【正文】 而逐漸降低，待充電電流降到 時，表明電池已充到額定容量的 93%～95%，此時即可認為基本充滿，如果繼續(xù)充下去，充電電流會慢慢降低到 零，電池完全充滿 。 由于單片機在以方式 0 串行發(fā)送數(shù)據(jù)的時候數(shù)據(jù)從 RXD 引腳從低位到高位 依次輸出，而最先輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過 74LS164 串轉(zhuǎn)并后到達 Q7，也就是說單片機 15 內(nèi)的 DO 通過串口發(fā)送并經(jīng)過 74LS164 后到達 74LS164 的 Q7 腳即數(shù)碼管的 A 腳，因此在單片機內(nèi)字型碼與 74LS164 所對應(yīng)的字型碼正好相反，所以共陽極 數(shù)碼管在單片機內(nèi) O9 所對應(yīng)的字型碼分別是： 01H，4FH，12H，06H，4CH，24H，20H，0FH．00H，04H。當(dāng)要顯示某字符時，把表格的起始地址送入數(shù)據(jù)指針 寄存器 DPTR 中作為基址，將顯示緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)作為偏移量送入變址寄存器 A，執(zhí)行查表指令“MOVCA，A+DPTR” ，則累加器 A 中得到的結(jié)果即表格中 取出的對應(yīng)數(shù)字的字形碼。 當(dāng) 8 個時鐘脈沖后，字形碼都移至 74Ls164 的 Q0Q7，數(shù)碼管就顯示相應(yīng)按鍵的 編碼。 然后判斷 P1 口是否有鍵按下，如果沒鍵按下繼續(xù)判斷。圖 10 為按鍵子程序結(jié)構(gòu)流 14 程圖。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。圖 9 為初始化程序流程。 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。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。 3 匯編源程序的設(shè)計實現(xiàn) 系統(tǒng)整體程序框架 本設(shè)計整體工作主要由單片機程序控制實現(xiàn)，其工作過程為：電路啟動初始 化，電路功能選擇，輸出選擇并確定輸出，單片機采集計算輸出 PWM 信號，定 時采集數(shù)據(jù)并處理調(diào)節(jié) PWM 信號占空比等，程序整體框架如圖 8 所示。OUT 為電流輸出端，該電流的大小正比于 12 流過傳感電阻的電流。SIGN 為集電極開路邏輯輸出，SIGN 為低電平表示電流由 RS－流向 RS+。RS+為內(nèi)傳感電阻的電源端。 圖 7 MAX471 典型應(yīng)用電路 MAX471 所需的供電電壓 Vbr/Vcc 為 3～36V，所能跟蹤的電流的變化頻率 可達到 130kHz，采用 8 腳封裝，其典型應(yīng)用電路如圖七所示。在這種情況下，用戶可根據(jù)自己的需要配置外接的傳感 電阻與增益電阻。MAX471 內(nèi)置 35mΩ精密傳感電阻，可測量電流的上下限為 3A。直到 A／D 轉(zhuǎn)換完成，EOC 變?yōu)楦唠娖剑甘?A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束， 結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請，而觸發(fā)單片機動作準備接收 數(shù)據(jù)，這是使 輸出高電平，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù) 據(jù)總線上，單片機讀取 P0 口然后做下一步處理操作。START 上升沿將逐 次逼近寄存器復(fù)位。 ADC0809 具體工作過程為： 首先 、 輸入 3 位地址，并使 輸出高電平，將地址存入地址 鎖存器中。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號 必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ，VREF（＋） ，VREF（－）為參考 電壓輸入。D7－D0 為數(shù)字量輸出線。OE 為輸出允 許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 表 1 CBA 通道選擇表 C BA 000 001 010 011 100 101 110 111 選擇的通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 數(shù)字量輸出及控制線：11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動信號。A，B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－IN7 上的一路模擬量輸入。 地址輸入和控制線：4 條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字 量，當(dāng) OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 （1）ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖 6 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖 ADC0809 由一個 8 路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器 10 和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。 圖 5 BUCK 變換器電路 電壓電流的 A/D 采集 以逐次逼近原理進行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換的器件。 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 變換器又稱降壓變換器、串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源、三端開關(guān)型降壓穩(wěn)壓器。 （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。 （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。 DC/DC 變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。它有兩種類型，即線性變換器和開關(guān)變換器。當(dāng)有按鍵按下時，有單片機處理編碼后送到數(shù)碼管上顯示。 本設(shè)計設(shè)計采用的是共陽極數(shù)碼管，因而各數(shù)碼管的公共極接電源 VCC，本電 路有 LM7805 提供，并采用三只串聯(lián)的二極管降壓，而非電阻降壓，這樣保證個 數(shù)碼段的亮度一致。 圖 4 數(shù)碼管驅(qū)動電路 單片機 AT89C51 的串口外接 1 片 74LS164 作為 LED 顯示器的靜態(tài)顯示接口， 把 AT89C2051 的 RXD 作為數(shù)據(jù)輸出線，TXD 作為移位時鐘脈沖。可以提供單 獨鎖存的 I／O 接口電路很多，常用的就是通過串口外接串并轉(zhuǎn)換器 74LS164， 擴展并行的 I／O 口。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器 都要占用單獨的具有鎖存功能的 I／O 接口用于筆劃段字形代碼。 本設(shè)計采用基于串口的 LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路，在串口擴展中最常用的 就是基于串口的 LED 數(shù)碼管顯示電路。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。其中，方式 0 是 8 位移位寄存器輸入／輸出方式，多用與外接移位 寄存器以擴展 I／O 端口。 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管顯示電路 AT89C51 單片機內(nèi)有一個串行 I／O 端口， 通過引腳 RXD 和 TXD 可與外部 電路進行全雙工的串行異步通信， 發(fā)送數(shù)據(jù)時由 TXD 端送出， 接收時數(shù)據(jù)由 RXD 端輸入。 在本設(shè)計中由于按鍵不是太多，故采用獨立按鍵法，這樣可以減小編程的難 7 度，圖 3 為本設(shè)計的按鍵接線圖。 通常所用的按鍵為輕觸機械開關(guān)，正常情況下按鍵的接點是斷開的，當(dāng)我們 按壓按鈕時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地 接通，在斷開時也不會一下子斷開。 按鍵指示電路及實現(xiàn) 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式：獨立按鍵；矩陣編碼鍵 盤。在電池充電過程中，通過檢測電流大小而確 定電池充電多少，從而改變充電方式或決定是否停止充電[4]。具體工作過程是上電復(fù)位，首先查詢鍵盤，確定充電器功能，確定后繼續(xù) 查詢鍵盤以確定輸出電流大小，或作為普通電源的輸出電壓，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)子程 序并分析計算 PWM 占空比， 開始輸出電流或電壓， 并將數(shù)據(jù)送至顯示電路顯示。 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，輸出精度高且工作及其穩(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，從而是單片機等控制電路正常 工作，且成本低。 一般電容的耐壓應(yīng)高于電源的輸入電壓和輸出電壓。圖 2 是三端穩(wěn)壓集成電路 LM7805 的典型應(yīng)用電路，三端集成穩(wěn)壓器設(shè)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。 考慮被充電池的電流不同所需充電時間不等， 采用八塊相同參數(shù)電池板進行串、并聯(lián)，實測電池板的輸出電壓最大值為 , 電流最大可達 450mA，總標(biāo)稱功率為 5W 左右,實際輸出可根據(jù)不同的被充電對 象進行平滑調(diào)整[7]。 本文 以手機、MP3 等常用小功率用電設(shè)備為例，說明其太陽能充電器的設(shè)計過程。 太陽能電池板的選用 太陽能電池板是太陽能供電系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，是該充電器的核心部分，其功 能是將太陽光的輻射能量轉(zhuǎn)化為電能，如今的便攜式數(shù)碼設(shè)備種類較多，所需電 壓電流不等，對于輸入功率較大的設(shè)備，必須采用面積較大的電池板，而這又給 攜帶帶來不便。 本系統(tǒng)將采用 89C51 做為充電電路的控制器，從而以較低的成本輕松實現(xiàn)復(fù)雜 的充電智能控制，同時也可以為其他小型電子產(chǎn)品提供潔凈的直流電源。由于充電器多采用大電流的快速充電法，在電池充滿后如果不及時 停止會使電池發(fā)燙，過度的充電會嚴重損害電池的壽命。 2 太陽能手機充電器硬件設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 總體 DC/DC 變換 太 陽 能 電 池 板 按 鍵 AT89C51 顯示電路 手 機 電 池 ADC0809 圖 1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 太陽能電池在使用時由于太陽光的變化較大，其內(nèi)阻又比較高，因此輸出電 壓不穩(wěn)定，輸出電流較小，這就需要用充電控制電路將電池板輸出的直流電壓變 換后供給電池充電。把太陽能電池板放在一個有陽光 的地方，即可以為手機提供一個方便的太陽能充電點。充電過程中采用 LED 燈、數(shù)碼管指示，系統(tǒng)中 設(shè)計有完備的過流過壓保護，避免因電池過度充電而損壞，并且充電器采用模塊 式結(jié)構(gòu)和 USB 接口，可對手機、MP攝像機等多種數(shù)碼產(chǎn)品充電。 本課題研究的主要內(nèi)容 本充電器通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過 DC/DC 變換電路處 理后，由充電電路為負載供電。太陽能電池可根據(jù)電壓大小需要，由不 同數(shù)量的太陽能電池片組成，其轉(zhuǎn)換效率受光照、溫度、太陽電池晶體類型及制 造工藝等影響，2010 年中國平均效率為 %。但受制于其材料引發(fā)的光電效 率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實際應(yīng)用。多晶硅薄膜太陽能電池 與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實驗室最高轉(zhuǎn)換效率 為 18%,工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為 10%。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。但是，從長 遠來看，隨著太陽能電池制造技術(shù)的改進以及新的光—電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明， 各國對環(huán)境的保護和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用 太陽輻射能比較切實可行的方法，可為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟 廣闊的前景。這對改善生態(tài)環(huán)境、緩解溫室氣體的有害 hk 作用具 有重大意義。s emphasis on environmental protection are also rising, look for clean alternative energy issues bee more urgent. Solar energy as a renewable energy it has an inexhaustible and clean and safe and so on, so have a broad application prospects, photovoltaic power generation technology is more and more attention, with the PV module continue to lower prices and photovoltaic technology, solar PV systems will gradually supplement the energy from the current transition to alternative energy. People who use mobile phones have had the experience, go out or travel no electricity when the battery suddenly, and because they can not be found or does not timely 220V electricity and not to charge their cell phones affect the normal use of mobile phones. To solve this problem, the course design introduces a multipurpose solar charger, use MCU control, will transform solar energy through the circuit to stabilize the direct current to charge their cell phones and can charge the battery automatically stops charging after, but also as a general DC power use, so get rid of dependence on electricity obtained the freedom of munication. Compared with the conventional charger, solar charger has a clear advantage. Key words: solar energy, battery, single chip, intelligent, BUCK converter 3 1 緒論 本課題的研究背景 當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制 約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸時，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”， 開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟發(fā)展的新動力。與 常規(guī)的充電器相比，太陽能充電器有著明顯的優(yōu)勢。 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