【正文】 能比較切實可行的方法，可為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟 廣闊的前景。多晶硅薄膜太陽能電池 與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實驗室最高轉(zhuǎn)換效率 為 18%,工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為 10%。太陽能電池可根據(jù)電壓大小需要，由不 同數(shù)量的太陽能電池片組成，其轉(zhuǎn)換效率受光照、溫度、太陽電池晶體類型及制 造工藝等影響，2010 年中國平均效率為 %。充電過程中采用 LED 燈、數(shù)碼管指示，系統(tǒng)中 設(shè)計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。 2 太陽能手機(jī)充電器硬件設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 總體 DC/DC 變換 太 陽 能 電 池 板 按 鍵 AT89C51 顯示電路 手 機(jī) 電 池 ADC0809 圖 1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 太陽能電池在使用時由于太陽光的變化較大，其內(nèi)阻又比較高，因此輸出電 壓不穩(wěn)定，輸出電流較小，這就需要用充電控制電路將電池板輸出的直流電壓變 換后供給電池充電。 本系統(tǒng)將采用 89C51 做為充電電路的控制器，從而以較低的成本輕松實現(xiàn)復(fù)雜 的充電智能控制，同時也可以為其他小型電子產(chǎn)品提供潔凈的直流電源。 本文 以手機(jī)、MP3 等常用小功率用電設(shè)備為例，說明其太陽能充電器的設(shè)計過程。圖 2 是三端穩(wěn)壓集成電路 LM7805 的典型應(yīng)用電路，三端集成穩(wěn)壓器設(shè)置的啟動電路，在穩(wěn)壓電源啟動后 處于正常狀態(tài)時，啟動電路與穩(wěn)壓電源內(nèi)部其他電路脫離聯(lián)系，這樣輸入電壓變 化不直接影響基準(zhǔn)電路和恒流源電路，保持輸出電壓的穩(wěn)定。 LM7805 輸入電壓為 8V 到 36V， 最大工作電流 ， 具有輸入電壓范圍寬， 工作電流大，輸出精度高且工作及其穩(wěn)定，外圍電路簡單等特點，太陽能電池電 壓即使有較大的波動，也能穩(wěn)定的輸出 5V 電壓，從而是單片機(jī)等控制電路正常 工作，且成本低。在電池充電過程中，通過檢測電流大小而確 定電池充電多少，從而改變充電方式或決定是否停止充電[4]。 通常所用的按鍵為輕觸機(jī)械開關(guān)，正常情況下按鍵的接點是斷開的，當(dāng)我們 按壓按鈕時，由于機(jī)械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地 接通，在斷開時也不會一下子斷開。 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管顯示電路 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)有一個串行 I／O 端口， 通過引腳 RXD 和 TXD 可與外部 電路進(jìn)行全雙工的串行異步通信， 發(fā)送數(shù)據(jù)時由 TXD 端送出， 接收時數(shù)據(jù)由 RXD 端輸入。方式 0 的輸出是 8 位串行數(shù)據(jù)，通過移位寄存器可將 8 位串行數(shù)據(jù)變成 8 位并行數(shù)據(jù)輸出，也可以將外部的 8 位并行數(shù)據(jù)變成 8 位串行數(shù)據(jù)輸入。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器 都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的 I／O 接口用于筆劃段字形代碼。 圖 4 數(shù)碼管驅(qū)動電路 單片機(jī) AT89C51 的串口外接 1 片 74LS164 作為 LED 顯示器的靜態(tài)顯示接口， 把 AT89C2051 的 RXD 作為數(shù)據(jù)輸出線，TXD 作為移位時鐘脈沖。當(dāng)有按鍵按下時，有單片機(jī)處理編碼后送到數(shù)碼管上顯示。 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 5 BUCK 變換器電路 電壓電流的 A/D 采集 以逐次逼近原理進(jìn)行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換的器件。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字 量，當(dāng) OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。A，B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－IN7 上的一路模擬量輸入。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。D7－D0 為數(shù)字量輸出線。 ADC0809 具體工作過程為： 首先 、 輸入 3 位地址，并使 輸出高電平，將地址存入地址 鎖存器中。直到 A／D 轉(zhuǎn)換完成，EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束， 結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請，而觸發(fā)單片機(jī)動作準(zhǔn)備接收 數(shù)據(jù)，這是使 輸出高電平，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù) 據(jù)總線上，單片機(jī)讀取 P0 口然后做下一步處理操作。在這種情況下，用戶可根據(jù)自己的需要配置外接的傳感 電阻與增益電阻。RS+為內(nèi)傳感電阻的電源端。OUT 為電流輸出端，該電流的大小正比于 12 流過傳感電阻的電流。復(fù)位操作完成以后，單片 機(jī)的寄存器會被置以不同的值，這些值中有相當(dāng)一部分是未知的值。圖 9 為初始化程序流程。圖 10 為按鍵子程序結(jié)構(gòu)流 14 程圖。 當(dāng) 8 個時鐘脈沖后，字形碼都移至 74Ls164 的 Q0Q7，數(shù)碼管就顯示相應(yīng)按鍵的 編碼。 由于單片機(jī)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(dá) Q7，也就是說單片機(jī) 15 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。充電子程序流程圖如圖 12 所示。 入口 采集電壓電流 N 過電流 Y 小 輸出電壓判斷 大 關(guān)斷輸出 相等 增大占空比 跳過 減小占空比 返回 圖 13 電源子程序結(jié)構(gòu)流程圖 18 結(jié)束語 本手機(jī)充電器系統(tǒng)的設(shè)計分為硬件電路設(shè)計和程序設(shè)計兩個部分， 硬件電路 設(shè)計屬于前期的主要工作，通過方案論證與可行性分析，最終確定由 89C51 單 片機(jī)完成主電路的控制與設(shè)計，并展開外圍電路與控制硬件電路設(shè)計，硬件電路 的設(shè)計主要是電路原理圖的繪制以及參數(shù)的確定。 對于本設(shè)計，如果進(jìn)行進(jìn)一步的的研究，我認(rèn)為應(yīng)該在以下幾個方面重點考 慮： （1）考慮顯示模塊改用液晶顯示，這樣可以減小電流損耗，還可顯示漢字， 使顯示更加豐富人性化。PWM波周期 OUT ORG BIT 02H 0100H 。輸出電 EQU EQU EQU EQU 77H 71H 72H 73H 74H 。檢測輸 0000H MAIN 000BH PWML 。乘以比例得 。A中為高電 。T模式1， 。T模式1， 。PWM輸 MOV A,PWM2L SUBB A,01H MOV PWM2L,A MOV A,PWM1L ADD A,01H JNZ RETURN MOV PWM1L,A RETURN: MOV TH1,TESTH MOV TL1,TESTL SETB TR1 RETI TEST2:MOV A,44H CJNE A,TESTV,DXID LJMP RETURN DXID: JC DXIX MOV DPTR,OTITAB MOV A,LED MOVC A,A+DPTR JNB OUT,TEST2 CJNE A,TESTI,DADA 恒流充電 LJMP RETURN DXIX: MOV A,47H CLR C CJNE A,TESTV,DADA 恒壓充電 LJMP RETURN STCBA:CLR SETB CLR LJMP TEST1 TEST: CLR 。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。為了解決 這一問題，本課程設(shè)計介紹一種多用太陽能手機(jī)充電器，利用單片機(jī)控制，將太 陽能經(jīng)過電路變換為穩(wěn)定直流電給手機(jī)充電， 并能在電池充電完成后自動停止充 電，還可作為一般直流電源使用，從而擺脫對市電的依賴而獲得通信的自由。 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。 硅太陽能電池及參數(shù) 硅太陽能電池及參數(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)電項目。 文中介紹設(shè)計的太陽能手機(jī)充電器，與普通的手機(jī)充電器相比，它的的特殊 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 的電壓電流檢測保護(hù)電路，并通過顯示電路顯示電路狀態(tài)，通過功能鍵可以靈活 的選擇電路輸出，為不同的電子產(chǎn)品提供電源。當(dāng)光線條件適宜時，通過太陽能電池板吸收太陽光，將光能 轉(zhuǎn)換為電能。本系統(tǒng) 總體設(shè)計方案如圖 1 所示，通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，由單片機(jī)編 5 程實現(xiàn) PWM 波控制開關(guān)管從而實現(xiàn)輸出電壓電流的改變， 通過顯示電路顯示輸 出狀態(tài)及大小，由 ADC0809 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及轉(zhuǎn)換并傳給單片機(jī)做判斷處理， 從而實現(xiàn)電路的智能輸出與控制。 所選用的太陽能電池板技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如下： 尺寸 120mm45mm， 峰值電壓 6V， 峰值電流 100mA， 標(biāo)稱功率 。電路中 Ci 的作用 是消除輸入連線較長時其電感效應(yīng)引起的自激振蕩，減小紋波電壓，取值范圍在 6 ～1μF 之間，本文 Ci 選用 ；在輸出端接電容 Co 是用于消除電路 高頻噪聲，改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，一般取 左右，本文 Co 即選用 。 單片機(jī)電路 單片機(jī)電路 本系統(tǒng)單片機(jī)主要完成的任務(wù)是控制數(shù)據(jù)的采集過程， 并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng) 過分析處理后生成 PWM 脈寬調(diào)制信號控制開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷， 從而控制輸出 大小。 通過單片機(jī)編程實現(xiàn)了充電過程的智能控制，而且大大簡化了硬件電路設(shè) 計，由于單片機(jī)良好的可重用性，如果需要改變電路工作狀態(tài)或電路參數(shù)，只需 簡單的修改程序即可實現(xiàn)，從而使電路的升級改造變得簡單易行。因而機(jī)械觸點在閉合及斷開的瞬間均伴隨有 一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機(jī)械特性及操作人員按鍵動作決定，一 般為 5ms～20ms； 按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短是由操作人員的按鍵按壓時間長短決 定的，一般為零點幾秒至數(shù)秒不等。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。因此外 接一個移位寄存器就可擴(kuò)展一個 8 位的并行輸入／輸出接口， 如果想多擴(kuò)展幾個 并口就需要在外部級連幾個移位寄存器。這樣單片機(jī)只 要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路， 就不用管它了， 直到要顯示新的數(shù)據(jù)時, 再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中 CPU 的開銷小。Q0Q7(第 3 —6 和 10—13 引腳)并行輸出端分別接 LED 顯示器的 DPA 各段對應(yīng)的引腳上。 BUCK 斬波電路 DC/DC 變換器廣泛應(yīng)用于便攜裝置（如筆記本計算機(jī)、蜂窩電話、PDA 等） 中。 斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式 Ts 不變，改變 ton(通用)，二是頻 9 率調(diào)制（1）Buck 電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓 U0 小于輸入電壓 Ui， 極性相同。 還有 Sepic、Zeta 電路。 ADC0809 是采樣分辨率為 8 位的、 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(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 （2）引腳結(jié)構(gòu) 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，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。 MAX471 介紹及工作原理 MAX471 是美國 MAXIM 公司生產(chǎn)的雙向、精密電流傳感放大器。MAX471/MAX472 都可通過一個輸出電阻將電流輸出轉(zhuǎn)化為 對地電壓輸出。GND 為地端或 電源負(fù)端。 在本設(shè)計中，電阻 R4 采用 20K/ 精密電阻，在輸出最大 500mA 時 Uo 不超過 5V，輸出電壓便于 ADC0809 采集并作數(shù)字化處理。RS－為內(nèi)傳感電阻的負(fù)載端。 MAX471 各引腳功能說明如下：SHDN 為關(guān)閉信號，正常操作時接地；當(dāng)它 為高電平時，供電電流小于 5μA。對于允許較大電流的場 合，則可選用 MAX472。下降沿啟動 A／D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn) 換正在進(jìn)行。 本設(shè)計中用單片機(jī)的 P0 口接收來自 0809 的換數(shù)據(jù)，、 依次 11 接在 0809 的 A、B、C 地址線， 接在 0809 的 ALE 端， 接 START， 接 OE 端，時鐘信號由單片機(jī)的 ALE 端經(jīng) 74HC74 觸發(fā)器二分頻后提供，單片 機(jī)采用 12MHz 晶振， ALE 端經(jīng)二分頻后為 500KHz。OE＝1，輸出 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。當(dāng) ST 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開 始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST 應(yīng)保持低電平。當(dāng) ALE 線為高電平時，地址鎖 存與譯碼器將 A，B，C 三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通 道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分 時輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。其 電路如圖 5 所示，PWM 脈寬調(diào)制信號有單片機(jī)提供，控制開關(guān)管的通斷。 （3）Buck－Boost 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，電感傳輸。開關(guān)變換器因具有效率高、靈 活的正負(fù)極性和升降壓方式的特點，而備受人們的青睞[10]。要顯示某字段則相應(yīng)的移位寄存器 74LS164 的輸出線必須 是低電平。需要幾個數(shù)碼管就擴(kuò)展幾個并行接口，數(shù)碼管直接接在 74LS164 的輸出腳上， 單片機(jī)通過串口將要顯示數(shù)據(jù)的字形碼逐一的串