【文章內(nèi)容簡介】 能在開發(fā)和利用過程當(dāng)中具有清潔沒有污染的特性，這是其它任何能源無法與之相比的、太陽光照射的區(qū)域廣泛，無論是平原，山區(qū)或是海洋都不受任何影響，不受地域限制、太陽能輻射量大，能源充足、太陽能具有長久性。近年來，太陽能光伏發(fā)電的研究和應(yīng)用有了突飛猛進(jìn)的增長，成為新能源的研究熱點(diǎn)之一。目前制約太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的主要因素有高昂的制作成本和較低的轉(zhuǎn)換效率?！C/DC 變換器 　　在前兩節(jié)中已經(jīng)對三種不同的 DC/DC變換器的原理功能進(jìn)行詳細(xì)的分析比較，本論文所研究的家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中適合使用Boost變換器。因?yàn)閾?jù)分析得知在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池板轉(zhuǎn)化的電能一般情況下是比較低的，需要做升壓處理的，而且Boost 變換器的電路相對于BuckBoost電路要簡單，轉(zhuǎn)換效率也是比較高的，操作起來比較容易，而 Buck 變換器主要是進(jìn)行降壓的，這不能滿足光伏電池板升壓的要求。本論文所研究的家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是處于室外的，而室外環(huán)境是不能認(rèn)為控制的，而環(huán)境溫度光照等都會對光伏電池板產(chǎn)生影響，受到外界影響時(shí)電壓會變低，如果使用 Buck 變換器將無法正常工作。除此之外，BuckBoost變換器雖然既能夠升壓又能夠降壓，其效率也非常高，但是其控制過程要復(fù)雜很多，這就加大了系統(tǒng)的難度，應(yīng)用比較麻煩。所以本論文中采用XL6009 BOOST DEMO BOARD MANUAL升壓電路變換器。圖26 XL6009功能方框圖27 XL6009的引腳配置表21 XL6009的引腳說明 硬件方案　　XL6009是一顆升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器,內(nèi)置N溝道的MOSFET,試用于本實(shí)驗(yàn)的太陽能電池板,最低電壓輸出2V。那么XL6009的開關(guān)電流最大是4A，開關(guān)頻率是400Khz，內(nèi)置OCP、OTP等保護(hù)電路，工作溫度40℃+125℃，內(nèi)置軟啟動功能，效率可達(dá)90%；主要應(yīng)用于PDA供電、便攜式設(shè)備太陽能、車載適配器等領(lǐng)域。如圖27,對各個(gè)管腳說明。本實(shí)驗(yàn)所應(yīng)用的太陽能電池板為2V5V，適用于XL6009的智能調(diào)壓輸出。原理圖為圖28：圖28 升壓原理圖 太陽能電池板工作流程圖　　在實(shí)際使用過程中，由于光線的強(qiáng)弱，紫外線大小等問題，太陽能電池板不會總是為我們提供電能。雖然對電壓和門檻電壓都做了優(yōu)化，不可避免的是冷光源下以及低光照強(qiáng)度是本太陽能電池板的地區(qū)。下面的流程圖（圖29）示意出實(shí)際使用過程閾值對能否充電的影響。圖29 充電流程圖 　太陽能轉(zhuǎn)化電路仿真及實(shí)物圖210 電池板仿真圖 圖211 示波器測紋波 圖212 電池板轉(zhuǎn)化概率圖 　　太陽能在正常室內(nèi)光線下可以提供電能， 但是太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換率低，不能完全的滿足人們的用電需求，阻礙了太陽能技術(shù)的推廣。而本文針對太陽能電池板的特性提出了采用靈活性的方法來提高太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換率。實(shí)際使用中本文由圖29仿真效果，推算出圖212的實(shí)際功率圖。太陽能追光系統(tǒng)它具有輕巧、廉價(jià)、高效、便于使用的特性。較強(qiáng)的機(jī)械性能可直接用于移動電源外殼。用于多種場合給移動電源充電。關(guān)于太陽能利用的研究近幾年來已經(jīng)成為炙手可熱的話題而提高光電轉(zhuǎn)換率一直是人們重點(diǎn)研究的對象，采用先進(jìn)的智能跟蹤系統(tǒng)將會掀起太陽能電池在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的高潮，市場前景廣闊?！′囯姵爻浞烹姽芾怼　‰S著各種智能手機(jī)、平板電腦的普及，讓越來越多的人已經(jīng)開始發(fā)現(xiàn)各種數(shù)碼產(chǎn)品，尤其是以手機(jī)為主的設(shè)備自身的電力已經(jīng)無法滿足我們在日常使用中對續(xù)航時(shí)間的需要。而移動電源的出現(xiàn)可以說在一定程度上解決了各種數(shù)碼產(chǎn)品自身電量不夠用的情況。那么沒有接觸過移動電源的消費(fèi)者來說，到底什么是移動電源呢？簡單的來說，我們可以把移動電源看成一塊同時(shí)具備充、放電功能的大容量電池。充電是指可以像普通手機(jī)電池那樣，在電量不足的時(shí)候進(jìn)行充電操作。而放電，則是可以為各種不同的數(shù)碼設(shè)備提供電力的能力，目前市面上絕大多數(shù)移動電源的輸出接口電壓為5V，接口類型為標(biāo)準(zhǔn)的USB接口。圖213 充放電示意圖 　　移動電源是由電芯（鋰離子或鋰聚合物電池）、具有升壓（或降壓）以及穩(wěn)壓電路、外殼等三大部分組合而成(如圖214)。其中一些移動電源內(nèi)部電芯或者電路板上還配有過流、過充、過溫等功能的保護(hù)電路。移動電源內(nèi)部的電芯就好比是汽車的油箱和傳動系統(tǒng)，負(fù)責(zé)為整個(gè)移動電源提供源源不斷的動力。而移動電源的電路板則可以看成是控制系統(tǒng)，主要用來負(fù)責(zé)動力的分配及轉(zhuǎn)換。（或者更高）電壓轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的5V（或者更高）電壓，來為被充電設(shè)備提供電力。對于內(nèi)部電芯來說，目前市面上所售的多數(shù)移動電源都是使用圓柱形（通常為18650電池，圖215）的鋰離子電池或者塊狀的鋰聚合物電池。由于鋰聚合物電池可以設(shè)計(jì)成任何形狀及厚度，所以在移動電源的整體外觀上，使用鋰聚合物電芯的產(chǎn)品體積普遍要薄于使用圓柱形電芯的產(chǎn)品。圖214 電路板 圖215 鋰電池　　在對移動電源結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部組成部分進(jìn)行一定的了解之后，移動電源上使用的各種接口。既然是具有可以充、放電功能的產(chǎn)品，那么輸入和輸出接口則是比不可少的?？梢詫⒁苿与娫吹母鞣N接口看成能量傳輸之間的橋梁，負(fù)責(zé)將移動電源內(nèi)部的電能輸送到被充電設(shè)備，或者反過來為移動電源本身進(jìn)行充電。電路板是圖214這樣的?！∮布　”驹O(shè)計(jì)硬件框圖結(jié)構(gòu)如圖216所示，電源箱有太陽光和常規(guī)市電兩路能量來源。當(dāng)蓄電池饋電時(shí)，在陽光充足的情況下首先利用太陽能充電，其次通過220V電源給蓄電池充電。兩種輸入方式相結(jié)合，方便而且環(huán)保。將兩種輸入能量通過濾波穩(wěn)壓電路，然后給蓄電池進(jìn)行充電。其中的過充過放保護(hù)電路主要是利用繼電器電路模塊檢測蓄電池的電量；當(dāng)過充的時(shí)候斷開充電主回路；當(dāng)蓄電池電壓降到一定范圍的時(shí)候接通充電回路；當(dāng)檢測到過放的時(shí)候斷開用電器電路，防止過充過放，起到對蓄電保護(hù)的作用，整個(gè)電路都是由蓄電池供電。該系統(tǒng)有多路輸出端口，既可供LED照明和為手機(jī)、MP收音機(jī)等多種數(shù)碼產(chǎn)品充電還可輸出220V交流電壓供小功率家用電器工作。本設(shè)計(jì)所有電路均基于Multisim仿真軟件的應(yīng)用。圖215為市電充電模塊電路當(dāng)電源接通后紅色指示燈LED1點(diǎn)亮，否則熄滅。，再經(jīng)過RC振蕩電路進(jìn)行濾波穩(wěn)壓后送入LM7815三端穩(wěn)壓模塊，輸出穩(wěn)定的直流15V電壓，然后通過過沖保護(hù)電路給蓄電池充電。圖216 電池輸入輸出示意圖 圖217 市電轉(zhuǎn)化模塊　　本設(shè)計(jì)所有電路均基于Multisim仿真軟件的應(yīng)用。圖217為市電充電模塊電路，當(dāng)電源接通后紅色指示燈LED1點(diǎn)亮，否則熄滅。，再經(jīng)過RC振蕩電路進(jìn)行濾波穩(wěn)壓后送入LM7815 三端穩(wěn)壓模塊，輸出穩(wěn)定的直流15V電壓，然后通過過沖保護(hù)電路給蓄電池充電?！　∪鐖D218所示為過充過放保護(hù)電路，本設(shè)計(jì)主要基于三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431和繼電器的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對鉛蓄電池充放電保護(hù)。如圖218所示，為過充保電路供電模塊通過繼電器為蓄電池充電，當(dāng)電路檢測到蓄電池電壓大于13V時(shí)，綠色LED4亮，繼電器將開關(guān)向下吸合，斷開充電回路，實(shí)現(xiàn)過充保護(hù)。如圖219所示為過放保護(hù)電路，蓄電池電壓大于12V時(shí)LED6燈亮，繼電器向下吸合為負(fù)載提供能量，實(shí)現(xiàn)過放保護(hù)。圖218 過充保護(hù) 圖219 過放保護(hù) 　　圖220所示為電源箱的輸出端口部分設(shè)計(jì)圖，其主要采用LM78XX系列三端集成穩(wěn)壓器來得到穩(wěn)定電壓的輸出。當(dāng)LM78XX系列三端集成穩(wěn)壓器輸出電流較大或工作時(shí)間較長，LM78X散熱較大,應(yīng)加散熱器。圖220（a）是輸出穩(wěn)定9V供收音機(jī)工作。圖220（b）為USB接口電路，實(shí)際電源箱將輸出多個(gè)不同類型的接口供數(shù)碼產(chǎn)品充電，例如圖220（b）手機(jī)USB充電部分，三端集成穩(wěn)壓器LM7805得到穩(wěn)定直流5V輸出，由于手機(jī)充電需要的電壓為（5177。）V,此時(shí)剛好適合手機(jī)進(jìn)行充電，當(dāng)紅色LED3亮起時(shí)說明此時(shí)可以為手機(jī)充電了。圖219（c）和（d）均接照明負(fù)載，當(dāng)開關(guān)Key2和Key3接通時(shí)，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器R2，R3可改變光照強(qiáng)弱，進(jìn)而達(dá)到使用者所需的光照強(qiáng)度，增加了設(shè)計(jì)的人性化。圖220 USB接口電路 　電路仿真分析　　LM7815穩(wěn)壓模塊仿真圖221為三端穩(wěn)壓集成電路LM7815的仿真結(jié)果，C1，C2分別為輸入端和輸出端濾波電容，R１，R２分別為輸入輸出端保護(hù)電阻。當(dāng)輸出電流較大時(shí)，LM7815散熱較大，應(yīng)加散熱器。LM7815 三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用可靠、方便。由于三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子電路中經(jīng)常采用。當(dāng)三端穩(wěn)壓集成電路LM7815輸入電壓大于15V時(shí)，通過LM7815穩(wěn)壓模塊可輸出穩(wěn)定的15V電壓。 市電供電模塊仿真由圖221中可以看出，由于變壓和穩(wěn)壓模塊連接后，電氣互相影響，輸出15V穩(wěn)定電壓通過過沖電路為蓄電池充電。圖221 LM7815仿真 圖222 市電轉(zhuǎn)化仿真 　系統(tǒng)人機(jī)交互硬件設(shè)計(jì)　　當(dāng)今時(shí)候是一個(gè)信息化的時(shí)代，信息的重要性不言而喻的，獲取手段顯得尤其重要。人們所接受的信息有70%來自于人的視覺，無論用何種方式獲取的信息最終需要有某種顯示方式來表示。移動電源作為一個(gè)電池黑匣子,內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)完全不能直接觀察的到。因此本文選用1602液晶屏作為運(yùn)行狀態(tài)的人機(jī)交互界面。在當(dāng)代顯示技術(shù)中，主流的有LED顯示屏和LCD液晶顯示，而在這些顯示技術(shù)尤其以液晶顯示器LCD（Liquid crystal display）為代表的平板顯示器發(fā)展最快，應(yīng)用最廣。LCD是典型的發(fā)光器件，以材料科學(xué)為基礎(chǔ)，綜合利用了精密機(jī)械光電及計(jì)算機(jī)技術(shù)，并應(yīng)用在微機(jī)械、微光學(xué)、纖維光學(xué)等前沿基礎(chǔ)研究領(lǐng)域上。成本低廉，機(jī)械耐用性強(qiáng)度高且穩(wěn)定，再加上功耗低等優(yōu)點(diǎn)更適合便攜式設(shè)備?！∵x用1602液晶顯示　　本文中用到的是長沙太陽人電有限公司的1602字符型液晶顯示器，并介紹其在本文顯示系統(tǒng)中應(yīng)用。一般1602字符型液晶顯示器實(shí)物，圖223如下：圖223 1602LCD 　　1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖223所示。圖224 1602LCD尺寸 顯示容量:162個(gè)字符芯片工作電壓:— 工作電流:() 字符尺寸:(WH)mm　　引腳功能說明：1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如圖225所示:圖225 引腳接口說明表第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極?！】刂萍帮@示模塊硬件原理圖　　通過單片機(jī)控制1602LCD顯示，硬件原理圖（圖226）：圖226 顯示模塊原理圖 　觸摸式手電筒　　觸摸技術(shù)作為一種高端的電子輸入技術(shù)，被廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。如手機(jī)觸摸屏臺燈開關(guān)MP3觸摸劃條抽油煙機(jī)觸摸按鍵等。相較于機(jī)械按鍵輸入觸摸輸入具有無損耗靈敏度可調(diào)靠性穩(wěn)定使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)對于量產(chǎn)產(chǎn)品能夠縮短產(chǎn)品開發(fā)周期降低單位成本根據(jù)不同的工作原理。觸摸輸入方式又分為電阻式電容式聲波式表面聲波式，紅外線式光學(xué)式，電感式電磁式等。每種輸入方式都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。聲波式觸摸需要定期維護(hù)怕水怕塵單壽命長，不怕劃分辨率高。紅外線式需要定期維護(hù)分辨率低，但抗干擾性強(qiáng)電阻式不怕水不怕塵但是怕劃壽命短劃了會影響觸摸輸入的判斷。本節(jié)主要介運(yùn)用到的電容式觸摸輸入技術(shù)，相較于其他觸摸技術(shù)具有成本低檢測方便免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。任何平面可構(gòu)成一個(gè)按鍵輸入，搭建觸摸輸入系完成電容觸摸按鍵的硬件設(shè)計(jì) 成本低能夠廣泛的應(yīng)用到家用電器設(shè)計(jì)當(dāng)中。且感應(yīng)距離大可調(diào)，靈活多變?！∮|摸按鍵的原理與實(shí)現(xiàn)　　眾所周知當(dāng)手指接近平板電容時(shí)會是平板電容的值發(fā)生些微變化，所以只需要測量手指觸摸前后電容值的變化。就可以知道是否有按鍵被按下一般電容值的變化比較小是pF級的變化直接檢測比較困難。若是將電容的變化通過其他方式表現(xiàn)出來則更加容易檢測一些。如果將電容的變化通過RC充放電電路轉(zhuǎn)化為充放電時(shí)間的變化。圖227 觸摸按鍵示意圖 　　如圖227所示，Pad或者電容感應(yīng)彈簧構(gòu)成等效電容與電阻，構(gòu)成充放電回路當(dāng)感應(yīng)電容不變時(shí)充放電時(shí)間固定不變。當(dāng)手指接近Pad時(shí)感應(yīng)電容就會變大從而使充放電時(shí)間變長，因此只要能夠檢測出充放電時(shí)間將標(biāo)準(zhǔn)充放電時(shí)間與手指接觸時(shí)充放電時(shí)間比較。就能判斷出是否有按鍵被按下 ，充放電時(shí)間公式如下：式中 t為充放電時(shí)間, R為電阻 C為等效電容 Vcc 為充放電終止電壓值 Vss 為充放電起始電壓值 。Vss為時(shí)刻電容上的電壓值在本文中，利用管腳置0作為GND ，管腳置1時(shí)作為VCC ，配合一個(gè)檢測管腳實(shí)現(xiàn)按鍵的檢測。觸摸感應(yīng)電容物理模型人體電路模型的最簡單描述可以為“接地的導(dǎo)體”。按照前面對電容的定義，手指是作為接地的電極來影響觸摸屏本身的電容分布的。以觸摸電容按鍵(pad)為例，手指的感應(yīng)電容