【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(jì)選用6N137光耦合器作為隔離驅(qū)動(dòng)電路，既保證了主電路與控制電路的隔離也具備驅(qū)動(dòng)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(gè)高發(fā)射強(qiáng)度的紅外發(fā)光二極管和一個(gè)高速高增益的光敏檢測(cè)集成電路組成。具有溫度、電流、電壓補(bǔ)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(shuō)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。為低時(shí)，輸出都為高。不使用時(shí)，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(jī)AT89C51輸出低電壓時(shí)的灌電流為3mA，輸出為高電平時(shí)的拉電流為10uA，顯然，3腳接地，控制2腳不能驅(qū)動(dòng)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(guò)PNP飽和導(dǎo)通即可實(shí)現(xiàn)，且2腳應(yīng)串接一個(gè)限流電阻。VCC與GND之間和VO與GND之間應(yīng)接一個(gè)濾波電容，以濾除高頻干擾，輸出電壓波動(dòng)。6腳輸出電路是集電極開(kāi)路電路，必須有上拉一個(gè)電阻。CHG通過(guò)一個(gè)非門(mén)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(kāi)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(kāi)充電電源。 軟件設(shè)計(jì) (1)整體軟件功能設(shè)計(jì) 整個(gè)控制系統(tǒng)的核心就是單片機(jī)，而單片機(jī)發(fā)出的所有控制命令都要通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。整個(gè)軟件部分要實(shí)現(xiàn)的具體功能有：太陽(yáng)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(cè)按鍵輸入并作出判斷、液晶顯示。 (2)各部分流程設(shè)計(jì) 系統(tǒng)整體的工作過(guò)程為：電路啟動(dòng)初始化，電路功能模式的選擇，輸出選擇并確定輸出，單片機(jī)采集信號(hào)并計(jì)算輸出PWM信號(hào)，定時(shí)采集數(shù)據(jù)并調(diào)節(jié)PWM信號(hào)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(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，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[16]。初始化的程序流程圖如圖52所示。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、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。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(guò)程為：采集并判斷蓄電池的電壓與充電電流。，進(jìn)行預(yù)充電；，在這個(gè)過(guò)程中，若太陽(yáng)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(wú)法達(dá)到充電電流，則用最大電流進(jìn)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(hào)并作判斷，如果電流過(guò)大，要切斷電路進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)。正常工作時(shí)要根據(jù)BOOST電路輸出電壓調(diào)節(jié)PWM信號(hào)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(jī)為控制核心的太陽(yáng)能手機(jī)充電器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計(jì)，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(jì)算與器件選型。并且通過(guò)程序流程圖的形式介紹了能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能手機(jī)充電器太陽(yáng)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。結(jié)論 結(jié)論本文完成了關(guān)于太陽(yáng)能手機(jī)充電器的兩種設(shè)計(jì)。一種是基于集成電路的太陽(yáng)能手機(jī)充電器的設(shè)計(jì)，這種充電器可以在有陽(yáng)光的地方把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能存儲(chǔ)在蓄電池中，之后蓄電池就可以隨時(shí)為手機(jī)充電。在蓄電池充電的部分采用專用的太陽(yáng)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(jī)充電。這種類型的充電器在主要電路部分都使用專門(mén)的芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，大大簡(jiǎn)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(jì)、可靠的優(yōu)點(diǎn)。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(cè)不方便，而且太陽(yáng)能電池不能工作在最大功率點(diǎn)處，也不能在充電過(guò)程中實(shí)現(xiàn)智能控制。另一種是以單片機(jī)為控制核心的基于MPPT的太陽(yáng)能手機(jī)充電器的設(shè)計(jì)，這種充電器在陽(yáng)光下可以向蓄電池存儲(chǔ)能量，也可以直接問(wèn)手機(jī)充電，蓄電池還可以隨時(shí)為手機(jī)充電。在向蓄電池充電控制部分，通過(guò)單片機(jī)的智能控制，既能實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)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(jì)了三種工作模式，即太陽(yáng)能電池向蓄電池充電模式、太陽(yáng)能電池向手機(jī)充電模式、蓄電池向手機(jī)充電模式，可以通過(guò)按鍵來(lái)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(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(duì)太陽(yáng)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。本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能手機(jī)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(jì)等方面它還有待改進(jìn)，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(jìn)一步的設(shè)計(jì)中要注重電磁兼容與保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，做出一個(gè)真正節(jié)能環(huán)保、安全可靠、可以投入實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)品。在未來(lái)的設(shè)計(jì)中，還可以設(shè)計(jì)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(jìn)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(chǎng)。參考文獻(xiàn)[1] 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3000mah的電量。在國(guó)內(nèi)的研究中，《探討太陽(yáng)能手機(jī)電池充電器的設(shè)計(jì)研究》一文利用51系列的單片機(jī)作為主控制設(shè)備,同時(shí)與其他電路與芯片結(jié)合所組成太陽(yáng)能手機(jī)充電器，并以PWM形式的電壓實(shí)現(xiàn)輸出，這種充電器的優(yōu)點(diǎn)在于穩(wěn)定性高、帶載能力強(qiáng)、控制靈活，另外所采用的閉環(huán)控制模式能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能電池板最大輸出功率點(diǎn)的自動(dòng)尋找，且具備自動(dòng)調(diào)節(jié)功能、控制精度極高，從而能夠使手機(jī)電池的使用壽命有效延長(zhǎng)、使用效率明顯提高。 首先，手機(jī)已普及到世界范圍，而手機(jī)的電池儲(chǔ)能卻是十分有限的，使用手機(jī)的人都有過(guò)這樣的經(jīng)歷，外出或旅游時(shí)電池突然沒(méi)電了，特別是在火車、汽車、輪船等沒(méi)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。其次，隨著化石能源的日益枯竭，環(huán)境問(wèn)題的日益突出，未來(lái)能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題越來(lái)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(wèn)題已迫在眉睫。太陽(yáng)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(lái)社會(huì)能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮非常重要的作用。而在中國(guó)，蘊(yùn)藏的豐富的太陽(yáng)能資源，太陽(yáng)能應(yīng)用和市場(chǎng)廣闊。因此，本設(shè)計(jì)研究了一種基于單片機(jī)的智能太陽(yáng)能充電器，它可以很好的解決上述問(wèn)題。只要有光，就可以隨時(shí)隨地給手機(jī)充電，大大方便了我們的外出生活。給你的生活帶來(lái)很大的方便。所以說(shuō)，太陽(yáng)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(wèn)題 本設(shè)計(jì)研究的方向是基于單片機(jī)的智能太陽(yáng)能手機(jī)充電器，從硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件程序的設(shè)計(jì)完成太陽(yáng)能手機(jī)充電器的各項(xiàng)功能。其中硬件電路的設(shè)計(jì)包括斬波電路、穩(wěn)壓電路、單片機(jī)電路、信號(hào)采集電路等的閉環(huán)電路的設(shè)計(jì)；軟件程序設(shè)計(jì)包括電路啟動(dòng)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(xiě)。圖11 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 (1)、由太陽(yáng)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(shí)別、數(shù)碼顯示、電路檢測(cè)等功能，實(shí)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(jī)充電器市場(chǎng)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，確定研究方向； (3)、針對(duì)太陽(yáng)能手機(jī)充電器進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，爭(zhēng)取提出創(chuàng)新； (4)、根據(jù)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行電路硬件及軟件部分的設(shè)計(jì)； (5)、對(duì)電路進(jìn)行仿真測(cè)試，查找不足，進(jìn)行改進(jìn)，完善設(shè)計(jì)，論文定 稿，繪制圖； (6)、對(duì)論文進(jìn)行裝訂整理，準(zhǔn)備論文答辯。 (1)、到圖書(shū)館搜集圖書(shū)及電子資料，并對(duì)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(qǐng)教指導(dǎo)老師與同學(xué)，尋求新的思路與切入點(diǎn)。 研究工作進(jìn)度 ~： 拿到畢業(yè)論文題目，接受畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)； ~： 明確設(shè)計(jì)任務(wù)和目的，查閱相關(guān)資料； ~： 消化理解資料，了解手機(jī)充電器的相關(guān)技術(shù)特征和技術(shù)要求， 收集、對(duì)比研究手機(jī)充電器實(shí)用方案，分析工作原理，開(kāi)展 實(shí)用性，工程價(jià)值等的對(duì)比研究，完成理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，選 定研究方向，初步確定設(shè)計(jì)思路，完成系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)； ~：完成開(kāi)題報(bào)告； ~：準(zhǔn)備開(kāi)題答辯； ~： 深入學(xué)習(xí)太陽(yáng)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(gè)具體部分的設(shè)計(jì)； ~：準(zhǔn)備中期答辯； ~： 對(duì)課題進(jìn)行創(chuàng)新和突破； ~： 對(duì)選定的充電器電路開(kāi)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(xiě)以及圖紙繪制； ~：交給指導(dǎo)老師評(píng)閱，對(duì)論文進(jìn)行修改； ~：準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 主要參考文獻(xiàn) [1] [J].物理,1999,28(11). 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