【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器引腳（引腳 5 到 8）之間電氣絕緣。這讓 ACS712 電流傳感器 IC 可用于那些要求電氣絕緣卻未使用光電絕緣器或其它昂貴絕緣技術(shù)的應(yīng)用。ACS712 采用小型的表面安裝 SOIC8 封裝。引腳架鍍采用 100% 霧錫電鍍，可與標(biāo)準(zhǔn)無(wú)鉛 (Pb) 印刷電路板裝配流程兼容。在內(nèi)部，該器件為無(wú)鉛產(chǎn)品，倒裝法使用當(dāng)前豁免于 RoHS 的高溫含鉛焊球除外。器件在出廠(chǎng)裝運(yùn) 11 前已完全校準(zhǔn)。 在本設(shè)計(jì)中，使用 ACS712 來(lái)檢測(cè)充電電流，通過(guò) AD_channel_2 的 ADC轉(zhuǎn)換通道測(cè)出充電電流，從而完成預(yù)充電 正常充電 浮充的全自動(dòng)智能充電過(guò)程。輸出電壓與電流對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖： 圖 5 電路各部分元器件功能說(shuō)明 1. R14， R15：分壓采樣太陽(yáng)能電池的輸出電壓值，通過(guò) AD_channel_0 送入電壓跟隨器然后再送入單片機(jī)的 ADC 輸入引腳；通過(guò)單片機(jī)的 AD 轉(zhuǎn)換得出此時(shí)太陽(yáng)能電池的輸出電壓值。 2. D4：太陽(yáng)能電池保護(hù)二極管，防止手機(jī)電池反向?qū)μ?yáng)能電池充電而造成太陽(yáng)能電 池?fù)p壞。 3. Q1， R19， Q2， R18：其中 Q1 是 P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng) Q1 的 SG 兩極電壓壓差大于 4V 時(shí) Q1 管導(dǎo)通，太陽(yáng)能電池對(duì)超級(jí)電容器 C13， C14 進(jìn)行充電，當(dāng)Q1 的 SG 兩極電壓壓差為 0 時(shí)， Q1 斷開(kāi)，太陽(yáng)能板停止對(duì)超級(jí)電容充電。 Q2是 N 溝道場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng) Q2 的 GS 電壓差大于 4V 是 Q2 導(dǎo)通， GS 電壓差為 0 時(shí)，Q1 斷開(kāi)?？傊?，對(duì)于該部分電路，當(dāng) PV_SPC 上高電平時(shí)，太陽(yáng)能電池對(duì)超級(jí)電容充電；當(dāng) PV_SPC 上低電平時(shí)，充電回路斷開(kāi)。 4. C14， D6， R20， R21： C14 是容量 ，電壓為 的超級(jí)電容，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：由于太陽(yáng)能電池內(nèi)阻的原因，所以太陽(yáng)能電池存在最大輸出功率點(diǎn)。本設(shè)計(jì)使用輸出電壓為 9V 的太陽(yáng)能電池，最大輸出功率的電壓大概在 左右；本設(shè)計(jì)使用超級(jí)電容作為緩沖，使太陽(yáng)能電池的輸出電壓維持在 左右，在一定程度上提高了太陽(yáng)能的利用率。 穩(wěn)壓管為了防止系統(tǒng)故障而造成對(duì)超級(jí) 12 電容的過(guò)充。電阻 R20， R21 分壓用來(lái)采樣超級(jí)電容的電壓。 5. Q3， R23， Q4， R22， D7， L2， C20：構(gòu)成 BUCK 斬波降壓電路。其等效電路如圖： 圖 6 DC/DC 變換器廣泛應(yīng)用于便攜裝置（如筆記本計(jì)算機(jī)、蜂窩電話(huà)、 PDA 等）中。它有兩種類(lèi)型，即線(xiàn)性變換器和開(kāi)關(guān)變換器。開(kāi)關(guān)變換器因具有效率高、靈活的正負(fù)極性和升降壓方式的特點(diǎn)，而備受人們的青睞 [10]。 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(chēng)為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式 Ts 不變，改變 ton(通用 )，二是頻率調(diào)制（ 1） Buck 電路 —— 降壓斬波器，其輸出平均電壓 U0 小于輸入電壓 Ui，極性相同。（ 2） Boost 電路 —— 升壓斬波器，其輸出平均電壓 U0 大于輸入電壓Ui，極性相同。（ 3） Buck－ Boost 電路 —— 降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓U0 大于或小于輸入電壓 Ui，極性相反，電感傳輸。（ 4） Cuk 電路 —— 降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓 U0 大于或小于輸入電壓 Ui，極性相反，電容傳輸。還有 Sepic、 Zeta 電路。 在本電路中輸入始終大于輸出，所以采用脈寬調(diào)制方式的 BUCK 變換器， BUCK變換器又稱(chēng)降壓變換器、串聯(lián)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源、三端開(kāi)關(guān)型降壓穩(wěn)壓器。其電路如圖 5 所示， PWM 脈寬調(diào)制信號(hào)有單片機(jī)提供，控制開(kāi)關(guān)管的通斷。 LM224 是 低功耗四運(yùn)算放大器 ,內(nèi)部集成了 4 個(gè)運(yùn)算放大器，該器件具有功耗低、精度高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)部分的 電阻和 2 個(gè)電容組成π型 RC 濾波電路，消除紋波干擾。 13 圖 7 在 該 電路 中，電壓跟隨器 作用是 做緩沖級(jí) (buffer)及隔離級(jí)。 為了降低損耗， 電壓 采樣電阻 阻抗 設(shè)得 比較高， 而單片機(jī) I/O 的阻抗又不是那么大 ， 所以 信號(hào)就會(huì)有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級(jí)的輸出電阻中。在這個(gè)時(shí)候，就需要電壓跟隨器來(lái)從中進(jìn)行緩沖。起到承上啟下的作用。 電壓跟隨器的輸入阻抗高、輸出阻抗低特點(diǎn)，當(dāng)輸入阻抗很高時(shí)，就相當(dāng)于對(duì)前級(jí)電路開(kāi)路；當(dāng)輸出阻抗很低時(shí)，對(duì)后級(jí)電路就相當(dāng)于一個(gè)恒壓源，即輸出電壓不受后級(jí)電路阻抗影響。一個(gè)對(duì)前級(jí)電路相當(dāng)于開(kāi)路，輸出電壓又不受后級(jí)阻抗影響的電路當(dāng) 然具備 隔離作用 ，即前、后級(jí)電路之間互不影響 ；從而保證了電壓采樣的精確度。 液晶模塊接口部分 14 該 液晶顯示模塊 是 JM12864M2 漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個(gè)中文（ 16X16 點(diǎn)陣）、 128 個(gè)字符（ 8X16 點(diǎn)陣）及 64X256 點(diǎn)陣顯示 RAM（ GDRAM）。 主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性 : 電源： VDD ~+5V(內(nèi)置升壓電路，無(wú)需負(fù)壓 )； 顯示內(nèi)容： 128 列 64 行 顯示顏色：黃綠 LCD 類(lèi)型： STN 與 MCU 接口： 8 位或 4 位并行 /3 位串行 配置 LED 背光 多種軟件功能： 光標(biāo)顯示、畫(huà)面移位、自定義字符、睡眠模式等 工作電壓 (VDD)： ～ 工作溫度 (Ta)： 10℃ ～ 60℃ (常溫 ) / 20℃～ 70℃（寬溫） 其讀寫(xiě) 時(shí)序 如圖所示。 12864 讀寫(xiě)時(shí)序 其中，可調(diào)節(jié)電位器 R3 來(lái)調(diào)節(jié)液晶顯示的對(duì)比度 。 15 按鍵電路 圖 9 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(pán)。獨(dú)立按鍵的每個(gè)按鍵都單獨(dú)接到單片機(jī)的一個(gè) I/O 口上，獨(dú)立按鍵則通過(guò)判斷按鍵端口的電位即可識(shí)別按鍵操作；而矩陣鍵盤(pán)通過(guò)行列交叉按鍵編碼進(jìn)行識(shí)別。 通常所用的按鍵為輕觸機(jī)械開(kāi)關(guān)，正常情況下按鍵的接點(diǎn)是斷開(kāi)的，當(dāng)我們按壓按鈕時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開(kāi)時(shí)也不會(huì)一下子斷開(kāi)。因而機(jī)械觸點(diǎn)在閉合及斷開(kāi)的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性及操作人員按鍵動(dòng)作決定，一般為 5ms～ 20ms；按鍵穩(wěn)定閉合時(shí)間的長(zhǎng)短是由操作人員的按鍵按壓時(shí)間長(zhǎng)短決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒不等。 在本設(shè)計(jì)中由于按鍵不是 太多，故采用獨(dú)立按鍵法 。 其功能是用來(lái)設(shè)置充電的相關(guān)參數(shù)：如預(yù)充電電流大小，正常充電電流大小，浮充電流大小和充電截止電壓等等。 3 匯編源程序的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)整體程序框架 本設(shè)計(jì)整體工作主要由單片機(jī)程序控制實(shí)現(xiàn)，其工作過(guò)程為：電路啟動(dòng)初始化，電路功能選擇，輸出選擇并確定輸出，單片機(jī)采集計(jì)算輸出 PWM 信號(hào)，定 16 時(shí)采集數(shù)據(jù)并處理調(diào)節(jié) PWM 信號(hào)占空比等，程序整體框架如圖 10 所示。 圖 10 程序整體框 電路啟動(dòng)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。復(fù)位操作完成以后，單片機(jī)的寄存器會(huì)被置以不同的值，這些值中有相當(dāng)一部分是未知的值。這些未知的值在單片機(jī)復(fù)位完成，正式運(yùn)行以后，會(huì)產(chǎn)生無(wú)法讓程序設(shè)計(jì)人員掌握的后果，開(kāi)始 系統(tǒng)初始化 光照情況 有 無(wú) 相關(guān)參數(shù)設(shè)定 測(cè)量超級(jí)電容電壓 超級(jí)電容電壓判斷 低于 5V 高于 5V 對(duì)超級(jí)電容充電 停止對(duì)超級(jí)電容充電 測(cè)量手機(jī)電池電壓 手機(jī)電池電壓判斷 已充滿(mǎn) 未充滿(mǎn) 關(guān)閉 PWM 輸出 電池狀態(tài) V (≦ )amp。( ≧ ) （ ≦） amp。（ ≧） 預(yù)充 正常充電 浮充 狀態(tài)顯示 17 甚至?xí)斐上到y(tǒng)的損壞。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。 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。圖 9 為初始化程序流程。 圖 9 初始化程序流程 按鍵采集程序 鍵盤(pán)子程序用于探測(cè)開(kāi)關(guān)、是否 處在有效的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以決定是否啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。讀線(xiàn)、讀取、相連的端口，并將其值判斷處理后存于相關(guān)緩存中。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(dòng)作 。圖 10 為按鍵子程序結(jié)構(gòu)流程圖。 開(kāi)始 清片內(nèi) RAM 初始參數(shù)設(shè)定 AD設(shè)定 定