【正文】 摘要 I 電子與信息工程學(xué)院 本 科 畢 業(yè) 論 文 論文題目 便攜式太陽能充電器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 黃祖勛 學(xué) 號 093521077 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級 093523 指導(dǎo)教師 鄧方雄 2022 年 5 月 摘 要 目前對太陽能利用主要體現(xiàn) 在兩方面：光熱轉(zhuǎn)換與光電轉(zhuǎn)換，本文利用太陽能光電轉(zhuǎn)換特性，設(shè)計(jì)了一種在沒有電源的情況下也能隨時(shí)隨地給各種移動(dòng)設(shè)備充電的便攜式太陽能充電器。 本文設(shè)計(jì)是以 ATMEL公司的 AT89C51單片機(jī)作為控制核心 ,由按鍵指示電路、數(shù)碼管顯示電路、 BUCK 斬波電路和 A/D 采集電路等組成的，實(shí)現(xiàn)了將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，然后由 LM7805 提供穩(wěn)定電壓，經(jīng)過 DC/DC 變換電路處理后，由充電電路為負(fù)載供電。系統(tǒng)還加入了單片機(jī)控制按鍵，以便自由選擇充電模式，具有根據(jù)返回手機(jī)電流情況，來控制降低電流的輸入和停止充電功能，以免過分充電會 損壞電池，反饋輸出電流的情況，達(dá)到充電智能化的效果。 關(guān)鍵詞： 太陽能；單片機(jī)； BUCK變換器 湖北科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 II ABSTRACT At present the use of solar energy is mainly embodied in two aspects: the sunlight transformation and photoelectric, this paper, by using solar photoelectric characteristics, design a way that there is no power, it can also charger for various mobile anywhere at any time. The design takes AT89C51 produced by ATMEL as the control core and is posed of buttons, digital pipe display circuit, BUCK chopper circuit and A/D acquisition circuit, which can transfer solar energy into electric power. With stable electric pressure and then processed by DC/DC transform circuit, it can supply electricity through charging circuit. The system is added with singlechip control buttons for free choice of charging mode. It will control the input of low current and stop charging according to the current return to mobile phones so as to prevent battery from being damaged due to overcharging, and then give the feedback about output of electric current. Ultimately, the goal of intellectual charging can be achieved. KEY WORDS: Solar energy； Single chip； BUCK converter 目錄 III 目 錄 1 緒論 ............................................................ 1 本課題研究背景 ............................................. 1 本課題研究目的與意義 ....................................... 1 本課題研究的總體思路 ....................................... 1 本課題研究的主要任務(wù) ....................................... 2 2 太陽能電池的研究和分析 .......................................... 3 太陽能電池的原理 ........................................... 3 太陽能電池的等效電路 ....................................... 4 太陽能電池板的輸出特性及影響因素 ........................... 5 電池轉(zhuǎn)換效率的影響 ................ 6 .......................... 7 ..................................... 8 3 太陽能充電器硬件設(shè)計(jì) ............................................ 9 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 ........................................... 9 ............................................... 9 LM7805 芯片介紹 ....................................... 9 LM7805 應(yīng)用電路 ...................................... 10 ......................................... 11 .............................................. 12 ........................................... 12 ........................................... 13 按鍵電路設(shè)計(jì) .............................................. 14 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) ........................................ 14 降壓斬波電路設(shè)計(jì) .......................................... 16 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) .......................................... 17 檢測電路設(shè)計(jì) .............................................. 20 MAX471 介紹 .......................................... 20 工作原理 ............................................ 21 4 太陽能充電器軟件設(shè)計(jì) ........................................... 25 系統(tǒng)整體程序框架 .......................................... 25 電路啟動(dòng)初始化 ............................................ 26 按鍵采集程序 .............................................. 27 數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換程序 .................................... 28 .......................................... 29 電源子程序的設(shè)計(jì) .......................................... 30 5 電路測試 ....................................................... 31 .................................................. 31 .................................................. 33 6 結(jié)論與展望 ..................................................... 34 致 謝 ............................................................ 35 參考文獻(xiàn) ......................................................... 36 湖北科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 IV 附錄 1：主電路原理圖 .............................................. 37 附錄 2：匯編源程序 ................................................ 38 附錄 3：元器件清單 ................................................ 46 附錄 4：實(shí)物圖 .................................................... 47 1 緒論 1 1 緒 論 本課題研究背景 隨著 電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，越來越多的國家開始 實(shí)行 “ 陽光計(jì)劃 ” ，開發(fā)太陽能資源， 減少不可再生資源的消耗和環(huán)境污染，緩解能源壓力，而且太陽能居家旅行使用方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，光能開發(fā)勢必會成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。 太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產(chǎn)生電能，不需要消耗燃料和水等物質(zhì)，使用中不釋放包括二氧化碳在內(nèi)的任何氣體，是對環(huán)境無污染的可再生能源。這對改善生態(tài)環(huán)境、緩解溫室氣體的有害作用具有重大意義。 目前 ， 太陽能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門。 而且 隨著太陽能電池制造技術(shù)的改進(jìn)以及新的光 — 電 轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明，各國對環(huán)境的保護(hù)和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用太陽輻射能比較切實(shí)可行的方法，可為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟廣闊的前景 [1]。 使用手機(jī)的人都有過這樣的經(jīng)歷，外出或旅游時(shí)電池突然沒電了，特別是在火車、汽車、輪船等沒有電源的交通工具上，沒電、電量不足，使手機(jī)變成了信息交流的盲區(qū)，造成不必要的麻煩和經(jīng)濟(jì)損失。 為了解決這樣的問題，本課題研究了一種太陽能充電器，它可以很好的解決上述問題，給你的生活帶來很大的方便。既節(jié)約了能量，又使用方便，是居家旅行的必 備品。 通過本課題的研究，除了對所學(xué)知識的進(jìn)一步鞏固外，還可以把理論與實(shí)踐結(jié)合起來，把知識轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)力，創(chuàng)造使用價(jià)值，給人們的生活帶來方便。 本課題研究的總體思路 本充電器通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過 DC/DC 變換電路處理后，由充電電路為負(fù)載供電。鋰電池一般不宜采用全過程恒流充電方式，而是采取開始恒流快速充電，待電池電壓上升到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入恒壓充電的方式，并且這樣有利于保存電池容量。充電過程中采用 LED 燈、數(shù)碼管指示，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有完備的過流過壓保護(hù)，避免因電池過度充電而損壞， 并且充電器采用模塊式結(jié)構(gòu)和 USB 接口，可對手機(jī)、 MP攝像機(jī)等多種數(shù)碼產(chǎn)品充電。 文中介紹設(shè)計(jì)的太陽能手機(jī)充電器，與普通的手機(jī)充電器相比，它的特殊之處除了能源的供應(yīng)來自太陽能電池板外，充分利用單片機(jī)的智能性，設(shè)有完備的湖北科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 電壓電流檢測保護(hù)電路，并通過 LED 顯示電路的狀態(tài)，當(dāng)光線不夠強(qiáng)時(shí)，指示燈不亮，蓄電池為手機(jī)充電，光線足夠強(qiáng)時(shí)，指示燈亮，由太陽能電池板供電，同時(shí)可為充電電池充電。把太陽能電池板放在一個(gè)有陽光的地方，即可以為手機(jī)提供一個(gè)方便的太陽能充電點(diǎn)。這種便捷的太陽能充電器幾乎可以在任何地方補(bǔ)充電力，從 而獲得通信的自由。 本課題研究的主要任務(wù) 結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路和任務(wù)要求，我設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)控制的多功用太陽能手機(jī)充電器，設(shè)計(jì)的主要任務(wù)有： 硬件設(shè)計(jì)：電源模塊設(shè)計(jì)，單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)，顯示電路模塊設(shè)計(jì)，降壓斬波電路模塊設(shè)計(jì)，檢測模塊設(shè)計(jì)， A/D 轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)以及太陽能手機(jī)充電器電路原理圖設(shè)計(jì)。 軟件設(shè)計(jì)：電路啟動(dòng)初始化程序設(shè)計(jì)，按鍵采集程序設(shè)計(jì)，數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)，