【正文】 為重要。因此設(shè)計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)電項目。這就需要一個復(fù)雜的控制系統(tǒng)，51 系列單片機時當前使用最為廣泛的 8 位單片機系列，其豐富的開發(fā)資源和較低的開發(fā)成本，是 51 系列單片機現(xiàn)在以至將來都會有強大的生命力。因此該設(shè)計采用模塊式組合，根據(jù)不同充電負載的需要，將太陽能板進行組合以達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，當光波照射到半導(dǎo)體表面時，半導(dǎo)體內(nèi)部 N 區(qū)和 P 區(qū)中的價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，在某一時刻，通過內(nèi)部二極管的電流會非常小，導(dǎo)致偏置不足，這樣二極管上的電壓會隨負載電流的上升而快速下降。鄭佳：太陽能充電器的設(shè)計 6 圖 21 太陽能光伏電池工作原理圖 22 太陽能電池 IV 特性 銅陵學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 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（或通過實驗觀察到） ，不管在何種應(yīng)用，MPP 實際上總會出現(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、獨立化學系統(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。所以二次電池儲存能量，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。當以穩(wěn)定的電流對蓄電池充電時，由于蓄電池內(nèi)部的化學反應(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，最后達到穩(wěn)de定狀態(tài)（曲線的 段） 。在10C銅陵學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 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??v ??thoabcde圖 25 蓄電池放電時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 段）短時間內(nèi)oa電壓快速下降，然后電壓緩慢下降（曲線的 段） ；最后端電壓在極短的時間內(nèi)迅速降低ab（曲線的 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d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以及外圍電路供電。該單片機內(nèi)部有兩個定時器、兩個外部中斷和一個串口中斷、三個八路的 I/O 口，本設(shè)計采用 12MHz 的晶振。在輸出過程中通過單片機定時器定時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。銅陵學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 圖 27 AT89C51 單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 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 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 進 行 A/D 轉(zhuǎn) 換 。鄭佳：太陽能充電器的設(shè)計 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 EOC 為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行 A/D 轉(zhuǎn)換。CLK 為時鐘輸入信號線。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 單片機與 ADC0809 的設(shè)計電路圖。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)通時間為 Ton，關(guān)斷時間為 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)計采用基于串口的 LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路，在串口擴展中最常用的就是基于鄭佳：太陽能充電器的設(shè)計 16 串口的 LED 數(shù)碼管顯示電路?？梢蕴峁﹩为氭i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 鐘 (CP) 每 次 由 低 變 高 時 ， 數(shù) 據(jù) 右 移 一 位 ， 輸 入 到 Q0， Q0 是 兩 個 數(shù) 據(jù) 輸 入端 （ DSA 和 DSB） 的 邏 輯 與 ， 它 將 上 升 時 鐘 沿 之 前 保 持 一 個 建 立 時 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。由于單片機在以方式 0 串行發(fā)送數(shù)據(jù)的時候數(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 Q7，也就是說單片機內(nèi)的 DO 通過串口發(fā)送并經(jīng)過 74LS164 后到達 74LS164 的 Q7 腳即數(shù)碼管的 A 腳，因此在單片機內(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。入口初始化啟動轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)束？處理存儲返回NY鄭佳：太陽能充電器的設(shè)計 20 入口采集電壓電流恒流充電恒壓充電返回充電結(jié)束電壓4V？電流？YNYN圖 33 充電子程序框圖 電源子程序的設(shè)計本太陽能手機充電器與傳統(tǒng)充電器相比，最大的優(yōu)點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，最后確定用單片機通過編程來實現(xiàn)，這樣將大大降低硬件的成本。銅陵學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 23 參考文獻 李朝青. 單片機原理及接口技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學出版社．2022． 孫育才．新型 AT89S51 系列單片機及其應(yīng)用[M]．北京：清華大學出版社．2022 [J] 電池 ， 1997 ，高等教育出版社，2022，高等教育出版社，2022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 ，2022SungMo kang,Yusuf 數(shù)字集成電路——分析與設(shè)計。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。銅陵學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 25 學位論文原創(chuàng)性聲明 本 人 鄭 重 聲 明 ： 所 呈 交 的 學 位 論 文 ， 是 本 人 在 導(dǎo) 師 的 指 導(dǎo) 下 進 行 的 研 究 工 作 所 取 得 的成 果 。學位論文作者（本人簽名）： 年 月 日學位論文出版授權(quán)書本 人 及 導(dǎo) 師 完 全 同 意 《 中 國 博 士 學 位 論 文 全 文 數(shù) 據(jù) 庫 出 版 章 程 》 、 《 中 國 優(yōu) 秀 碩 士 學 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 位 論 文 提 交 “中 國 學 術(shù) 期 刊（ 光 盤 版 ） 電 子 雜 志 社 ”在 《 中 國 博 士 學 位 論 文 全 文 數(shù) 據(jù) 庫 》 、 《 中 國 優(yōu) 秀 碩 士 學 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 資 源 總 庫 》 ，在 《 中 國 博 碩 士 學 位 論 文 評 價 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。首先非常感謝學校開設(shè)這個課題，為本人日后從事計算機方面的工作提供了經(jīng)驗，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習生涯中的無私奉獻和默默支持，我將無法順利完成今天的學業(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。最后，我要特別感謝我的導(dǎo)師趙達睿老師、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，使得論文能夠及時完成，這里一并表示真誠的感謝。老師們認真負責的工作態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。四年的風風雨雨，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，將是踏上一個新的征程，要把所學的知識應(yīng)用到實際工作中去。其次，我要感謝大學四年中所有的任課老師和輔導(dǎo)員在學習期間對我的嚴格要求，感謝他們對我學習上和生活上的幫助，使我了解了許多專業(yè)知識和為人的道理，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)計過程中給了我大量的幫助和指導(dǎo)，為我理清了設(shè)計思路和操作方法，并對我所做的課題提出了有效的改進方案。本次畢業(yè)設(shè)計是對我大學四年學習下來最好的檢驗。本人愿意按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版，同意學校保存學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（論文）；同意學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（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)容外，本設(shè)計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。 對 本