【正文】 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 。 鄭佳：太陽能充電器的設(shè)計(jì) 2 第一章 緒論 設(shè)計(jì)目的 眾所周知，化石能源由于日益消耗而面臨枯竭的現(xiàn)象，加上人們 對環(huán)保越來越重視，尋找各種清潔能源來代替化石能源變得極為重要。因此設(shè)計(jì)一種太陽能充電器對于用戶來說既方便又節(jié)能。 硅太陽能電池與參數(shù) 硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。常見的太陽能電池電壓有 3V、 6V、 9V、 12V、 18V、 32V、 48V 等，更大的用于太陽能電廠發(fā)電項(xiàng)目。這就需要一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)， 51 系列單片機(jī)時(shí)當(dāng)前使用最為廣泛的 8位單片機(jī)系列，其豐富的開發(fā)資源和較低的開發(fā)成本，是 51 系列單片機(jī)現(xiàn)在以至將來都會(huì)有強(qiáng)大的生命力。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。 太陽能光伏電池的工作原理如圖 所示，當(dāng)光波照射到半導(dǎo)體表面時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部N 區(qū)和 P 區(qū)中的價(jià)帶電子由于受到太陽光子的沖擊，吸收太陽能量發(fā)生能級躍遷被激發(fā)導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生了許多處于非平衡狀態(tài)的電子一空穴對。不過，在某一時(shí)刻，通過內(nèi)部二極管的電流會(huì)非常小，導(dǎo)致偏置不足，這樣二極管上的電壓會(huì)隨負(fù)載電流的上升而快速下降。 鄭佳：太陽能充電器的設(shè)計(jì) 6 圖 21 太陽能光伏電池工作原理 圖 22 太 陽能電池 IV 特性 銅陵學(xué)院 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 7 在大多數(shù)應(yīng)用中，理想情況是盡可能從太陽能電池獲得最大電力。 我們可以很容易地證明（或通過實(shí)驗(yàn)觀察到），不管在何種應(yīng)用， MPP 實(shí)際上總會(huì)出現(xiàn) 在太陽能電池輸出特性圖的轉(zhuǎn)彎處（見圖 23）。 電池的定義 在現(xiàn)代技術(shù)中電池有了更為精確地定義：能夠產(chǎn)生電能的便攜、獨(dú)立化學(xué)系統(tǒng)。二次電池可分為：鎳鎘電池、氫鎳電池、鋰電池和鉛酸蓄電池等。所以二鄭佳：太陽能充電器的設(shè)計(jì) 8 次電池儲(chǔ)存能量，而不是產(chǎn)生能量。因此，電池的總能量等于容量乘以電池電壓，單位為瓦時(shí)。 當(dāng)以穩(wěn)定的電流對蓄電池充電時(shí)，由于蓄電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，從而蓄電池內(nèi)阻發(fā)生變化，引起蓄電池端電壓的變化如圖 24 所示。充電后期，端電壓比較緩慢地上升。隨后端電壓慢慢地下降，最后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)（曲線的 de 段）。在充電末期采用較小的充電電流有益于電池的使用壽命延長。） 01 0987654321 1 11 . 62 . 22 . 01 . 8? ?Uv? ?tho a b cde 圖 25 蓄電池放電時(shí)端電壓的變化曲線 由放電曲線可知，放電曲線基本由三部分組成：放電開始（曲線的 oa 段）短時(shí)間內(nèi)電壓快速下降，然后電壓緩慢下降（曲線的 ab 段）；最后端電壓在極短的時(shí)間內(nèi)迅速降低（曲線的 bc 段）。這種現(xiàn)象叫過放電，雖然能放出部分能量，如經(jīng)常過放電會(huì)降低蓄電池的充電、放電反應(yīng)速度，加速蓄電池的老化和降低其使用容量。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的就是蓄電池的供電系統(tǒng)，所以直接從蓄電池取出電壓來為單片機(jī)以及外圍電路供電。 該單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)器、兩個(gè)外部中斷和一個(gè)串口中斷、三個(gè)八路的 I/O 口，本設(shè)計(jì)采用 12MHz 的晶振。在輸出過程中通過單片機(jī)定時(shí)器定時(shí)檢測輸出電流或電壓，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。 銅陵學(xué)院 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 11 圖 27 AT89C51 單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 電壓電流的 A/D 采集 ADC0809 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道， 8 位逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器 ， 其內(nèi)部有一個(gè) 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個(gè)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 鄭佳：太陽能充電器的設(shè)計(jì) 12 圖 28 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖 （ 2）引腳結(jié)構(gòu) （如圖 28 右圖所示） IN0－ IN7： 8 條模擬量輸入通道 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。通道選擇表1 所示。當(dāng) EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 CLK 為時(shí)鐘輸入信號線。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。圖 29 為 89C51 單片機(jī)與 ADC0809 的設(shè)計(jì)電路圖。 DC/DC 變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。（ 4） Cuk 電路 —— 降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓 U0 大于或小于輸入電壓 Ui，極性相反，電容傳輸。 圖中， Q為開關(guān)管，其驅(qū)動(dòng)電壓一般為 PWM(Pulse width modulation 脈寬調(diào)制 )信號，信號周期為 Ts，則信號頻率為 f=1/Ts，導(dǎo)通時(shí)間為 Ton，關(guān)斷時(shí)間為 Toff，則周期 Ts=Ton+Toff，占空比 Dy= Ton/Ts。 改變占空比 q，即可改變輸出電壓的大小 。由于輸出電流 Io 是 Ui 通過開關(guān)調(diào)整管 Q 和 LC 濾波電路輪流提供，通常脈動(dòng)成份線性穩(wěn)壓電源要大一些，這是開關(guān)穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)之一。串口有四種工作方式，通過編程設(shè)置，可 以使其工作在任一方式以滿足不同的場合。 圖 211 數(shù)碼管顯示電路 本設(shè)計(jì)采用基于串口的 LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路，在串口擴(kuò)展 中最常用的就是基于串口的 LED 數(shù)碼管顯示電路?？梢蕴峁﹩为?dú)鎖存的 I／ O 接口電路很多，常用的就是通過串口外接串并轉(zhuǎn)換器 74LS164，擴(kuò)展并行的 I／ O 口。它是高速硅門 CMOS 器件，與低功耗肖特基性 TTL 器件的引腳兼容。 時(shí)鐘 (CP) 每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 Q0， Q0 是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（ DSA 和 DSB）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長度。然后判斷 P1 口是否有鍵按下，如果沒鍵按下繼續(xù)判斷。 由于單片機(jī)在以方式 0 串行發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候數(shù)據(jù)從 RXD 引腳從低位到高位依次輸出，而最先輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過 74LS164 串轉(zhuǎn)并后到達(dá) Q7，也就是說單片機(jī) 內(nèi)的 DO 通過串口發(fā)送并經(jīng)過 74LS164 后到達(dá) 74LS164 的 Q7 腳即數(shù)碼管的 A 腳，因此在單片機(jī)內(nèi)字型碼與 74LS164所對應(yīng)的字型碼正好相反，所以共陽極數(shù) 碼管在單片機(jī)內(nèi) O9所對應(yīng)的字型碼分別是： 01H， 4FH， 12H， 06H， 4CH， 24H， 20H， 0FH． 00H， 04H。 入口 初始化 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換結(jié)束 ？ 處理存儲(chǔ) 返回 N Y 鄭佳：太陽能充電器的設(shè)計(jì) 20 圖 33 充電子程序框圖 電源子程序的設(shè)計(jì) 本太陽能手機(jī)充電器與傳統(tǒng)充電器相比，最大的優(yōu)點(diǎn)就是不僅能直接給電池充電，還能作為普通的直流電源使用，其中的 5V 直流輸出也可以直接給手機(jī)充電，或作為 MP3 等其他小電子設(shè)備的供電電源。 在硬件電路設(shè)計(jì)上遇到一些問題， 關(guān)于 DC/DC 轉(zhuǎn)換的 PWM 脈寬調(diào)制信號的產(chǎn)生問題，經(jīng)過反復(fù)分析論證，最后確定用單片機(jī)通過編程來實(shí)現(xiàn)，這樣將大大降低硬 件的成本。 銅陵學(xué)院 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 23 參考文獻(xiàn) 李朝青 . 單片機(jī)原理及接口技術(shù) [M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社． 2020． 孫育才．新型 AT89S51 系列單片機(jī)及其應(yīng)用 [M]．北京：清華大學(xué)出版社． 2020 張伯文 .簡易鎳鎘電池定時(shí)恒流充電器 [J] 電池 ， 1997 鄭家龍 .集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程，高等教育出版社， 2020 康華光 .電子技術(shù)基礎(chǔ)，高等教育出版社， 2020 張紅梅，尹云華 . 太陽能電池的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢， 水電能源科學(xué) ， 2020 SungMo kang,Yusuf 數(shù)字集成電路 —— 分析與設(shè)計(jì)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向電氣系的全體老師表示由衷的謝意。 銅陵學(xué)院 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 25 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作所取得的成果。 學(xué)位論文作者（本人簽名）： 年 月 日 學(xué)位論文出版授權(quán)書 本 人及導(dǎo)師完全同意《中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程》、《中國優(yōu)秀 碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程》 (以下簡稱“章程” )，愿意將本人的學(xué)位論文提交“中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社”在《中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》、《中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》中全文發(fā)表和以電子、網(wǎng)絡(luò)形式公開出版，并同意編入 CNKI《中國知識(shí)資源總庫》，在《中國博碩士學(xué)位論文評價(jià)數(shù)據(jù)庫》中使用和在互聯(lián)網(wǎng)上傳播，同意按“章程”規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。 本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 首先非常感謝學(xué)校開設(shè)這個(gè)課題，為本人日后從事計(jì)算機(jī)方面的工作提供了經(jīng)驗(yàn)，奠定了基礎(chǔ)。這期間凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。從他身上，我學(xué)到了許多能受益終生的東西。 最后，我要感謝我的父母對我的關(guān)系和理解，如果沒有他們在我的學(xué)習(xí)生涯中的無私奉獻(xiàn)和默默支持，我將無法順利完成今天的學(xué)業(yè)。感謝老師四年來對我孜孜不倦的教誨，對我成長的關(guān)心和愛護(hù)。 最后，我要特別感謝我的導(dǎo)師趙達(dá)睿老師、和研究生助教熊偉麗老師。在論文的撰寫過程中老師們給予我很大的幫助，幫助解決了不少的難點(diǎn)，使得論文能夠及時(shí)完成，這里一并表示真誠的感謝。老師們認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。四年的風(fēng)風(fēng)雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留下了值得珍藏的最美好的記憶。從這里走出，對我的人生來說，將是踏上一個(gè)新的征程，要把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到 實(shí)際工作中去。 其次，我要感謝大學(xué)四年中所有的任課老師和輔導(dǎo)員在學(xué)習(xí)期間對我的嚴(yán)格要求，感謝他們對我 學(xué)習(xí)上和生活上的幫助，使我了解了許多專業(yè)知識(shí)和為人的道理，能夠在今后的生活道路上有繼續(xù)奮斗的力量。 首先，我要特別感謝我的知道郭謙功老師對我的悉心指導(dǎo)，在我的論文書寫及設(shè)計(jì)過程中給了我大量的幫助和指導(dǎo)，為我理清了設(shè)計(jì)思路和操作方法，并對我所做的課題提出了有效的改進(jìn)方案。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)下來最好的檢驗(yàn)。 本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué)校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存設(shè)計(jì)（論文）；同意學(xué)校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部內(nèi)容，允許他人依法合理 使用。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容