【正文】 OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉換完的數(shù)字量，當 OE 為高電平，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù)。 （ 1） ADC0809 的內(nèi)部邏輯結構 ADC0809 由一個 8 路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存 器組成。 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉換器、 8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。 如圖 310 所示。當 口輸出高電平， 2N5551 導通，進而 2N5366 導通，電壓輸出；當 口輸出低電平， 2N5551 截至， 2N5366 截至，無電壓輸出。 VDLC U o++UEGCRi11UD+ (a)電路圖 (b)波形圖 圖 39 降壓斬波電路的原理圖及波形 U GEU DtttU Ot ont o f fTU i3 太陽能充電器硬件設計 17 在本設計中開關管選用 2N5366PNP 型三極管和 2N5551NPN 型三極管聯(lián)合使用。負載電壓的平均值為： iioniof fon ono UUTtUtt tU ????? （ 31） 式（ 31）中 ton為 V處于通態(tài)的時間， toff為 V 處于斷態(tài)的時間， T 為開關周期，α為導通占空比，簡稱占空比或導通比 (α =ton/T)。由圖 39（ b）中 V的柵極電壓波形 UGE可知，當 V 處于通態(tài)時，電源 Ui向負載供電， UD=Ui。 降壓斬波電路 (Buck Chopper)的原理圖及工作波形如圖 39 所示。要顯示某字段則相應的移位寄存器 74HC164的輸出線必須是低電平。Q0Q7(第 3— 6 和 10— 13 引腳 )并行輸出端分別接 LED 顯示器的 ADP 各段對應的引腳上。單片機通過串口將要顯示數(shù)據(jù)的字形碼逐一的串行移出至 74LS164 的輸出腳上數(shù)碼管 就可以顯示相應的數(shù)字。 本設計采用基于串口的 LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路，這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時 ,再發(fā)送新的字形碼。方式 0的輸出是 8位串行數(shù)據(jù)，通過移位寄存器可將8位串行數(shù)據(jù)變成 8位并行數(shù)據(jù)輸出，也可以將外部的 8位并行數(shù)據(jù)變成 8位串行數(shù)據(jù)輸入。串口有四種工作方式，通過編程設置，可以使其工作在任一方式以滿足3 太陽能充電器硬件設計 15 不同的場合。 R1R2R3S1S2LEDR4VCC 圖 37 按鍵接線圖 對電路總體考慮后 ， 將 ADC0809 采集電路接在了單片機的 P0 口，并用 P2口做采集控制，這樣 P0 口僅用接收數(shù)據(jù)，不用發(fā)送數(shù)據(jù)，有 P0 口的硬件構成知道，其做輸出的話需接上拉電阻，做輸入的不用接，這樣整體上減少了電路的硬件開支，而 P3 口要做串口傳輸?shù)裙ぷ?，所以在本電路中將按鍵接在 P1 口，其中 、 為輸出功能選擇鍵， 為過電流保護指示燈，按下 代表給手機電池充電，按下 則做普通直流電源使用，其中 5V輸出可直接用 USB連接線給手機充電，電池充電控制則有手機提供。因而機械觸點在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性及操作人員按鍵動作決定，一般為 5ms～ 20ms；按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短是由操作人員的按鍵按壓時間長短決定的，一般為零點幾秒至數(shù)秒不等。獨立按鍵的每個按鍵都單獨 接到單片機的一個 I/O 口上，獨立按鍵則通過判斷按鍵端口電位即可識別按鍵操作；而矩陣鍵盤通過行列交叉按鍵編碼進行識別。 通過單片機編程實現(xiàn)了充電過程的智能控制，而且大大簡化了硬件電路設計，由于單片機良好的可重用性，如果需要改變電路工作狀態(tài)或電路參數(shù)，只需簡單的修改程序即可實現(xiàn)，從而使電路的升級改造變得簡單易行。在輸出過程中通過單片機定時器定時檢測輸出電流或電壓，與設定值比較后調節(jié) PWM 占空比，使輸出趨于設定值。 圖 36 單片機最小系統(tǒng) 單片機電路 本系統(tǒng)單片機主要完成的任務是控制數(shù)據(jù)的采集過程，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理后生成 PWM 脈寬調制信號控制開關管的導通與關斷，從而控制輸出大小。 單片機最小系統(tǒng)起振電容 C C3 一般采用 15~33pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好。單片機最小系統(tǒng)復位電路的極性電容 C1 的大小直接影響單片機的復位時間，一般采用 10~30uF，容值越大需要的復位時間越短。 (2)單片機最小系統(tǒng)： 單片機最小系統(tǒng)，或者稱為最小應用系統(tǒng) ,是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。當單片機接通以上 5 腳后，只要在第 9 腳上加一個寬度不小于 24 個振蕩周期，也就是 2 個機器周期的正脈沖，它就能使系統(tǒng)復位。31 腳 EA 是程序存儲器片內(nèi)片外選擇腳，如果 EA 接低電位， CPU不從片內(nèi) ROM3 太陽能充電器硬件設計 13 中取指； EA 接高電位， CPU 先從片內(nèi)程序存儲器取指。此振蕩脈沖，為整個 CPU及其定時等有效操作系統(tǒng)提供時鐘。這 40 條引腳大致可分為電源 (Vcc、Vss、 VPP、 VPD)、時鐘 (XTAL XTAL2)、專用控制線 (ALE、 RST、 PROG、PSEN、 EA)、通用多功能輸入輸出標準 I/O 口 (P0～ P3)等 4 大部分。而這些輸入都是通過引腳與單片機連接的。 C2C310μC1R16KR210KVin1GND2Vout3U1LM7805D2D116V蓄電池太陽能電池板 圖 34 電源模塊電路 湖北科技學院學士學位論文 12 單片機簡介 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4KB 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128B 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容 標準MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大。 此電源模的 一個特點，就是當光線不夠強時，蓄電池為單片機及外圍電路供電，光線足夠強時，由太陽能電池板供電，同時可為充電電池充電。 LM7805 輸入電壓為 8V到 36V，最大工作電流 ，具有輸入電壓范圍寬，工作電流大，輸出精度高且工作極其穩(wěn)定，外圍電路簡單等特點，太陽能電池電壓即使有較大的波動，也能穩(wěn)定的輸出 5V電壓。一般電容的耐壓應高于電源的輸入電壓和輸出電壓。 圖 33是三端穩(wěn)壓集成電路 LM7805 的應用電路 ，三端集成穩(wěn)壓器設置的啟動電路，在穩(wěn)壓電源啟動后處于正常狀態(tài)時，啟動電路與穩(wěn)壓電源內(nèi)部其他電路脫離聯(lián)系，這樣輸入電壓變化不直接影響基準電路和恒流源電路，保持輸出電壓的穩(wěn)定。 2）當穩(wěn)壓器遠離電源濾波器時，要求用 Ci。應用電路如圖 33 所示。 功能：輸出穩(wěn)定電壓 5V，輸出電流接近 1A。這種電源使用較簡便，對周圍電路產(chǎn)生的干擾噪 聲較小。而且效率很低，造成電能的浪費。 由以上可見串穩(wěn)型穩(wěn)壓源調整功放兩端有一定直流電壓，由流過相當于負載電流的直流電流，所以調整功放電路消耗較大功率。其電路框圖如下圖 32所示： 圖 32 三端穩(wěn)壓器 7805方框圖與實物圖 穩(wěn)壓過程如下：當輸出電壓 v0 增高時取樣電壓 vs也增高。單片機電源電路的設計以三端集成穩(wěn)壓器 LM7805 為核心，它屬于串聯(lián)正電源穩(wěn)壓電路，輸出電壓為 5V。本系統(tǒng)總體設計方案如圖 31所示，通過太陽能電池板將太陽能轉換為電能，由單片機編程實現(xiàn) PWM 波控制開關管從而實現(xiàn)輸出電壓電流的改變，通過顯示電路顯示輸出狀態(tài)及大小，由 ADC0809 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及轉換并傳給單片機做判斷處理，從而實現(xiàn)電路的智能輸出與控制。這就需要一個復雜的控制系統(tǒng)， 51 系列單片機是當前使用最為廣泛的 8 位單片機系列，其豐富的開發(fā)資源和較低的開發(fā)成本，是 51 系列單片機現(xiàn)在以至將來都會有強大的生命力。當光線條件適宜時，通過太陽能電池板吸收太陽光，將光能轉換為電能。電池板的理想輸出電壓最大值為 12V,電流最大可達 160mA，總標稱功率為 2W左右 ,但是根據(jù)現(xiàn)實的陽光照射情況，實際輸出并沒有這么大，隨陽光照射的情況變化而變化。所選用的太陽能 電池板技術參數(shù)指標如下： 尺寸 125mm 63mm 3mm，峰值電壓 6V，峰值電流 160mA，標稱功率 。因此該設計采用模塊式組合，根據(jù)不同充電負載的需要，將太陽能板進行組合以達到具有一定要求的輸出功率和輸出電壓的一組光伏電池。 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 06 0 00.51.01.52.02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0( A )I( W )P( V )Uo5 0 Co0 Co2 5 C21 0 0 0 /?21 0 0 0 /?o0 Co2 5 Co5 0 CSSmU ( V )m 圖 29 不同溫度下的 IV特性曲線 圖 210 不同溫度下的 PV特性曲線 綜上，太陽能電池板的輸出特性具有以下特點： ① 太陽能電池的輸出特性近似為矩形，即低壓段近似為恒流源，接近開路電壓時近似為恒壓源； ② 開路電壓近似同溫度成反比，短路電流近似同日照強度強成正比；太陽能電池板的輸出功率隨著光強和溫度成非線性變化； ③ 輸出功率在某一點達到最大值，該點即為太陽能電池板的最大功率點(MPP， Maximum Power Point)，且隨著外界環(huán)境的變化而變化 [8]?？梢钥闯?，溫度對太陽能電池陣列的輸出電流影響不大，但對它的輸出開路電壓影響較大。雖然日照的變化對陣列的輸出開路電壓影響不是那么大 ，但對為電流與電壓相乘的結果最大輸出功率來說，變化顯著，2 太陽能電池的研究和分析 7 如圖 28 中虛線與各實線的交點所示。 太陽的光照強度對光伏電池轉換效率的影響 圖 2圖 28分別是太陽能電池陣列在溫度為 25℃時，不同日照 (S)下表現(xiàn)出的電流 電壓 (IV)和功率 電壓 (PV)特性。它表示最大輸出功率的值所占的以 VCC和 ISC為邊長的矩形面積的百分比，填充因子是表征光電池的輸出特性好壞的重要參數(shù)之一。如果在一定光照下的IV 特性曲線是理想的矩形，那么 IM和 VM乘積就等于 ISC和 VCC的乘積。圖 26 可表示太陽能電池的 PV曲線。但是要求出其解析解，幾乎不可能。 M點所對應的電流 IM為最佳工作電流，VM為最佳工作電壓， PM為最大輸出功率，由圖和公式還可以看出，光伏電池不工作于最大功率點時，其效率都低于按此定義的效率值，甚至會低到零。通常采用光伏電池的最大效率值作為其效率η， 湖北科技學院學士學位論文 6 SMMP PT PP???? 以上各個參數(shù)可以在圖 26 中表示如下。 ④ 最大功率點電壓 (VSC)：在給定日照和溫度下相應于最大功率點的電壓。 ② 開路電壓 VCC：在給定日照強度和溫度下的最大輸出電壓。本節(jié)將著重探討前兩種特性及其相關參數(shù)。 太陽能電池板的輸出特性及影響因素 光伏電池的輸出特性包括伏安特性、溫度特性和光譜特性，其中伏安特性和溫度特 性主要通過 IV 和 PV特性曲線來加以體現(xiàn)。此時的等效電路可根據(jù)圖25 來描述，其伏安特性可由（ 23）式給出。 V 2 太陽能電池的研究和分析 5 但是在實際的光伏電池中，由于電池表面和背面的電極和接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，流經(jīng)負載的電流經(jīng)過它們時，必然引起損耗，在等效電路中可將它們的總效果用一個串聯(lián)電阻 RS 來表示。 圖 24 理想狀態(tài)的太陽能電池等效電路圖 在這種等效電路中，加給負荷的電壓 V和流過負荷的電流 I 之間的關系式，可由下式給出。這個電流隨著光強的增加而增大，當接受的光強度一定時，可以將光伏電池看作恒流電源。 湖北科技學院學士學位論文 4 圖 23 半導體 P型與 N型交界面 另外，在受光面上，覆蓋著一層很薄的天藍色氧化硅薄膜以減少入射太陽光的反射，提高太陽能電池對于入射光的吸收率 [6]。這樣，太陽的光能就直接變成了可付諸實用的電能。若分別在 P 型層和 N 型層焊上金屬引線，接通負載，外電路則有電流通過。半導體內(nèi)在 P 型和 N 型交界面（圖23）兩邊形成勢壘電場，能將電子驅向 N 區(qū)，空穴驅向 P 區(qū)，從