【正文】 pplication[J].Power Engineering :283288[10] [D].浙江大學，2004[11] Amir LithiumIon Battery Charge for Chargeing up to Eight Cell[J].IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference,:131136[12] 郭建國.《用MAX471／MAX472實現(xiàn)對電源的監(jiān)測與保護》[J].《國外電子元器件》. 2001[13] 張亞群,游亞戈.《基于ADC0809的16通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)》[J].《計算機工程》.2010[14] 張鏈,韓昭.《太陽能充電器的設計與研究》[J].《天津職業(yè)院校聯(lián)合學報》. 2014[15] 趙亮.《液晶顯示模塊LCD1602應用》[J].《電子制作》.2007[16] 張東虞.《基于單片機控制的太陽能手機充電器設計研究》[J].《企業(yè)技術開發(fā)》.2014致謝 致謝附錄1 附錄1 開題報告 綜述本課題國內外研究動態(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，尤其是在技術方面。目前，國內對于環(huán)保的意識普遍不高，又由于太陽能充電器的制作成本高，能源轉換效率不高，所以我國在太陽能充電器的研究與投入并不多。國內也有一些企業(yè)在做太陽能充電器，但是其光電轉換的效率太低了，而且存在安全隱患。而在一些發(fā)達國家，由于環(huán)保意識較強，對太陽能的開發(fā)有了更大的投入，因此太陽能充電器在技術領域就有了更好的發(fā)展，科技含量高出國內很多。例如，國外的哈特便攜式太陽能充電器設備，擁有全球最高太陽能轉換電能效率，在陽光下最快 2 小時充滿一部智能手機，最大可儲存 3000mah的電量。在國內的研究中，《探討太陽能手機電池充電器的設計研究》一文利用51系列的單片機作為主控制設備,同時與其他電路與芯片結合所組成太陽能手機充電器，并以PWM形式的電壓實現(xiàn)輸出，這種充電器的優(yōu)點在于穩(wěn)定性高、帶載能力強、控制靈活，另外所采用的閉環(huán)控制模式能夠實現(xiàn)太陽能電池板最大輸出功率點的自動尋找，且具備自動調節(jié)功能、控制精度極高，從而能夠使手機電池的使用壽命有效延長、使用效率明顯提高。 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，在未來社會能源結構中發(fā)揮非常重要的作用。而在中國，蘊藏的豐富的太陽能資源，太陽能應用和市場廣闊。因此，本設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。 研究的基本內容，擬解決的主要問題 本設計研究的方向是基于單片機的智能太陽能手機充電器，從硬件電路的設計和軟件程序的設計完成太陽能手機充電器的各項功能。其中硬件電路的設計包括斬波電路、穩(wěn)壓電路、單片機電路、信號采集電路等的閉環(huán)電路的設計；軟件程序設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)模轉換程序等的編寫。圖11 系統(tǒng)結構圖 (1)、由太陽能到電能的轉化； (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)、查閱理解相關資料，做好前期的準備工作； (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習和研究，爭取提出創(chuàng)新； (4)、根據(jù)設計思路進行電路硬件及軟件部分的設計； (5)、對電路進行仿真測試，查找不足，進行改進，完善設計，論文定 稿，繪制圖； (6)、對論文進行裝訂整理，準備論文答辯。 (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，整 理出自己的設計思路； (2)、上網(wǎng)收集相關的資料，完善設計； (3)、請教指導老師與同學，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)設計任務； ~： 明確設計任務和目的，查閱相關資料； ~： 消化理解資料，了解手機充電器的相關技術特征和技術要求， 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，完成理論知識的學習，選 定研究方向，初步確定設計思路，完成系統(tǒng)總體方案的設計； ~：完成開題報告； ~：準備開題答辯； ~： 深入學習太陽能充電技術，完善資料； ~： 在了解工作原理的基礎上研究光電轉換技術和充電技術，完 成電路各個具體部分的設計； ~：準備中期答辯； ~： 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，結合仿真數(shù)據(jù)，給出研 究結論； ~：整合資料，完成論文撰寫以及圖紙繪制； ~：交給指導老師評閱，對論文進行修改； ~：準備畢業(yè)答辯。 主要參考文獻 [1] [J].物理,1999,28(11). 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[6] 張朝明,騰宇,[J].數(shù)字技術與 應用,2011,3.附錄2 附錄2 中期報告 開題以來所做的具體工作和取得的進展或成果進行方案比選并確定最終的具體實施方法；完成硬件電路的設計、參數(shù)的計算以及器件的選型；完成了硬件電路原理圖的繪制；完成了部分電路的仿真。 具體實施方案 系統(tǒng)總體設計思路 本設計在對太陽能手機充電器進行了理論研究與計算機仿真的基礎上，以單片機作為控制核心，進行硬件與軟件設計。完成了太陽能手機充電器充放電功能的實現(xiàn)。 圖21 系統(tǒng)總體設計圖 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。本設計在太陽能電池后接一BOOST變換器，通過PWM控制變換器的占空比，來調整太陽能電池的負載為最佳匹配負載。通過直接檢測太陽能電池的輸出電壓和輸出電流，連續(xù)計算太陽能電池的輸出功率，通過尋優(yōu)的方法來獲得太陽能電池的最大輸出功率。 ⑵參數(shù)及選型： ?太陽能電池板：,短路電流175mA,最大電流150mA，外型尺寸：10469mm。 ?屏蔽二極管D1：用來防止太陽能電池所發(fā)電壓低于蓄電池電壓時，蓄電池向太陽能電池倒送電而消耗蓄電池的能量并導致太陽能電池板發(fā)熱。D1采用肖特基二極管MBRM120LT3，其峰值反向電壓VRRM =20V，正向平均整流電流IF=1A,正向導通壓降VF=。 ?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。由公式： Rout=50000IsenseR3可知，當輸出電阻R2=2K時，在傳感電流允許變化范圍(3A≤Isense≤3A)內，輸出電壓Vout的變化范圍為：3V≤Vout≤3V。 ④BOOST電路參數(shù)：綜合考慮單片機的時鐘頻率、PWM分辨率、電感體積、電路損耗以及噪聲干擾等因素，本設計選擇的開關頻率為30KHz。由公式： 可以計算出：L1=460uH，C1= 二極管D2的選型為：快恢復二極管IN5817,其VRRM =20V，正向平均整流電流IF=1A。 開關管的選型為：N溝道MOSFET管NCE3010，其額定電壓為VDS=30V，額定電流ID=10A。 圖二 基于BOOST太陽能電池最大功率跟蹤電路 ⑶仿真及結果：圖三 太陽能電池最大功率跟蹤仿真電路 圖四 太陽能電池模型圖五 MPPT模型圖六 太陽能電池特性曲線 蓄電池充電電路 ⑴功能實現(xiàn)： 該部分電路采用了MAX1898和一個外接的P溝道MOSFET來將交流適配器輸入電壓降至電池端壓。這種電路形式簡單，但功率損耗較大，雖然可以通過減小充電電流來使充電過程的晶體管功耗降低，但是電池的充電時間會隨著增加，需要折中考慮電路損耗和充電時間來確定最佳充電電流。MAX1898提供精確的恒壓/恒流充電，提高了電池性能并延長了電池壽命，同時，它還具有充電電流由用戶設定、輸入關斷等功能。 ⑵參數(shù)計算： ①外接電容C3可設置充電時間tCHG(快速充電時的充電時間)它們的關系如下： C3=tCHG式中，C3的單位是nF，tCHG的單位是h。 一般快速充電時間不超過3小時，因此C3常取為100nF。 ②外接電阻R4可設置最大充電電流ICHG，它們的關系如下： 最大充電電流設置為1A。 ③C5為10uF的旁路電容，可以使蓄電池平穩(wěn)的充電。 圖七 蓄電池充電電路 蓄電池放電電路 ⑴功能實現(xiàn)： ，通過PWM控制，為手機提供穩(wěn)定的5V充電電壓。 ⑵參數(shù)計算： 由以下公式：計算得：L2=20uH,C6=400uF。 二極管D2的選型為：快恢復二極管IN5817,其VRRM =20V，正向平均整流電流IF=1A。 開關管的選型為：N溝道MOSFET管NCE3010，其額定電壓為VDS=30V，額定電流ID=10A。 圖八 BOOST升壓電路 ⑶仿真及結果： 圖九 BOOST升壓電路模型圖十 輸出電壓波形 控制及驅動電路 本系統(tǒng)主要由單片機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脈寬調制信號控制開關管的導通和關斷，并將數(shù)據(jù)送至顯示電路顯示。實現(xiàn)了充電過程的智能控制。ADC0809為數(shù)據(jù)采集并做數(shù)字化處理作用，驅動芯片選用6N137光耦隔離芯片。 圖五 控制電路 圖六 驅動電路 輔助電源 采用超低靜態(tài)電流線性穩(wěn)壓電源芯片MAX1725提供控制電路電源。其中，輸入電源由蓄電池提供，穩(wěn)壓輸出為5V。 圖七 輔助電源電路 設計過程遇到的困難以及解決方案 由于太陽能手機充電器功能多樣，資料的收集與整理比較費時，開始時方向錯誤導致時間延誤，從而影響進度。雖然遇到挫折，但是我及時和老師溝通，糾正了錯誤，很快的趕上了。 由于設計經(jīng)驗不足，設計過程中未考慮電路的損耗問題，導致參數(shù)的選定與元器件的選擇都出現(xiàn)問題。通過老師的指導，重新設計了部分電路。 元件的選定與運用。由于要考慮到設計的實際應用情況，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。這樣元件選定后外部電路設計就顯得十分重要，直接影響到了整個系統(tǒng)的設計。通過與老師的溝通與自己查閱資料，最終選定元器件。 未完成的任務以及擬解決的方法 輔助電源與蓄電池充電控制部分的仿真還未完成。由于這兩部分選用了芯片構成電路，還需了解芯片的具體原理并進行建模與仿真。 電路的軟件設計部分還沒有完成。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計。 時間進度表11至13周完成所有電路的仿真13至15周完成軟件部分的設計15至18周完成論文的撰寫以及圖紙的繪制