【正文】 如今，市場上手機(jī)充電器的類型主要有旅行手機(jī)充電器、座式充手機(jī)電器、車載手機(jī)充電器、無線手機(jī)充電器、太陽能手機(jī)充電器等。然而現(xiàn)在市場上有些充電器的產(chǎn)品質(zhì)量并不能滿足要求，而且還存在著安全隱患。而且隨著太陽能電池技術(shù)的改進(jìn)以及新型光—電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明，以及各國對環(huán)境的保護(hù)要求和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍是利用太陽輻射能切實(shí)可行的方法，為人類將來大規(guī)模地利用太陽能開辟廣闊的前景。 Single chip microputerIV 目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題研究的背景及意義 1 太陽能研究的背景及意義 1 手機(jī)充電器研究的背景及意義 2 市場產(chǎn)品概況及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 市場產(chǎn)品概況 2 太陽能國內(nèi)研究狀況 3 太陽能國外研究狀況 3 課題研究的主要內(nèi)容 3 本章小結(jié) 4第2章 太陽能電池與蓄電池的論述 5 太陽能電池的研究 5 太陽能電池的工作原理 5 太陽能電池的等效電路 5 太陽能電池的輸出特性 7 太陽能電池仿真模型的建立 8 10 蓄電池及其充電控制 14 蓄電池介紹 15 蓄電池充電方法 15 蓄電池充電仿真 16 本章小結(jié) 18第3章 基于芯片的太陽能手機(jī)充電器硬件設(shè)計(jì) 19 19 CN3063芯片介紹 19 MCC6288芯片介紹 22 本章小結(jié) 24第4章 基于MPPT的太陽能手機(jī)充電器硬件設(shè)計(jì) 25 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 25 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求 25 系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì) 25 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 具體硬件電路的設(shè)計(jì) 27 基于MPPT的蓄電池充電控制電路設(shè)計(jì) 27 蓄電池放電電路 29 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 32 軟件設(shè)計(jì) 40 本章小結(jié) 44結(jié)論 45參考文獻(xiàn) 46致謝 47附錄1 開題報(bào)告 48附錄2 中期報(bào)告 52III第1章 緒論 第1章 緒論 課題研究的背景及意義 太陽能研究的背景及意義隨著人們對化石能源的開采，能源日益緊缺，再加上化石能源對環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重，環(huán)保的壓力不斷增大，尋找廉價(jià)的新型的清潔能源，成為了世界各國的發(fā)展方向。在硬件電路與軟件程序方面進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)其作為充電器應(yīng)具備的基本功能。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對論文支持必要時(shí)）：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。還應(yīng)用MATLAB仿真軟件對電路進(jìn)行了仿真研究。對于地球來說，接收到的太陽能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所利用的能量，這就造成了能源和資源的浪費(fèi)。太陽能電池技術(shù)最重要的研究內(nèi)容，就是如何在給定光電轉(zhuǎn)換材料和電池的條件下，完成高效可靠的充電。充電器的質(zhì)量、安全等一系列問題不僅直接影響著手機(jī)的正常使用，還使手機(jī)電池的壽命大大減少。目前，市場上銷售最多的是旅行手機(jī)充電器，嚴(yán)格地從充電電路進(jìn)行分析，只有非常少的一部分充電器屬于真正意義上的智能控制手機(jī)充電器。雖然與國外相比，我國的技術(shù)水平和投入力度還有很多不足，在太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用層面上還有很大的發(fā)展空間，但是，隨著我國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，以后一定可以利用豐富的太陽能資源解決資源短缺的問題。并且在硬件電路與軟件程序方面進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)其作為充電器應(yīng)具備的基本功能。當(dāng)把很多光伏電池單元通過串并聯(lián)的方式組合在一起，就構(gòu)成了光伏電池組件，經(jīng)過封裝就成為了常見的太陽能電池板，可以在太陽光的作用下輸出功率滿足特定場合的需求的電能。 圖23(a) 太陽能電池在25℃下不同光照強(qiáng)度下的IV特性曲線圖23(b) 太陽能電池在25℃下不同光照強(qiáng)度下的PV特性曲線由圖23可以看出，短路電流隨著光照強(qiáng)度的增加而大幅增加，開路電壓隨光照強(qiáng)度的增加略有增加，所以，輸出功率是隨著光照強(qiáng)度的增加而增加的。 根據(jù)上文中的數(shù)學(xué)模型，建立的太陽能電池的simulink模型如圖25所示。BOOST電路如圖29所示，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，二極管VD關(guān)斷，電源Upv 向大電感L儲存能量，同時(shí)大電容向負(fù)載RL供電，此時(shí)Uo=Upv；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感的電流不能突變，二極管導(dǎo)通，電感與電容一起向負(fù)載供電，同時(shí)向電容充電，此時(shí)Uo=UpvUL。 圖211 輸出電流波形圖212 輸出電壓波形 圖213 輸出功率波形 由仿真結(jié)果可以看出，在200s時(shí)，由于光照強(qiáng)度的減少，輸出電壓與輸出功率隨之降低，最后趨于穩(wěn)定，即此時(shí)輸出的功率為該條件下的最大功率；在350s時(shí)，輸出電壓與輸出功率也隨著溫度的增加而降低，最終尋得該條件的最大功率。 蓄電池充電方法 。鑒于這種缺點(diǎn)，恒壓充電很少使用，只有在充電電壓底而充電電流大的時(shí)候使用。 利用MATLAB中simulink軟件環(huán)境可以得到仿真電路216所示。本章依據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)了一款基于集成芯片的太陽能手機(jī)充電器。內(nèi)部的8位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，能夠根據(jù)輸入電壓源的電流輸出能力自動(dòng)調(diào)整充電電流，用戶不需要考慮最壞情況，可最大限度地利用輸入電壓源的電流輸出能力，非常適合利用太陽能電池等電流輸出能力有限的電壓源供電的鋰電池充電應(yīng)用。（2） 工作原理 當(dāng)輸入電壓大于低電壓檢測閾值和電池端電壓時(shí)，CN3063開始對電池充電。芯片內(nèi)部的高精度的電壓基準(zhǔn)源，誤差放大器和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)確保電池端調(diào)制電壓的誤差在177。這樣，用戶在設(shè)計(jì)充電電流時(shí)，可以不用考慮最壞情況，而只是根據(jù)典型情況進(jìn)行設(shè)計(jì)就可以了，因?yàn)樵谧顗那闆r下，CN3063會自動(dòng)減小充電電流。圖32 蓄電池充電控制電路 MCC6288芯片介紹 MCC6288系列產(chǎn)品是一種高效率、低紋波、工作頻率高的PFM升壓DCDC變換器。在PFM控制系統(tǒng)中，固定震蕩頻率和脈寬，穩(wěn)定的輸出電壓是根據(jù)輸入輸出電壓比例以及負(fù)載情況通過削脈沖來調(diào)節(jié)在單位時(shí)間內(nèi)功率管導(dǎo)通時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。為了獲得較高的轉(zhuǎn)換效率，除了用戶選擇合適的電感、肖特基二極管和電容外，芯片內(nèi)部的功率管導(dǎo)通電阻也非常小。第4章 基于MPPT的太陽能手機(jī)充電器設(shè)計(jì) 第4章 基于MPPT的太陽能手機(jī)充電器硬件設(shè)計(jì) 第3章所設(shè)計(jì)的基于集成電路的太陽能手機(jī)充電器能夠很大程度上簡化電路的設(shè)計(jì)，降低耗能，減少生產(chǎn)成本。本設(shè)計(jì)選擇的太陽能電池板的參數(shù)具體為：,最大電壓4V,，峰值功率5W。 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的太陽能手機(jī)充電器主要包括以下幾個(gè)部分：太陽能電池板、蓄電池充電電路、蓄電池放電電路、控制電路、按鍵及顯示電路。 (1)屏蔽二極管 屏蔽二極管的作用是用來防止太陽能電池輸出電壓低于蓄電池兩端電壓時(shí)，蓄電池向太陽能電池倒送電能從而消耗蓄電池的能量并導(dǎo)致太陽能電池板發(fā)熱的情況。輸出電壓紋波由輸出電容Co和等效電阻Rco確定，而CoRco的值一般為常數(shù)，本設(shè)計(jì)取為65μF，因此輸出電容的選擇通過選擇合適的Rco來確定。圖46 BOOST放電電路 。 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的核心器件是單片機(jī)，主要功能是控制信號的采集、按鍵的操作以及控制顯示器的輸出。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間；PSEN——外部程序存儲器的選通信號。單片機(jī)晶振電路的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快，晶振電路的起振電容一般采用30pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機(jī)越近越好。MAX471的引腳圖如圖412所示。MAX471包含兩個(gè)放大器，傳感器電流通過傳感器電阻從RS+流向RS，或從RS流向RS+。圖413 ADC0809引腳圖ADC0809的引腳功能說明如下：D7D0——8位數(shù)字量輸出引腳；IN0IN7——8位模擬量輸入通道；VCC——+5V工作電壓；GND——接地端；VREF(+)——參考電壓正端；VREF()——參考電壓負(fù)端；EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平；使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請求信號使用；OE——輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。ADC0809具體工作過程為：、將地址存入地址鎖存器中，此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器，ST上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位，下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號可用作中斷申請。圖414 按鍵接線電路圖 (5)顯示電路 基于液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍、和單片機(jī)系統(tǒng)的接口簡單可靠、操作方便、功耗低的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇LCD1602作為系統(tǒng)的顯示模塊。具有溫度、電流、電壓補(bǔ)償功能。CHG通過一個(gè)非門接到單片機(jī)的外部中斷口，當(dāng)外部中斷發(fā)生后表示 快速充電結(jié)束，充電進(jìn)行恒壓充電階段，這時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)到達(dá)安全充電時(shí)間停止，這時(shí)恒壓充電結(jié)束，單片機(jī)AT89C51發(fā)出指令斷開充電電源。因此，在單片機(jī)運(yùn)行后，首先清0使之置初始參數(shù)設(shè)定，便于程序設(shè)計(jì)人員掌握，以利系統(tǒng)的工作。進(jìn)行預(yù)充電；，在這個(gè)過程中，若太陽能電池輸出電流小于充電電流，則進(jìn)行MPPT控制直至輸出電流達(dá)到1A，若輸出最大功率時(shí)仍無法達(dá)到充電電流，則用最大電流進(jìn)行充電；。并且通過程序流程圖的形式介紹了能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能手機(jī)充電器太陽能電池最大功率跟蹤、蓄電池充放電、穩(wěn)定輸出等功能的軟件實(shí)現(xiàn)方式。在向蓄電池充電控制部分，通過單片機(jī)的智能控制，既能實(shí)現(xiàn)太陽能電池的最大功率跟蹤，又能用恒流恒壓的方式為蓄電池充電。目前，國內(nèi)對于環(huán)保的意識普遍不高，又由于太陽能充電器的制作成本高，能源轉(zhuǎn)換效率不高，所以我國在太陽能充電器的研究與投入并不多。太陽能作為一種新興可再生能源，它具有取之不盡、用之不竭，清潔安全，分布廣泛等特點(diǎn)，在未來社會能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮非常重要的作用。圖11 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 (1)、由太陽能到電能的轉(zhuǎn)化； (2)、由硬件電路實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、安全的充電； (3)、由軟件實(shí)現(xiàn)按鍵識別、數(shù)碼顯示、電路檢測等功能，實(shí)現(xiàn)智能充電。 (1)、到圖書館搜集圖書及電子資料，并對資料進(jìn)行理論分析總結(jié)，整 理出自己的設(shè)計(jì)思路； (2)、上網(wǎng)收集相關(guān)的資料，完善設(shè)計(jì)； (3)、請教指導(dǎo)老師與同學(xué)，尋求新的思路與切入點(diǎn)。因此，本設(shè)計(jì)研究了一種基于單片機(jī)的智能太陽能充電器，它可以很好的解決上述問題。而在一些發(fā)達(dá)國家，由于環(huán)保意識較強(qiáng)，對太陽能的開發(fā)有了更大的投入，因此太陽能充電器在技術(shù)領(lǐng)域就有了更好的發(fā)展，科技含量高出國內(nèi)很多。設(shè)計(jì)主要包括了硬件電路與軟件程序兩部分，還利用了MATLAB仿真軟件，針對太陽能電池最大功率實(shí)現(xiàn)、蓄電池充、放電部分進(jìn)行了仿真研究，從而驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)內(nèi)容理論上的正確。一種是基于集成電路的太陽能手機(jī)充電器的設(shè)計(jì)，這種充電器可以在有陽光的地方把太陽能轉(zhuǎn)換為電能存儲在蓄電池中，之后蓄電池就可以隨時(shí)為手機(jī)充電。數(shù)據(jù)的采集由ADC0809完成，其程序流程圖如圖54所示。初始化的程序流程圖如圖52所示。整個(gè)軟件部分要實(shí)現(xiàn)的具體功能有：太陽能電池的最大功率跟蹤、判斷蓄電池是否充滿并作出判斷、使蓄電池兩端電壓低于3V時(shí)停止放電、使放電電路穩(wěn)定輸出、檢測按鍵輸入并作出判斷、液晶顯示。圖45 6N137內(nèi)部電氣圖6N137引腳功能說明如下：NC——懸空； +、——發(fā)光二極管的正、負(fù)極； GND——接地端；VO——輸出端； VE——使能端。LCD1602與單片機(jī)的連接圖如圖415所示。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式：獨(dú)立按鍵和矩陣編碼鍵盤。ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號由外界提供。 在本設(shè)計(jì)中，需要采集太陽能電池板的輸出電流，當(dāng)輸出電阻采用20K/，在傳感電流最大為168mA時(shí)，可使輸出的電壓不超過5V，便于ADC0809采集并作數(shù)字化處理。A。 圖410 單片機(jī)復(fù)位電路圖 圖411 單片機(jī)晶振電路如 (2)采樣電路 電壓采樣電路采用兩個(gè)電阻串聯(lián)分壓的方式。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)； XTAL1——反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工