【正文】 為重要。因此設(shè)計(jì)一種太陽(yáng)能充電器對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)既方便又節(jié)能。硅太陽(yáng)能電池分為單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池三種。非晶硅薄膜太陽(yáng)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(jiàn)的太陽(yáng)能電池電壓有 3V、6V、9V、12V、18V、32V、48V 等，更大的用于太陽(yáng)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(kāi)發(fā)資源和較低的開(kāi)發(fā)成本，是 51 系列單片機(jī)現(xiàn)在以至將來(lái)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(yáng)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(yáng)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(yáng)光子的沖擊，吸收太陽(yáng)能量發(fā)生能級(jí)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(duì)。不過(guò)，在某一時(shí)刻，通過(guò)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(yáng)能充電器的設(shè)計(jì) 6 圖 21 太陽(yáng)能光伏電池工作原理圖 22 太陽(yáng)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(yáng)能電池獲得最大電力。 我們可以很容易地證明（或通過(guò)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(yáng)能電池輸出特性圖的轉(zhuǎn)彎處（見(jiàn)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(duì)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)de定狀態(tài)（曲線的 段） 。在10C銅陵學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 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(zhǎng)。 ）01 0987654321 1 11 . 62 . 22 . 01 . 8??v ??thoabcde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(kāi)始（曲線的 段）短時(shí)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(shí)間內(nèi)迅速降低ab（曲線的 段） 。這種現(xiàn)象叫過(guò)放電，雖然能放出部分能量，如經(jīng)常過(guò)放電會(huì)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(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(lái)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(guò)程中通過(guò)單片機(jī)定時(shí)器定時(shí)檢測(cè)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 A/D采集ADC0809 是 美 國(guó) 國(guó) 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(kāi) 關(guān) ， 它 可 以 根 據(jù) 地 址 碼 鎖 存 譯 碼 后 的 信 號(hào) ，只 選 通 8 路 模 擬 輸 入 信 號(hào) 中 的 一 個(gè) 進(jìn) 行 A/D 轉(zhuǎn) 換 。鄭佳：太陽(yáng)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(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是 0－5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)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(hào)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(kāi)關(guān)管，其驅(qū)動(dòng)電壓一般為PWM(Pulse width modulation 脈寬調(diào)制)信號(hào)，信號(hào)周期為 Ts，則信號(hào)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(guò)開(kāi)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)之一。串口有四種工作方式，通過(guò)編程設(shè)置，可以使其工作在任一方式以滿足不同的場(chǎng)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鄭佳：太陽(yáng)能充電器的設(shè)計(jì) 16 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(guò)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(zhǎng) 度 。然后判斷 P1 口是否有鍵按下，如果沒(méi)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(guò) 74LS164 串轉(zhuǎn)并后到達(dá) Q7，也就是說(shuō)單片機(jī)內(nèi)的 DO 通過(guò)串口發(fā)送并經(jīng)過(guò) 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(duì)應(yīng)的字型碼正好相反，所以共陽(yáng)極數(shù)碼管在單片機(jī)內(nèi) O9 所對(duì)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NY鄭佳：太陽(yáng)能充電器的設(shè)計(jì) 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(jì)本太陽(yáng)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(wèn)題，關(guān)于 DC/DC 轉(zhuǎn)換的 PWM脈寬調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生問(wèn)題，經(jīng)過(guò)反復(fù)分析論證，最后確定用單片機(jī)通過(guò)編程來(lái)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．2022． 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．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(yáng)能電池的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)， 水電能源科學(xué) ，2022SungMo 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(guó) 博 士 學(xué) 位 論 文 全 文 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 出 版 章 程 》 、 《 中 國(guó) 優(yōu) 秀 碩 士 學(xué) 位 論文 全 文 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 出 版 章 程 》 (以 下 簡(jiǎn) 稱 “章 程 ”)， 愿 意 將 本 人 的 學(xué) 位 論 文 提 交 “中 國(guó) 學(xué) 術(shù) 期 刊（ 光 盤 版 ） 電 子 雜 志 社 ”在 《 中 國(guó) 博 士 學(xué) 位 論 文 全 文 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 》 、 《 中 國(guó) 優(yōu) 秀 碩 士 學(xué) 位 論 文 全 文數(shù) 據(jù) 庫(kù) 》 中 全 文 發(fā) 表 和 以 電 子 、 網(wǎng) 絡(luò) 形 式 公 開(kāi) 出 版 ， 并 同 意 編 入 CNKI《 中 國(guó) 知 識(shí) 資 源 總 庫(kù) 》 ，在 《 中 國(guó) 博 碩 士 學(xué) 位 論 文 評(píng) 價(jià) 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 》 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(kāi)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(duì)我的關(guān)系和理解，如果沒(méi)有他們?cè)谖业膶W(xué)習(xí)生涯中的無(wú)私奉獻(xiàn)和默默支持，我將無(wú)法順利完成今天的學(xué)業(yè)。感謝老師四年來(lái)對(duì)我孜孜不倦的教誨，對(duì)我成長(zhǎng)的關(guān)心和愛(ài)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(guò)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(chéng)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(guò)，充滿著關(guān)愛(ài)，給我留下了值得珍藏的最美好的記憶。從這里走出，對(duì)我的人生來(lái)說(shuō)，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(duì)我的嚴(yán)格要求，感謝他們對(duì)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(duì)我的悉心指導(dǎo)，在我的論文書寫及設(shè)計(jì)過(guò)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(duì)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(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)下來(lái)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(yíng)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?jī)?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(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。 對(duì) 本