陽(yáng)能電池板所用材料的不同可分為： （ 1） 硅太陽(yáng)能電池； （ 2） 無(wú)機(jī)鹽多元化合物為材料的太陽(yáng)能電池，如砷化鎵 IIIV，硫化鎘，銅銦硒等； （ 3） 功能高分子材料（有機(jī)半導(dǎo)體）太陽(yáng)能陽(yáng)能電池； （ 4） 納米晶太陽(yáng)能電池。 在此 設(shè)計(jì) 中，我們采用的是硅太陽(yáng)能電池。表 21 為硅太陽(yáng)能電池分類(lèi)與簡(jiǎn)介： 表 21 硅太陽(yáng)能電池分類(lèi)與簡(jiǎn)介 太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能供電系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，其功能是將太陽(yáng)光的能量轉(zhuǎn)化為電能以滿足人們的各項(xiàng)要求。該設(shè)計(jì)采用模塊組合，將太陽(yáng)能板進(jìn)行串、并聯(lián)以達(dá)到具有一定要求的輸出電流和輸出電壓的一組光伏電池?？紤]市面上各種移動(dòng)設(shè)備的需求不等，采用八塊相同參數(shù)太陽(yáng)能電池板進(jìn)電池類(lèi)型 實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率 生產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率 性能 單晶硅太陽(yáng)能電池 % 15% 效率高于非晶硅薄 膜電池 多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池 18% 10% 效率高于非晶硅薄膜電池 非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池 15% 8% 成本低重量輕，穩(wěn)定性不高，轉(zhuǎn)換效率較高 5 行 串、并聯(lián)，所選用的太陽(yáng)能電池板技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如表 22 所示： 表 22 太陽(yáng)能電池板技術(shù)參數(shù)指標(biāo) 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。 51 系列單片機(jī)處理器 51 系列單片機(jī)作為當(dāng)今使用最為廣泛的處理器具有明顯的優(yōu)勢(shì)，綜合各方面因素，本 設(shè)計(jì) 采用采用 51 系列單片機(jī) AT89C51。圖 22 為 AT89C51的引腳排列圖。 圖 22 單片機(jī)引腳排列 本 設(shè)計(jì) 中單片機(jī)的主要任務(wù)是通過(guò)計(jì)算，對(duì)電池板最大輸出功率進(jìn)行尋找以及確定充電電池的充電狀態(tài)。因此所要做的工作有兩個(gè)，一是通過(guò)項(xiàng)目 參數(shù) 實(shí)測(cè) max 尺寸 120mm45mm 峰值電壓 6V 峰值電流 100mA 450mA 標(biāo)稱功率 5W 6 采樣電路實(shí)時(shí)采集太陽(yáng)能電池板的輸出電壓和電流，二是將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析處理后，生成 PWM 脈寬調(diào)制信號(hào)并與預(yù)設(shè)置的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，以此控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷用來(lái)調(diào)節(jié)脈寬的增大獲減小，從而實(shí)現(xiàn)智能控制輸出電壓以及電流的大小。 單片機(jī)最大的好處是可以重復(fù)使用以及修改電路工作狀態(tài)方便，而且簡(jiǎn)化了硬件電路設(shè)計(jì)。 穩(wěn)壓器件的選擇 在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三 個(gè)引出端子，具有外接元件少，性能穩(wěn)定，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。由于本電路設(shè)計(jì)需要 5V 的輸出電壓，故選擇三端穩(wěn)壓器 7805. 7805 是常用的三端穩(wěn)壓器，一般使用的是 TO220 封裝，能提供 5V 的直流輸出電壓，內(nèi)置電源保護(hù)電路。當(dāng)使用外圍器件時(shí)，可以提供不同的輸出電壓和電流。 圖 23 三端穩(wěn)壓集成電路 7805 的引腳及封裝圖 單片機(jī)電源電路的設(shè)計(jì)以三端集成穩(wěn)壓器 7805 為核心，屬于串聯(lián)穩(wěn)壓電路，圖 23 是三端穩(wěn)壓集成電路 7805 的引腳及封裝圖。 7805 具有輸入電壓范圍寬、工作電流大、輸出精 度高、工作及其穩(wěn)定以及外圍電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，即使太陽(yáng)能電池電壓有較大的波動(dòng)，也能穩(wěn)定的輸出 5V 電壓，從而為整個(gè)電路的正常運(yùn)行提供了保障。 電壓電流的 A/D 采集 電路中設(shè)計(jì)了多功能電壓電流輸出，并且配帶顯示器，故應(yīng)在電路中加入數(shù)模轉(zhuǎn)換元件。一方面需要對(duì)數(shù)據(jù)采集以調(diào)節(jié)合適的輸出電壓和電流， 7 另一方面進(jìn)行完整的電壓電流輸出顯示。 ADC0809 是一個(gè)比較具有代表性的數(shù)模轉(zhuǎn)換元件，在現(xiàn)實(shí)生活生產(chǎn)中使用較為廣泛。 ADC0808 是 ADC0809 的簡(jiǎn)化版本，功能基本相同。由于在 Proteus 中ADC0809 沒(méi)有仿真 模塊，故不能使用 ADC0809 進(jìn)行仿真，所以一般在硬件仿真時(shí)采用 ADC0808 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，但在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)時(shí)采用 ADC0809 進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。故在此 設(shè)計(jì) 中選擇 ADC0808 進(jìn)行仿真。圖 24 為 ADC0808 的引腳圖。 圖 24 ADC0808 的引腳結(jié)構(gòu) ADC0808 各腳功能如下： IN0IN7： 8 位模擬量輸入引腳。 GND：地。 VREF（ +）：參考電壓正端。 VREF（ ）：參考電壓負(fù)端。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。 ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) 輸出引腳 OE：輸出允許控制端，用以打開(kāi)三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。 CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。 A、 B、 C：地址輸入線。 通道選擇表如下表所示。 8 表 23 通道選擇表 在設(shè)計(jì)中， START 和 EOC 兩個(gè)信號(hào)的作用是啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換。 ADC0808轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)發(fā)送至 AT89C51 的 P2 口，然后由 AT89C51 進(jìn)行處理以便電路的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 ACS712 的選用 在大多數(shù)的電子產(chǎn)品電路中，直交流的電流精準(zhǔn)測(cè)量一直是個(gè)難題，為此各類(lèi)測(cè)量元件蜂擁而出。 設(shè)計(jì) 初期，本人選擇的是 MAX471 測(cè)量元件，由于在使用的仿真軟件 Proteus 中沒(méi)有元件模板，而且進(jìn)行封裝的話，各項(xiàng)參數(shù)不好設(shè)置，故使用另外一個(gè)測(cè)量元件 ACS712，而且 ACS712 可以為大多數(shù)情況下的直交流測(cè)量提供一個(gè)很好的解決方案。圖 25 為 ACS712 的引腳圖。 圖 25 ACS712 引腳圖 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 9 如圖 25 為 ACS712 引腳圖， ACS712 具 有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 、封裝輕便，在各種電路上使用方便?？梢詰?yīng)用在電動(dòng)機(jī)控制等電路上； （ 2） 、具有精確的低偏置線性霍爾傳感器電路，在電路的應(yīng)用中便于控制盒檢測(cè)； （ 3） 、具有較低的功率損耗（內(nèi)電阻一般情況下為 ）； （ 4） 、接線端與傳感器引腳之間電氣絕緣。適用于一些對(duì)電氣絕緣要求較高的設(shè)備。 在本設(shè)計(jì)中，使用 ACS712 來(lái)檢測(cè)充電電流，通過(guò) D/C 轉(zhuǎn)換通道精確測(cè)出充電電流，完成預(yù)充電到正常充電再到浮充的全自動(dòng)智能充電過(guò)程。 按鍵電路的選擇及設(shè)計(jì) 由于本電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能較多，故在電路中加入了六個(gè)按鍵，分別實(shí)現(xiàn)電路的輸出 功能選擇鍵（為移動(dòng)設(shè)備充電和作為直流電源）、數(shù)字加減鍵、確定鍵和過(guò)電流保護(hù)指示燈功能，在本電路中，將按鍵接在 P1 口。 圖 26 按鍵接線圖 10 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式： （ 1） 、獨(dú)立按鍵：每個(gè)按鍵都單獨(dú)接到單片機(jī)的一個(gè) I/O 口上； （ 2） 、矩陣編碼鍵盤(pán)：通過(guò)行列交叉按鍵編碼進(jìn)行識(shí)別。 在本設(shè)計(jì)中由于按鍵不是太多，故采用獨(dú)立按鍵法，這樣可以減小編程的難度，圖 26 為本設(shè)計(jì)的按鍵接線圖。由 P0 口的硬件構(gòu)成可知，如果P0 口做輸出的話則需要接上拉電阻，之后再與按鍵連接起來(lái)。在實(shí)際工作中還需考慮按鍵的抖動(dòng)問(wèn)題，所 以在電路的軟件編程中按鍵部分必須加入延時(shí)程序以保證電路的準(zhǔn)確性。 數(shù)碼管顯示電路 的設(shè)計(jì) 綜合各種因素，本 設(shè)計(jì) 采用 LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路 ,每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的