【正文】 在主電路與控制電路之間要加入光電隔離措施。本設(shè)計選用6N137光耦合器作為隔離驅(qū)動電路，既保證了主電路與控制電路的隔離也具備驅(qū)動MOSFET管的能力。 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。具有溫度、電流、電壓補償功能。其引腳圖如圖45所示。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、負極； GND——接地端；VO——輸出端； VE——使能端。為低時，輸出都為高。不使用時，懸空即可； VCC——電源輸入端。 (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。VCC與GND之間和VO與GND之間應(yīng)接一個濾波電容，以濾除高頻干擾，輸出電壓波動。6腳輸出電路是集電極開路電路，必須有上拉一個電阻。CHG通過一個非門接到單片機的外部中斷口，當(dāng)外部中斷發(fā)生后表示 快速充電結(jié)束，充電進行恒壓充電階段，這時啟動定時器開始計時，計時到達安全充電時間停止，這時恒壓充電結(jié)束，單片機AT89C51發(fā)出指令斷開充電電源。 軟件設(shè)計 (1)整體軟件功能設(shè)計 整個控制系統(tǒng)的核心就是單片機，而單片機發(fā)出的所有控制命令都要通過軟件來實現(xiàn)。整個軟件部分要實現(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。 (2)各部分流程設(shè)計 系統(tǒng)整體的工作過程為：電路啟動初始化，電路功能模式的選擇，輸出選擇并確定輸出，單片機采集信號并計算輸出PWM信號，定時采集數(shù)據(jù)并調(diào)節(jié)PWM信號占空比。系統(tǒng)整體的流程圖如圖51所示。圖51 系統(tǒng)整體流程圖初始化是為單片機的運行設(shè)置初始的運行環(huán)境，主要完成以下工作：清片內(nèi)，每次單片機加電時，都將引起單片機的上電復(fù)位操作。復(fù)位操作完成以后，單片機的寄存器會被置以不同的值，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復(fù)位完成，正式運行以后，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。因此，在單片機運行后，首先清0使之置初始參數(shù)設(shè)定，便于程序設(shè)計人員掌握，以利系統(tǒng)的工作。設(shè)置系統(tǒng)運行所需的各個參數(shù)，設(shè)置定時器和中斷設(shè)定[16]。初始化的程序流程圖如圖52所示。鍵盤子程序用于探測開關(guān)、是否處在有效的開關(guān)狀態(tài)，以決定是否啟動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。讀線、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以排除鍵抖引起的誤動作。按鍵采集的程序流程圖如圖53所示。 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。，進行預(yù)充電；，在這個過程中，若太陽能電池輸出電流小于充電電流，則進行MPPT控制直至輸出電流達到1A，若輸出最大功率時仍無法達到充電電流，則用最大電流進行充電；。，轉(zhuǎn)入浮充充電。數(shù)據(jù)的采集由ADC0809完成，其程序流程圖如圖54所示。充電子程序的流程圖如圖55所示。圖54 數(shù)據(jù)采集程序流程圖圖55 充電子程序流程圖 放電子程序：當(dāng)判斷充電器選擇放電模式后，要采集輸出的電壓、電流信號并作判斷，如果電流過大，要切斷電路進行過電流保護。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。放電子程序的流程圖如圖56所示。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為控制核心的太陽能手機充電器的系統(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。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現(xiàn)方式。結(jié)論 結(jié)論本文完成了關(guān)于太陽能手機充電器的兩種設(shè)計。一種是基于集成電路的太陽能手機充電器的設(shè)計，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為手機充電。在蓄電池充電的部分采用專用的太陽能供電的鋰電池充電管理芯片，放電部分采用升壓芯片將蓄電池輸出電壓升壓到5V為手機充電。這種類型的充電器在主要電路部分都使用專門的芯片來實現(xiàn)，大大簡化了電路的結(jié)構(gòu)，降低了生產(chǎn)成本。因此，這種充電器具有能耗低、體積小、經(jīng)濟、可靠的優(yōu)點。但它也存在一些不足：電路拆卸困難，維修成本高，故障的檢測不方便，而且太陽能電池不能工作在最大功率點處，也不能在充電過程中實現(xiàn)智能控制。另一種是以單片機為控制核心的基于MPPT的太陽能手機充電器的設(shè)計，這種充電器在陽光下可以向蓄電池存儲能量，也可以直接問手機充電，蓄電池還可以隨時為手機充電。在向蓄電池充電控制部分，通過單片機的智能控制，既能實現(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。并且設(shè)計了三種工作模式，即太陽能電池向蓄電池充電模式、太陽能電池向手機充電模式、蓄電池向手機充電模式，可以通過按鍵來選擇工作模式，還可以由液晶顯示屏顯示充放電的狀態(tài)與故障提示。設(shè)計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現(xiàn)、蓄電池充、放電部分進行了仿真研究，從而驗證了所設(shè)計內(nèi)容理論上的正確。本文設(shè)計的太陽能手機充電器已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)其作為充電器的基本功能指標(biāo)。但是它只是停留在理論的層面上，在低功耗、電磁兼容、便捷性、接口設(shè)計等方面它還有待改進，而且作為人們生活中必不可少的電子產(chǎn)品，它應(yīng)該更具安全性、智能性。因此，在進一步的設(shè)計中要注重電磁兼容與保護電路的設(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。在未來的設(shè)計中，還可以設(shè)計出具有多種輸出模式的充電器，使充電器可以為多款不同的產(chǎn)品進行充電，更體能現(xiàn)它的多功能性與便捷性，使它擁有更廣闊的市場。參考文獻[1] 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首先，手機已普及到世界范圍，而手機的電池儲能卻是十分有限的，使用手機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，影響了手機的正常使用，使手機變成了信息交流的盲區(qū)，造成不必要的麻煩和經(jīng)濟損失。其次，隨著化石能源的日益枯竭，環(huán)境問題的日益突出，未來能源問題和環(huán)境問題越來越受到人們的關(guān)注。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。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，在未來社會能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮非常重要的作用。而在中國，蘊藏的豐富的太陽能資源，太陽能應(yīng)用和市場廣闊。因此，本設(shè)計研究了一種基于單片機的智能太陽能充電器，它可以很好的解決上述問題。只要有光，就可以隨時隨地給手機充電，大大方便了我們的外出生活。給你的生活帶來很大的方便。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。 研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 本設(shè)計研究的方向是基于單片機的智能太陽能手機充電器，從硬件電路的設(shè)計和軟件程序的設(shè)計完成太陽能手機充電器的各項功能。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。圖11 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 (1)、由太陽能到電能的轉(zhuǎn)化； (2)、由硬件電路實現(xiàn)穩(wěn)定、安全的充電； (3)、由軟件實現(xiàn)按鍵識別、數(shù)碼顯示、電路檢測等功能，實現(xiàn)智能充電。 圖12 工作原理圖 研究步驟、方法及措施 (1)、查閱理解相關(guān)資料，做好前期的準(zhǔn)備工作； (2)、了解手機充電器市場現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，確定研究方向； (3)、針對太陽能手機充電器進行學(xué)習(xí)和研究，爭取提出創(chuàng)新； (4)、根據(jù)設(shè)計思路進行電路硬件及軟件部分的設(shè)計； (5)、對電路進行仿真測試，查找不足，進行改進，完善設(shè)計，論文定 稿，繪制圖； (6)、對論文進行裝訂整理，準(zhǔn)備論文答辯。 (1)、到圖書館搜集圖書及電子資料，并對資料進行理論分析總結(jié)，整 理出自己的設(shè)計思路； (2)、上網(wǎng)收集相關(guān)的資料，完善設(shè)計； (3)、請教指導(dǎo)老師與同學(xué)，尋求新的思路與切入點。 研究工作進度 ~： 拿到畢業(yè)論文題目，接受畢業(yè)設(shè)計任務(wù)； ~： 明確設(shè)計任務(wù)和目的，查閱相關(guān)資料； ~： 消化理解資料，了解手機充電器的相關(guān)技術(shù)特征和技術(shù)要求， 收集、對比研究手機充電器實用方案，分析工作原理，開展 實用性，工程價值等的對比研究，完成理論知識的學(xué)習(xí)，選 定研究方向，初步確定設(shè)計思路，完成系統(tǒng)總體方案的設(shè)計； ~：完成開題報告； ~：準(zhǔn)備開題答辯； ~： 深入學(xué)習(xí)太陽能充電技術(shù)，完善資料； ~： 在了解工作原理的基礎(chǔ)上研究光電轉(zhuǎn)換技術(shù)和充電技術(shù)，完 成電路各個具體部分的設(shè)計； ~：準(zhǔn)備中期答辯； ~： 對課題進行創(chuàng)新和突破； ~： 對選定的充電器電路開展仿真研究，結(jié)合仿真數(shù)據(jù)，給出研 究結(jié)論； ~：整合資料，完成論文撰寫以及圖紙繪制； ~：交給指導(dǎo)老師評閱，對論文進行修改； ~：準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 主要參考文獻 [1] [J].物理,1999,28(11). 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