【正文】 ......................... 30 實物圖 .............................................. 32 結論 ...................................................33 謝辭 ...................................................34 參考文獻 ................................................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濟發(fā)展的瓶頸時，越來越多的國家開始實行 “ 陽光計劃 ” ，開發(fā)太陽能資源，尋求經濟發(fā)展的新動力。 目前對太陽能的利用主要體現(xiàn)在兩個方面：光熱轉換與光電轉換，本文利用太陽能光電轉換的特性，設計了一種在沒有電源的情況下也能隨時隨地給各種移動設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，因此有著廣闊的應用前景，光伏發(fā)電技術也越來越受到人們的關注，隨著光伏組 件價格的不斷降低和光伏技術的發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)將逐漸由現(xiàn)在的補充能源向替代能源過渡。 關鍵詞： 太陽能，電池，單片機，智能 Multipurpose solar mobile charger II Abstract Increasing depletion of energy, it39。 福州大學專升本學生畢業(yè)論文（設計） 2 目前 ， 太陽能電池的應用已從軍事領域、航天領域進入工業(yè)、商業(yè)、農業(yè)、通信、家用電器以及公用設施等部門，尤其可以分散地在邊遠地區(qū) 、高山、沙漠、海島和農村使用，以節(jié)省造價很貴的輸電線路。光伏發(fā)電是利用光伏電池這種半導體器件吸收太陽光輻射，使之轉化成電能的直接發(fā)電形式，是當今太陽能發(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，其實驗室最高轉換效率為 18%,工業(yè)規(guī)模生產的轉換效率為 10%。 太陽能電池可根據電壓大小需要，基于單片機的太陽能手機充電器 3 由不同數量的太陽能電池片組成，其轉換效率受光照、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、數碼管指示，系統(tǒng)中設計有完備的過流過壓保護，避免因電池過度充電而損壞，并且充電器采用模塊式結構和 USB 接口，可對手機、 MP攝像機等 多種數碼產品充電。 本課題研究的主要任務 結合系統(tǒng)設計的總體思路和任務要求，我設計了一種基于單片機控制的多功 用太陽能手機充電器，設計的主要任務有： 硬件設計：電源模塊設計，電源控制模塊設計，單片機控制模塊設計，顯示電路模塊設計，太陽能手機充電器電路原理圖設計。當光線條件適宜時，通過太陽能電池板吸收太陽光，將光能轉換為電能。本系統(tǒng)總體設計方案如圖 21 所示，通過太陽能電池板將太陽能轉換為電能，由單片機編程實現(xiàn) PWM 波控制開關管從而實現(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)數據的采集及轉換并傳給單片機做判斷處理，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參數指標如下 ： 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 的典型應用電路，三端集成穩(wěn)壓器設置的啟動電路，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。 按鍵指示電路及實現(xiàn) 在單片機應用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式： 獨立按鍵； 矩陣編碼鍵盤。 在本設計中由于按鍵不是太多，故采用獨立按鍵法，這樣可以減小編程的難度，圖 25 為本設計的按鍵接線圖。串口有四種工作方式，通過編程設置，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 位寄存器就可擴展一個 8 位的并行輸入／輸出接口，如果想多擴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，直到要顯示新的數據時 ,再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機中 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 各段對應的引腳上。 BUCK 斬波電路 太陽能電池在使用時由于太陽光的變化較大，其內阻又比較高，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，本設計中引入斬波變換電路對輸出電壓進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，而且隨著手機電池充電的飽和，恒壓充電的電流會隨著時間的推移逐漸降低，因此需要采集太陽電池輸出的電壓電流信息，經模數轉換后送由單片機進行判斷是否需要進行脈寬調節(jié)使輸出接近設定值。多路開關可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉換器進行轉換。當 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行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。當 ST 上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D 轉換；在轉換期間， ST 應保持低電平。 OE＝ 1，輸出轉換得 到的數據； OE＝ 0，輸出數據線呈高阻狀態(tài)。 本設計中用單片機的 P0 口接收來自 0809 的換數據， 、 、 依次接在 0809 的 A、 B、 C 地址線， 接在 0809 的 ALE 端， 接 START， 接 OE 端， 時鐘信號由單片機的 ALE 端經 74HC74 觸發(fā)器四 頻后提供，單片機采用 12MHz 晶 振， ALE 端經二分頻后為 500KHz。下降沿啟動 A／ D 轉換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉換正在進行。 MAX471 內置 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的太陽能手機充電器 17 可達到 130kHz，采用 8 腳封裝，其 引腳圖 如圖 28 所示 ，對瞬變電流的響應非?？?，若要減弱由于噪聲在輸出端產生的干擾，可在輸出調壓電阻的兩端并聯(lián)一個電容 1uF(也可根據實驗確定 )進行旁路。 RS+為內傳感電阻 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 基于單片機的太陽能手機充電器 19 圖 31 程序整體框架流程 電路啟動初始化 初始化是為單片機的運行設置初始的運行環(huán)境，主 要完成以下工作：清片內，每次單片機加電時，都將引起單片機的上電復位操作。 設置系統(tǒng)運行所需的各個參數，設置定時器和中斷設定 [16]。其中讀取端口后要做一定的延時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)內的數據 (顯示緩沖區(qū)主要是用來存放即將要顯示的數據 )，然后通過查表的方式找到對應的字形碼，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。 基于單片機的太陽能手機充電器 25 由于單片機在以方式 0 串行發(fā)送數據的時候數據從 RXD 引腳從低位到高位依次輸出，而最先輸出的數據經過 74LS164 串轉并后到達 Q7，也就是說單片機內的 DO 通過 串口發(fā)送并經過 74LS164 后到達 74LS164 的 Q7 腳即數碼管的 A 腳，因此在單片機內字型碼與 74LS164 所對應的字型碼正好相反， 所以共陽極數碼管 在單片機內 09 所對應的字型碼分別是： 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 福州大學專升本學生畢業(yè)論文（設計） 30 圖 36 電源子程序結構流程圖 第 4 章 電路測試 本章主要對整個電路的 檢測做分析，找到故障的地方進行修改，讓整個設計達到預期的效果。 福州大學專升本學生畢業(yè)論文（設計） 32 1 為測試 按鍵能受單片機控制 ，將兩個 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 的按鍵按下后， 電壓表顯示的數據在 5V，數碼管顯示“ 5”，按下 的按鍵后，電壓表顯示 4V，數碼管顯示“ 4”，按下 的按鍵后，電壓表顯示 5V，數碼管顯示“ 5”，按下 的按鍵后，電壓表顯示 ，不斷測試后結果證明按鍵沒有故障，可以達到預期效果。程序的設計既參考了一些資料里的內容， 比如說 PWM 脈寬調制信號產生 程 序， 就 是參考了 網友提供的標志位加定時器實現(xiàn)的方法 。 從確定設計題目的那天開始，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，很多都是涉及到細節(jié)的問題；正是由于 陳老師 無私幫助，我才得以完成設計。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 QA9wkxFyeQ^! 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