【正文】 ......................... 30 實(shí)物圖 .............................................. 32 結(jié)論 ...................................................33 謝辭 ...................................................34 參考文獻(xiàn) ................................................35 附錄 ...................................................37 附錄 1 主電路原理圖 ...................................... 37 附錄 2 匯編源程序部分程序 ................................ 38 第 1 章 緒論 本課題的研究背景 當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來越多的國家開始實(shí)行 “ 陽光計(jì)劃 ” ，開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動力。 目前對太陽能的利用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：光熱轉(zhuǎn)換與光電轉(zhuǎn)換，本文利用太陽能光電轉(zhuǎn)換的特性，設(shè)計(jì)了一種在沒有電源的情況下也能隨時(shí)隨地給各種移動設(shè)備充電的便攜式智能型太陽能充電器。太陽能作為一種可再生能源它具有取之不盡、用之不竭和清潔安全等特點(diǎn)，因此有著廣闊的應(yīng)用前景，光伏發(fā)電技術(shù)也越來越受到人們的關(guān)注，隨著光伏組 件價(jià)格的不斷降低和光伏技術(shù)的發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)將逐漸由現(xiàn)在的補(bǔ)充能源向替代能源過渡。 關(guān)鍵詞： 太陽能，電池，單片機(jī)，智能 Multipurpose solar mobile charger II Abstract Increasing depletion of energy, it39。 福州大學(xué)專升本學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 目前 ， 太陽能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門，尤其可以分散地在邊遠(yuǎn)地區(qū) 、高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價(jià)很貴的輸電線路。光伏發(fā)電是利用光伏電池這種半導(dǎo)體器件吸收太陽光輻射，使之轉(zhuǎn)化成電能的直接發(fā)電形式，是當(dāng)今太陽能發(fā)電的主流。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(shí)驗(yàn)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，基于單片機(jī)的太陽能手機(jī)充電器 3 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， 2021 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(jì)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。 本課題研究的主要任務(wù) 結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路和任務(wù)要求，我設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)控制的多功 用太陽能手機(jī)充電器，設(shè)計(jì)的主要任務(wù)有： 硬件設(shè)計(jì)：電源模塊設(shè)計(jì)，電源控制模塊設(shè)計(jì)，單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)，顯示電路模塊設(shè)計(jì)，太陽能手機(jī)充電器電路原理圖設(shè)計(jì)。當(dāng)光線條件適宜時(shí)，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(jì)方案如圖 21 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)編程實(shí)現(xiàn) PWM 波控制開關(guān)管從而實(shí)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(shí)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(shí)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40mm 20mm 3mm， 峰值電壓 ，峰值電流 60mA，如圖 22 所示。 功能：輸出穩(wěn)定電壓 5V，輸出電流接近 1A。圖 24 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(shí)，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(diǎn) ，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。 按鍵指示電路及實(shí)現(xiàn) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式： 獨(dú)立按鍵； 矩陣編碼鍵盤。 在本設(shè)計(jì)中由于按鍵不是太多，故采用獨(dú)立按鍵法，這樣可以減小編程的難度，圖 25 為本設(shè)計(jì)的按鍵接線圖。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(gè)移 位寄存器就可擴(kuò)展一個(gè) 8 位的并行輸入／輸出接口，如果想多擴(kuò)展幾個(gè)并口就需要在外部級連幾個(gè)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(shí) ,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 太陽能電池在使用時(shí)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，為了防止輸出電壓過高，破壞電路燒毀元件，或者是輸出電壓太低元 器件不能正常工作，本設(shè)計(jì)中引入斬波變換電路對輸出電壓進(jìn)行升壓或者降壓變換，以優(yōu)化系統(tǒng)性能。 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[11]。 （ 3） Buck－ Boost 電路 —— 降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓 Uo 大于或小于輸入電壓 Ui，極性相反，電感傳輸。 電壓電流的 A/D 采集 受外界環(huán)境因素的影響，太陽能電池輸出的電壓極不穩(wěn)定，而且隨著手機(jī)電池充電的飽和，恒壓充電的電流會隨著時(shí)間的推移逐漸降低，因此需要采集太陽電池輸出的電壓電流信息，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送由單片機(jī)進(jìn)行判斷是否需要進(jìn)行脈寬調(diào)節(jié)使輸出接近設(shè)定值。多路開關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，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。當(dāng) ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應(yīng)保持低電平。 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)。 本設(shè)計(jì)中用單片機(jī)的 P0 口接收來自 0809 的換數(shù)據(jù)， 、 、 依次接在 0809 的 A、 B、 C 地址線， 接在 0809 的 ALE 端， 接 START， 接 OE 端， 時(shí)鐘信號由單片機(jī)的 ALE 端經(jīng) 74HC74 觸發(fā)器四 頻后提供，單片機(jī)采用 12MHz 晶 振， ALE 端經(jīng)二分頻后為 500KHz。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。 MAX471 內(nèi)置 35mΩ 精密傳感電阻，可測量電流的上下限為 3A。 圖 28 MAX471 引腳圖 MAX471 所需的供電電壓 Vbr/Vcc 為 3～ 36V，所能跟蹤的電流的變化頻率基于單片機(jī)的太陽能手機(jī)充電器 17 可達(dá)到 130kHz，采用 8 腳封裝，其 引腳圖 如圖 28 所示 ，對瞬變電流的響應(yīng)非常快，若要減弱由于噪聲在輸出端產(chǎn)生的干擾，可在輸出調(diào)壓電阻的兩端并聯(lián)一個(gè)電容 1uF(也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定 )進(jìn)行旁路。 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流過傳感電阻的電流。 初始化 開始 基于單片機(jī)的太陽能手機(jī)充電器 19 圖 31 程序整體框架流程 電路啟動初始化 初始化是為單片機(jī)的運(yùn)行設(shè)置初始的運(yùn)行環(huán)境，主 要完成以下工作：清片內(nèi)，每次單片機(jī)加電時(shí)，都將引起單片機(jī)的上電復(fù)位操作。 設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行所需的各個(gè)參數(shù)，設(shè)置定時(shí)器和中斷設(shè)定 [16]。其中讀取端口后要做一定的延時(shí)以排除鍵抖引起的誤動作 。 顯示子程序首先初始化串口，使串口工作在方式 0，再讀取顯示緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù) (顯示緩沖區(qū)主要是用來存放即將要顯示的數(shù)據(jù) )，然后通過查表的方式找到對應(yīng)的字形碼，最后把字形碼寫入串口寄存器 SBUF 通過串口方式 0 發(fā)送出去。 基于單片機(jī)的太陽能手機(jī)充電器 25 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) 09 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 35 所示。 采集電壓電流 跳過 關(guān)斷輸出 減小占空比 過電流 輸出電壓判斷 Yes No 大 相等 增大占空比 小 入口 返回 福州大學(xué)專升本學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 30 圖 36 電源子程序結(jié)構(gòu)流程圖 第 4 章 電路測試 本章主要對整個(gè)電路的 檢測做分析，找到故障的地方進(jìn)行修改，讓整個(gè)設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期的效果。 福州大學(xué)專升本學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 32 1 為測試 按鍵能受單片機(jī)控制 ，將兩個(gè) 9V 的干電池串聯(lián)后代替太陽能電池板，輸入 電壓為 18V，可供 LM7805 工作，穩(wěn)定輸出 5V 電壓，用萬能表測USB 兩端 電壓 ，測輸出 電壓 ，當(dāng) 的按鍵按下后， 電壓表顯示的數(shù)據(jù)在 5V，數(shù)碼管顯示“ 5”，按下 的按鍵后，電壓表顯示 4V，數(shù)碼管顯示“ 4”，按下 的按鍵后，電壓表顯示 5V，數(shù)碼管顯示“ 5”，按下 的按鍵后，電壓表顯示 ，不斷測試后結(jié)果證明按鍵沒有故障，可以達(dá)到預(yù)期效果。程序的設(shè)計(jì)既參考了一些資料里的內(nèi)容， 比如說 PWM 脈寬調(diào)制信號產(chǎn)生 程 序， 就 是參考了 網(wǎng)友提供的標(biāo)志位加定時(shí)器實(shí)現(xiàn)的方法 。 從確定設(shè)計(jì)題目的那天開始，陳 老師就開始不斷地給我提供幫助，從最初的方案確定，到元器件的選擇，電路的修改和調(diào)試，程序的編寫和修改，以及論文的制作等等，很多都是涉及到細(xì)節(jié)的問題；正是由于 陳老師 無私幫助，我才得以完成設(shè)計(jì)。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 QA9wkxFyeQ^! dj sXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 gTXRm 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