【正文】 This course is designed to introduce a kind of solar charger, using singlechip microputer control, the solar energy through to stabilize the dc charging circuit transformation, after pletion of the battery and can automatically stop charging, can also be used as a general dc power supply, so as to get rid of the dependence on the grid for the freedom of munication. Compared with the conventional charger, solar charger has obvious advantages. Key words: solar energy。與常規(guī)的充電器相比，太陽能充電器有 著明顯的優(yōu)勢。 太陽能發(fā)電的歷史可以追朔到 1800 年，伯克萊氏發(fā)現(xiàn)對某種半導(dǎo)體材料照射光后，會引起伏安特性改變。本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 題目 太陽能充電器電路設(shè)計 學(xué)院名稱 理學(xué)院 專業(yè)班級 電子信息科學(xué)與技術(shù) 信息 101班 學(xué)生姓名 李杰 導(dǎo)師姓名 孫吉紅 二○一四 年 六 月 一 日 太陽能充電器電路設(shè)計 作 者 姓 名 李杰 專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師姓名 孫吉紅 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 副教授 齊魯工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立 研究、撰寫的成果。 畢業(yè)設(shè)計（論文）作者簽名： 李杰 2020 年 6 月 2 日 齊魯工業(yè)大學(xué)關(guān)于畢業(yè)設(shè)計（論文）使用授權(quán)的說明 本畢業(yè)設(shè)計（論文）作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留、送交設(shè)計（論文）的復(fù)印件，允許設(shè)計（論文）被查閱和借閱，學(xué)校可以公布設(shè)計（論文）的全部或部分內(nèi)容 ，可以采用影印、 掃描等復(fù)制手段保存 本設(shè)計（論文）。最終，發(fā)現(xiàn)了光伏效應(yīng)，并以此半導(dǎo)體制成光伏電池。 關(guān)鍵詞： 太陽能 電池 單片機(jī) 充電器 齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） IV ABSTRACT Fossil energy drying up, people39。 batteri chip。自 20世紀(jì) 70年代的世界石油危機(jī)以來，人們才真正意識到，化石燃料的儲量是有限的，能源危機(jī)迫在眉睫。這些問題最終將迫使人們改變能源結(jié)構(gòu)，依靠 科技進(jìn)步，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。光伏發(fā)電具有取之不盡且無污染等優(yōu)點(diǎn)。 能源危機(jī)及環(huán)境污染問題 十八世紀(jì)的工業(yè)革命，大大推動了人類社會的生產(chǎn)力水平，使人類進(jìn)入了機(jī)器大生產(chǎn)的工業(yè)時代。自 70年代的世界石油危機(jī)后，人們才真正意識到，供應(yīng)常規(guī)電力所用的石化燃料的儲量是有限的。 環(huán)境污染問題也成為 人們普遍關(guān)注的焦點(diǎn) [3]。如不采取積極措施，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，將會嚴(yán)重威脅到 人類社會的生存空間。當(dāng)前，包括我國在內(nèi)的絕大多數(shù)國家都以石油、天然氣和煤炭等礦物燃料為主要能源。雖然在可預(yù)見的將來，煤炭、石油、天然氣等礦物燃料，仍將在世界能源結(jié)構(gòu)中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，但人們對核能以及太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、水力能、生物能等可再生能源資源的利用日益重視，在整個能源消耗中所占的比例正在顯著地提高。 其中，太陽能作為一種新型的綠色可再生能源，與其他新能源相比利用最大，是最理想的可再生能源。其中到達(dá)地球的 能量高達(dá)，穿過大氣層到達(dá)地球表面的太陽輻射能大約為 。 （ 3）清潔無污染，無任何物質(zhì)的排放，既不會留下污染物，也不會向大氣中排放廢氣。尤其以青藏高原地區(qū)最高，達(dá) 60008000MJ/m2?？沙浞掷卯?dāng)?shù)刎S富的太陽能資源，采用太陽能發(fā)電技術(shù)，節(jié)約能源，發(fā)展經(jīng)濟(jì)，提高人民生活水平。我國的光伏電池技術(shù)是 從60年代發(fā)展空間用太陽能電池開發(fā)起步的，地面用光伏電池的生產(chǎn)是從 1970 年代初開始，主要的低成本技術(shù)以及生產(chǎn)能力則在 80年代中期建立起來?！熬盼濉逼陂g，國家科委開始將太陽能屋頂系統(tǒng)列入國家科技攻關(guān)計劃，企業(yè)界率先在深圳和北京分別建成了 17KW 和 7KW的光伏發(fā)電屋頂系統(tǒng)。在市場方面，截至 2020 年底我國光伏系統(tǒng)累計裝機(jī)容量達(dá)到 45MW。首先，我國生產(chǎn)規(guī)模較國外比較小，自動化水平比較低；其次，專用原材料國產(chǎn)化程度也不高。近 10 年太陽電池組件生產(chǎn)的年平均增長率達(dá)到 33%，最近 5 年的年平均增長率達(dá)到 43%，成為當(dāng)今發(fā)展最迅速的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。 我國當(dāng)前最大的光電市場仍然是通信領(lǐng)域，包括微波中斷站、衛(wèi)星通信地面站、衛(wèi)星電視接收差轉(zhuǎn)系統(tǒng) 、程控電話交換機(jī)、部隊(duì)通訊臺站等，目前的市場占有率在 50%左右。 光伏系統(tǒng)的工作原理與組成 光伏系統(tǒng)的工 作原理 白天，在光照條件下，太陽能電池組件產(chǎn)生一定的電動勢，通過組件的串、并聯(lián)形成太陽能電池方陣，使得方陣電壓達(dá)到系統(tǒng)輸入電壓的要求。光伏電站系統(tǒng)還應(yīng)有限荷保護(hù)和防雷裝置，以保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的過負(fù)載運(yùn)行及免遭雷擊，維護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的安全使用 [7]。太陽能電池一般為硅電池，分為單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池三種。配套 200A由于蓄電池的循環(huán)充放電次數(shù)及放 電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過充電或過放電的充電控制器是必不可少的設(shè)備。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。正 弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負(fù)載。通過分析國內(nèi)外光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和市場需求分析，了解光伏發(fā)電未來產(chǎn)業(yè)前景。這樣，光能就以產(chǎn)生電子 空穴對的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｒ虼?，太陽能光伏電池都是由半?dǎo)體 構(gòu)成的。光生電場的一部分除抵消勢壘電場外，還使 P型層帶正電， N型層帶負(fù)電，在 N區(qū)與 P區(qū)之間的薄層產(chǎn)生所謂光生伏特電動勢。 另外，在受光面上，覆蓋著一層很薄的天藍(lán)色氧化硅薄膜以減少入射太陽光的反射，提高太陽能電池對于入射光的吸收率。太陽能電池單體工作電壓為 伏，一般不能單獨(dú)作為電 源使用。它可以輸出幾百瓦，凡千瓦或更大的功率，是光伏電站的電能產(chǎn)生器。這種太陽電池以高純的單晶硅棒為原料，純度要 求 %。這種硅錠可鑄成立方體，以便切片加工成方形太陽電池片，可提高材料利用率和方便組裝。機(jī)械化學(xué)方面的保護(hù)是指在封裝及安裝太陽能板的時候要考慮其防腐，防風(fēng)，防雹，防雨的能力電方面的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本組成與基本原理保護(hù)是指連接旁路二極管，連接防反充二極管等。在太陽能板的保護(hù)中還用到一種防反充二極管，又稱阻塞二極管，其作用是避免由于太陽能板在陰雨天和夜間不發(fā)電時，或太陽能板出現(xiàn)短路故障時，蓄電池組通過太陽能板放電。 Rs主要由電池的體電阻、表面電阻、電極電阻和電極與硅表面間接接觸電阻所組成。當(dāng)光照恒定時，由于光生電流 Isc不隨光伏電池的工作狀態(tài)而變化，因此在等效電路中可以看作是一個恒流源。 Isc的值與太陽能電池的面積大小有關(guān)。當(dāng)溫度升高時， Isc值略有上升。一定光照強(qiáng)度下，太陽能電池的輸出電流 I與電池端電壓 V的關(guān)系 IV 特性曲線如圖 22所示。原則上講，可對輸出功率求導(dǎo)使其為 0，即可得到該電池的最佳工作點(diǎn) Im， Um，從而求出最大輸出功率： P=Im*Vm。如果在一定光照下的IV特性曲線是理想的矩形，那么 Im和 Vm乘積就等于 ISC和 UOC的乘積。圖 2圖 25 分別是太陽能電池陣列在溫度為 25℃時，不同日照 (S)下表現(xiàn)出的電流 電壓 (IV)和功率 電 壓 (PV)特性?？梢钥闯?，溫度對太陽能電池陣列的輸出電流影響不大，但對它的輸出開路電壓影響較大。 單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。 單片機(jī)基本結(jié)構(gòu) （ 1）運(yùn)算器 運(yùn)算器由運(yùn)算部件 算術(shù)邏輯單元（ Arithmetic amp。 例如，兩個數(shù) 6和 7相加，在相加之前，操作數(shù) 6放在累加器中， 7放在數(shù)據(jù)寄存器中，當(dāng)執(zhí)行加法指令時， ALU 即把兩個數(shù)相加并把結(jié)果 13存入累加器，取代累加器原來的內(nèi)容 6。微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線把 ALU、計數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián)，并通過外部總線與外部的存儲器、輸入輸出接口電路聯(lián)接。在算術(shù)和邏輯運(yùn)算時 3) 它有雙功能：運(yùn)算前，用于保存一個操作數(shù)；運(yùn)算后，用于保存所得的和、差或邏輯運(yùn)算結(jié)果； 4) 數(shù)據(jù)寄 存器 DR； 5) 數(shù)據(jù)寄存器通過數(shù)據(jù)總線向存儲器和輸入 /輸出設(shè)備送（寫）或取 6) （讀）數(shù)據(jù)的暫存單元。當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行給定的指令時，必須對操作碼進(jìn)行譯碼，以確定所要求的操作，指令譯碼器就是負(fù)責(zé)這項(xiàng)工作的。 顯然，當(dāng) CPU 向存儲器存數(shù)據(jù)、 CPU 從內(nèi)存取數(shù)據(jù)和 CPU 從內(nèi)存讀出指令時，都要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。還了解了太陽能的等效電路和機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。延長整個太陽能系統(tǒng)的使用年限。制作太陽能電池的材料是近年來發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域，是最受矚目的項(xiàng)目之一 。太陽能電池方陣是由許多單個太陽能電池組件（也叫單體太陽能電池）通過串聯(lián)或是并聯(lián)或同時 串并聯(lián)組成。目前市場上層壓組件最大規(guī)格有 220W，最小的有 5W。 （ 3）太陽能電池組件的分類 太陽能電池組件分為鋼化玻璃層壓電池組件、環(huán)氧樹脂膠封板太陽能電池組件、透明 PET層壓板光伏組件、建材型太陽能電池組件、建材一體型太陽能電池組件、新建材一體型電池組件 [10]。 STC12 系列單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu) STC 12 系列單片機(jī)是宏晶科技公司新的低功耗 16位 Flash單片機(jī)，它的 16級中斷、高效尋址方式、 10K大容量 Flash, EEPROM, A/D 轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器 (PWM)等功能特點(diǎn)，較好的實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的功能與超低功耗的結(jié)合，因此具有很好的性價比和應(yīng)用適應(yīng)性。 圖 32 STC12C5408DA管腳 STC12C5408DA 管腳說明如圖 33 所示。 Flash 可用于程序數(shù)據(jù)保存，實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)， Flash存儲器可以按字或字節(jié)讀寫，最小擦除單位為 1 段，經(jīng)過擦除的位為“ 1，寫入位為“ 0”。各個模塊的輸出占空比是獨(dú)立變化的，與使用的捕獲寄存器 {EPCnL,CCAPnL}有關(guān)。要使能 PWM 模式，模塊 CCAPMn 寄存器的 PWMn 和 ECOMn 位必須置位。這是因?yàn)楫?dāng)口線輸出為 1時驅(qū)動能力很弱，允許外部裝置將其拉低。此上拉提供基本驅(qū)動電流使準(zhǔn)雙向口輸出為 1。 第 3 個上拉晶體管稱為“強(qiáng)上拉”。推挽模式一般用于需要更大驅(qū)動電流的情況 。這種方式的下拉與準(zhǔn)雙向口相同。上電復(fù)位后 P1口是弱上拉型的 I/O 口，可以通過軟件設(shè)置將 8路中的任何一路設(shè)置為 A/D轉(zhuǎn)換，不需作為 A/D 使用的口可繼續(xù)作為 I/O 口使用。同時， STC12C5410AD 的片內(nèi)己集成了程序斷點(diǎn)控制等邏輯功能。 設(shè)計思路 （ 1）單片機(jī)最小系統(tǒng)介紹 單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由電源、復(fù)位、振蕩電路以及擴(kuò)展部分等部分組成。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 34電源供電模塊 2）復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。如 圖35所示。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（ VCO）。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。采用 PWM 脈沖調(diào)制控制保護(hù)技術(shù) 。如果用戶把充電池接反了電路會實(shí)現(xiàn)自動報警來提醒用戶。此外，鋰電池似乎沒有記憶效應(yīng)以及不含有毒物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。在天氣晴朗的夏日，蓄電池放電深度小 。當(dāng)蓄電池放電到一定程度時，應(yīng)停止放電，防止過放電減少蓄電 池壽命 。如果電壓高于 5V就不必進(jìn)行這個步驟。 控制器充放電電路