【正文】 以進(jìn)行充電；其次，它體現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保的理念，是一款綠色的產(chǎn)品。中國的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)在20世紀(jì)80年代以前一直處于起步階段，但是隨著我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，政府對光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的關(guān)注與投入也越來越大。太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率也隨著技術(shù)的進(jìn)步不斷地提高，晶體硅的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到15%，%，砷化鎵光電池的光電轉(zhuǎn)換效率是25%，特別是新型的薄膜太陽能電池由于用硅量只有硅片電池的1/100，加工工藝簡化，可以大大縮短能量返還的時間，提高能量的再生比。其工作原理是：當(dāng)太陽光照射在半導(dǎo)體表面時，半導(dǎo)體吸收光能，并且產(chǎn)生許多光電子空穴對，在半導(dǎo)體內(nèi)的電場的作用下，光生電子和空穴被分離，半導(dǎo)體兩端出現(xiàn)異種電荷的積累，即產(chǎn)生光生電壓。 圖22(a) 太陽能電池的IV特性曲線圖22(b)太陽能電池的PV特性曲線V 由圖22可以得到太陽能電池的幾個重要的參數(shù)：短路電流(Isc)：在給定光照強(qiáng)度和溫度下的最大輸出電流；開路電壓(Voc)：在給定光照強(qiáng)度和溫度下的最大輸出電壓；最大功率點(diǎn)電流(Im)：在給定光照強(qiáng)度和溫度下相對于最大功率點(diǎn)的電流；最大功率點(diǎn)電壓(Vm)：在給定光照強(qiáng)度和溫度下相對于最大功率點(diǎn)的電壓；最大功率點(diǎn)功率(Pm)：在給定光照強(qiáng)度和溫度下輸出的最大功率。設(shè)T為任意光照強(qiáng)度S及任意溫度Tair下的太陽能電池的溫度，則有： (28)對于IV特性曲線上任意一點(diǎn)(V39。 因為太陽能電池的PV曲線在最大功率點(diǎn)處的斜率是零，于是得到： (214) 即： (215)式(215)就是實現(xiàn)MPPT的條件，也就是說，當(dāng)輸出電導(dǎo)的變化量與輸出電導(dǎo)的負(fù)值相同時，太陽能電池工作于最大工作點(diǎn)處。圖210 實現(xiàn)MPPT的simulink仿真模塊設(shè)太陽能電池工作的光照強(qiáng)度與溫度的初始值分別是1000W/㎡和25℃。因此，本設(shè)計選用鋰離子電池作為儲能蓄電池。在充電過程中充電電壓始終保持不變，稱為恒定電壓充電法。 圖214 恒流恒壓充電曲線圖 因此，本設(shè)計選用恒流恒壓充電的方法為蓄電池進(jìn)行充電。對恒流恒壓充電方式進(jìn)行了simulink建模與仿真。 圖31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 (2)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計 太陽能電池板的選擇為：,短路電流175mA,最大電流150mA，69mm；蓄電池的參數(shù)選擇為：選擇鋰離子電池作為儲能蓄電池，額定容量1000mAh；蓄電池的充電控制芯片選為CN3063，蓄電池放電電路的升壓芯片選為MCC6288[10]。當(dāng)輸入電壓掉電時，CN3063自動進(jìn)入低功耗的睡眠模式，此時電池的電流消耗小于3μA。并且充電電流減小到充電結(jié)束閾值(恒流充電電流的10%)時，充電周期結(jié)束。這樣可以保證即使在輸入電壓源的電流輸出能力很微弱的情況下，也能為電池充電。 (3)參數(shù)設(shè)定 在恒流模式，計算充電電流的公式為： (31)其中 ICH ——充電電流，A； RISET ——ISET管腳到地的電阻，Ω。芯片內(nèi)部包括輸出 電壓反饋和修正網(wǎng)絡(luò)、啟動電路、震蕩電路、參考電壓電路、PFM 控制電路、過流保護(hù)電路以及功率管。高增益的誤差放大器保證了在不同輸入電壓和不同負(fù)載電流情況下穩(wěn)定的輸出電壓。 以上的濾波電容，用于減小輸出的噪聲。 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計要求本設(shè)計要完成的主要任務(wù)是：太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并把電能儲存在蓄電池中，為手機(jī)提供穩(wěn)定的充電電源。 。 控制電路的核心器件是單片機(jī)，具體的電路包括:單片機(jī)外圍電路、采樣電路、驅(qū)動電路、輔助電源電路。將參數(shù)Vout=8V，Ipmax=，f=50KHz代入式(44)可以計算出電感L=，本設(shè)計取電感值為47μH。然后為手機(jī)充電。開關(guān)管選擇的型號為N溝道MOSFET管NCE3010，其額定電壓為VDS=30V，額定電流ID=10A。單片機(jī)AT89C51的管腳說明如下：VCC——供電電壓；GND——接地端； P0口——P0口是一個8位雙向I/O口。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。 電流采樣電路由電流檢測芯片MAX471來完成。SIGN——集電極開路邏輯輸出，SIGN為低電平表示電流由RS－流向RS+。 ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。對應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。按鍵接線圖如圖414所示。 (6)驅(qū)動電路 為了避免強(qiáng)弱電互相干擾，在主電路與控制電路之間要加入光電隔離措施。 (2)6N137工作原理 由于6N137輸入正向電流為3mA，即可導(dǎo)通二極管， 單片機(jī)AT89C51輸出低電壓時的灌電流為3mA，輸出為高電平時的拉電流為10uA，顯然，3腳接地，控制2腳不能驅(qū)動內(nèi)部二極管，因此2腳接+5V，控制3腳，可以控制內(nèi)部二極管的導(dǎo)通，通過PNP飽和導(dǎo)通即可實現(xiàn)，且2腳應(yīng)串接一個限流電阻。圖51 系統(tǒng)整體流程圖初始化是為單片機(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，都將引起單片機(jī)的上電復(fù)位操作。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。正常工作時要根據(jù)BOOST電路輸出電壓調(diào)節(jié)PWM信號的占空比，使電路穩(wěn)定輸出5V。因此，這種充電器具有能耗低、體積小、經(jīng)濟(jì)、可靠的優(yōu)點(diǎn)。因此，在進(jìn)一步的設(shè)計中要注重電磁兼容與保護(hù)電路的設(shè)計，做出一個真正節(jié)能環(huán)保、安全可靠、可以投入實際應(yīng)用的產(chǎn)品。 首先，手機(jī)已普及到世界范圍，而手機(jī)的電池儲能卻是十分有限的，使用手機(jī)的人都有過這樣的經(jīng)歷，外出或旅游時電池突然沒電了，特別是在火車、汽車、輪船等沒有電源的交通工具上，因充電器不在身邊或找不到充電的地方，影響了手機(jī)的正常使用，使手機(jī)變成了信息交流的盲區(qū)，造成不必要的麻煩和經(jīng)濟(jì)損失。所以說，太陽能充電器既節(jié)約了能量，又使用方便，是居家旅行的必備品。 具體實施方案 系統(tǒng)總體設(shè)計思路 本設(shè)計在對太陽能手機(jī)充電器進(jìn)行了理論研究與計算機(jī)仿真的基礎(chǔ)上，以單片機(jī)作為控制核心，進(jìn)行硬件與軟件設(shè)計。 ?MAX471芯片：電流采樣使用MAX471芯片實現(xiàn)，它是雙向、精密電流傳感放大器。 ⑵參數(shù)計算： ①外接電容C3可設(shè)置充電時間tCHG(快速充電時的充電時間)它們的關(guān)系如下： C3=tCHG式中，C3的單位是nF，tCHG的單位是h。 圖八 BOOST升壓電路 ⑶仿真及結(jié)果： 圖九 BOOST升壓電路模型圖十 輸出電壓波形 控制及驅(qū)動電路 本系統(tǒng)主要由單片機(jī)AT89C51完成控制數(shù)據(jù)的采集以及對采集的數(shù)據(jù)分析處理后生成PWM脈寬調(diào)制信號控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，并將數(shù)據(jù)送至顯示電路顯示。通過老師的指導(dǎo)，重新設(shè)計了部分電路。要根據(jù)電路功能的描述，完成軟件部分流程圖以及程序的設(shè)計。由于要考慮到設(shè)計的實際應(yīng)用情況，同時還要考慮元件的精度問題，以及各個元件是否配套和如何連接問題。ADC0809為數(shù)據(jù)采集并做數(shù)字化處理作用，驅(qū)動芯片選用6N137光耦隔離芯片。 ②外接電阻R4可設(shè)置最大充電電流ICHG，它們的關(guān)系如下： 最大充電電流設(shè)置為1A。 ④BOOST電路參數(shù)：綜合考慮單片機(jī)的時鐘頻率、PWM分辨率、電感體積、電路損耗以及噪聲干擾等因素，本設(shè)計選擇的開關(guān)頻率為30KHz。 圖21 系統(tǒng)總體設(shè)計圖 各部分硬件電路的實現(xiàn)與仿真 太陽能最大功率跟蹤的實現(xiàn) ⑴功能實現(xiàn)：分析了太陽能的工作原理和輸出電壓、電流、功率特性，研究了常用的最大功率跟蹤方法，并采用電導(dǎo)增量法的最大功率跟蹤算法，有效的實現(xiàn)了太陽能電池的最大功率跟蹤功能。其中硬件電路的設(shè)計包括斬波電路、穩(wěn)壓電路、單片機(jī)電路、信號采集電路等的閉環(huán)電路的設(shè)計；軟件程序設(shè)計包括電路啟動程序、按鍵采集程序、數(shù)碼管顯示程序、數(shù)模轉(zhuǎn)換程序等的編寫。為了子孫后代的生存和發(fā)展，尋找清潔的替代能源問題已迫在眉睫。參考文獻(xiàn)[1] 黃春耀.《基于單片機(jī)的智能充電控制器的設(shè)計與應(yīng)用》[J].《龍巖學(xué)院學(xué)報》.2007:12 [2] 王鵬.《產(chǎn)業(yè)鏈視角下中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析》[J].《產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)》.2009[3] 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綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義 雖然太陽能行業(yè)是一個巨大的產(chǎn)業(yè)，但是還存在各種問題，尤其是在技術(shù)方面。另一種是以單片機(jī)為控制核心的基于MPPT的太陽能手機(jī)充電器的設(shè)計，這種充電器在陽光下可以向蓄電池存儲能量，也可以直接問手機(jī)充電，蓄電池還可以隨時為手機(jī)充電。圖56 放電子程序流程圖 本章小結(jié)本章主要介紹了以單片機(jī)為控制核心的太陽能手機(jī)充電器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計，還具體介紹了基于MPPT的蓄電池充放電電路、控制電路按鍵及顯示電路的參數(shù)計算與器件選型。 圖52 初始化程序流程 圖53 按鍵采集程序流程圖 充電過程為：采集并判斷蓄電池的電壓與充電電流。這些未知的值在單片機(jī)復(fù)位完成，正式運(yùn)行以后，會產(chǎn)生無法讓程序設(shè)計人員掌握的后果，甚至?xí)斐上到y(tǒng)的損壞。6腳輸出電路是集電極開路電路，必須有上拉一個電阻。 6N137光電耦合器是用于單通道的高速光耦合器，由一個高發(fā)射強(qiáng)度的紅外發(fā)光二極管和一個高速高增益的光敏檢測集成電路組成。其中，上拉電阻的阻值選擇10K。、B、C地址線；；；；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。ADC0809的引腳圖如圖413所示。OUT——電流輸出端，該電流的大小正比于流過傳感電阻的電流。MAX471還有如下的特點(diǎn)： 具有電流檢測功能，所能跟蹤的電流變化頻率高達(dá)130KHz；內(nèi)含精密的檢測電阻；具有雙向檢測指示，可監(jiān)控充電和放電兩種狀態(tài)；并聯(lián)使用時可以擴(kuò)大檢測電流范圍；最大供電電流為100μA，關(guān)閉方式時的電流僅為5μA，所需的供電電壓范圍為3到36V[12]。單片機(jī)復(fù)位電路的極性電容的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時間，一般采用10uF，容值越大需要的復(fù)位時間越短。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故；P2口——P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口； P3口——P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口；RST——復(fù)位輸入。圖47 放電電路simulink模型圖48(a)蓄電池輸出電壓波形圖48(b) BOOST輸出電流波形 圖48(c) BOOST輸出電壓波形 從仿真結(jié)果可以看出，利用單片機(jī)