【正文】 約了能量，又使用方便，是居家旅行的必備品。使用手機(jī)的人都有過這樣的經(jīng)歷，外出或旅游時(shí)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，沒電、電量不足，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。 目前，太陽能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門。太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產(chǎn)生電能，不需要消耗燃料和水等物質(zhì)，使用中不釋放包括二氧化碳在內(nèi)的任何氣體，是對(duì)環(huán)境無污染的可再生能源。系統(tǒng)還加入了單片機(jī)控制按鍵，以便自由選擇充電模式，具有根據(jù)返回手機(jī)電流情況，來控制降低電流的輸入和停止充電功能，以免過分充電會(huì)損壞電池，反饋輸出電流的情況，達(dá)到充電智能化的效果。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”） 作者簽名： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 年 月 日摘 要目前對(duì)太陽能利用主要體現(xiàn)在兩方面：光熱轉(zhuǎn)換與光電轉(zhuǎn)換，本文利用太陽能光電轉(zhuǎn)換特性，設(shè)計(jì)了一種在沒有電源的情況下也能隨時(shí)隨地給各種移動(dòng)設(shè)備充電的便攜式太陽能充電器。 本學(xué)位論文屬于保密 □，在_________年解密后適用本授權(quán)書。 學(xué)位論文作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。論文內(nèi)容未包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果。電子與信息工程學(xué)院本 科 畢 業(yè) 論 文 論文題目 便攜式太陽能充電器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 黃祖勛 學(xué) 號(hào) 093521077 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 093523 指導(dǎo)教師 鄧方雄 2013年5月湖北科技學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。文中依法引用他人的成果，均已做出明確標(biāo)注或得到許可。如本人違反上述聲明，愿意承擔(dān)以下責(zé)任和后果： ； ； ，對(duì)因不當(dāng)方式取得學(xué)位給學(xué)校造成的名譽(yù)損害，進(jìn)行公開道歉；。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。不保密 □。本文設(shè)計(jì)是以ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)作為控制核心,由按鍵指示電路、數(shù)碼管顯示電路、BUCK斬波電路和A/D采集電路等組成的，實(shí)現(xiàn)了將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，然后由LM7805提供穩(wěn)定電壓，經(jīng)過DC/DC變換電路處理后，由充電電路為負(fù)載供電。關(guān)鍵詞：太陽能；單片機(jī)；BUCK變換器 ABSTRACT At present the use of solar energy is mainly embodied in two aspects: the sunlight transformation and photoelectric, this paper, by using solar photoelectric characteristics, design a way that there is no power, it can also charger for various mobile anywhere at any time. The design takes AT89C51 produced by ATMEL as the control core and is posed of buttons, digital pipe display circuit, BUCK chopper circuit and A/D acquisition circuit, which can transfer solar energy into electric power. With stable electric pressure and then processed by DC/DC transform circuit, it can supply electricity through charging circuit. The system is added with singlechip control buttons for free choice of charging mode. It will control the input of low current and stop charging according to the current return to mobile phones so as to prevent battery from being damaged due to overcharging, and then give the feedback about output of electric current. Ultimately, the goal of intellectual charging can be achieved.KEY WORDS: Solar energy；Single chip；BUCK converter目 錄1 緒論 1 本課題研究背景 1 本課題研究目的與意義 1 本課題研究的總體思路 1 本課題研究的主要任務(wù) 22 太陽能電池的研究和分析 3 太陽能電池的原理 3 太陽能電池的等效電路 4 太陽能電池板的輸出特性及影響因素 5 6 7 83 太陽能充電器硬件設(shè)計(jì) 9 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 9 9 LM7805芯片介紹 9 LM7805應(yīng)用電路 10 11 12 12 13 按鍵電路設(shè)計(jì) 14 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) 14 降壓斬波電路設(shè)計(jì) 16 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 17 檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 20 MAX471介紹 20 工作原理 214 太陽能充電器軟件設(shè)計(jì) 25 系統(tǒng)整體程序框架 25 電路啟動(dòng)初始化 26 按鍵采集程序 27 數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換程序 28 29 電源子程序的設(shè)計(jì) 305 電路測(cè)試 31 31 336 結(jié)論與展望 34致 謝 35參考文獻(xiàn) 36附錄1：主電路原理圖 37附錄2：匯編源程序 38附錄3：元器件清單 46附錄4：實(shí)物圖 471 緒論 本課題研究背景 隨著電力、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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，越來越多的國家開始實(shí)行“陽光計(jì)劃”，開發(fā)太陽能資源，減少不可再生資源的消耗和環(huán)境污染，緩解能源壓力，而且太陽能居家旅行使用方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，光能開發(fā)勢(shì)必會(huì)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。這對(duì)改善生態(tài)環(huán)境、緩解溫室氣體的有害作用具有重大意義。而且隨著太陽能電池制造技術(shù)的改進(jìn)以及新的光—電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明，各國對(duì)環(huán)境的保護(hù)和對(duì)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(shí)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[1]。為了解決這樣的問題，本課題研究了一種太陽能充電器，它可以很好的解決上述問題，給你的生活帶來很大的方便。通過本課題的研究，除了對(duì)所學(xué)知識(shí)的進(jìn)一步鞏固外，還可以把理論與實(shí)踐結(jié)合起來，把知識(shí)轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)力，創(chuàng)造使用價(jià)值，給人們的生活帶來方便。鋰電池一般不宜采用全過程恒流充電方式，而是采取開始恒流快速充電，待電池電壓上升到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入恒壓充電的方式，并且這樣有利于保存電池容量。文中介紹設(shè)計(jì)的太陽能手機(jī)充電器，與普通的手機(jī)充電器相比，它的特殊之處除了能源的供應(yīng)來自太陽能電池板外，充分利用單片機(jī)的智能性，設(shè)有完備的電壓電流檢測(cè)保護(hù)電路，并通過LED顯示電路的狀態(tài)，當(dāng)光線不夠強(qiáng)時(shí)，指示燈不亮，蓄電池為手機(jī)充電，光線足夠強(qiáng)時(shí)，指示燈亮，由太陽能電池板供電，同時(shí)可為充電電池充電。這種便捷的太陽能充電器幾乎可以在任何地方補(bǔ)充電力，從而獲得通信的自由。軟件設(shè)計(jì)：電路啟動(dòng)初始化程序設(shè)計(jì)，按鍵采集程序設(shè)計(jì)，數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)，充電子程序設(shè)計(jì)，電源子程序設(shè)計(jì)。當(dāng)太陽光照射時(shí)，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半導(dǎo)體吸收或透過。這樣，光能就以產(chǎn)生電子——空穴對(duì)的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。太陽能光伏電池正是一種利用光伏效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。因此，太陽能光伏電池都是由半導(dǎo)體構(gòu)成的。當(dāng)用適當(dāng)波長(zhǎng)的太陽光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，光能被半導(dǎo)體吸收后，在導(dǎo)帶和價(jià)帶中產(chǎn)生非平衡載流子電子和空穴。光生電場(chǎng)的一部分除抵消勢(shì)壘電場(chǎng)外，還使P型層帶正電，N型層帶負(fù)電，在N區(qū)與P區(qū)之間的薄層產(chǎn)生所謂光生伏特電動(dòng)勢(shì)。如此形成的一個(gè)個(gè)電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能輸出一定的電壓、電流和功率。圖21所示為P型區(qū)結(jié)構(gòu)圖，圖22所示為N型區(qū)結(jié)構(gòu)圖。 太陽能電池的等效電路光伏電池受光的照射便產(chǎn)生電流。目前使用的光伏電池可看作PN結(jié)型二極管，因?yàn)樵诠獾恼丈湎庐a(chǎn)生正向偏壓，所以在PN結(jié)為理想狀態(tài)的情況下，可根據(jù)圖24表示的等效電路來考慮。太陽能 (21) 當(dāng)I=0時(shí)，可以得到太陽能電池的開路電壓 (22) 其中I為電池單元輸出電流；IL為PN結(jié)電流(A)；IO為二極管的反向飽和電流(A)；V為外加電壓(V)；q是單位電荷(1019K庫侖)；K是玻耳茲曼常數(shù)(1023J/K)；T是絕對(duì)溫度(T=t+273K)；n為二極管指數(shù)。同時(shí)，由于電池邊沿的漏電，在電池的微裂痕、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本該通過負(fù)載的電流短路，這種作用可用一個(gè)并聯(lián)電阻RSH來等效表示。 圖25 實(shí)際光伏電池等效電路 (23)此式叫做光伏電池的超越方程式。而光譜特性主要研究光伏電池與入射光譜的關(guān)系，所以本文不對(duì)其進(jìn)行討論。光伏電池的幾個(gè)重要技術(shù)：① 短路電流ISC：在給定日照強(qiáng)度和溫度下的最大輸出電流。③ 最大功率點(diǎn)電流(IM)：在給定日照強(qiáng)度和溫度下相應(yīng)于最大功率點(diǎn)的電流。⑤ 最大輸出功率(PM)：在給定日照和溫度下光伏電池可能輸出的最大功率 ⑥ 填充因子 (24) ⑦ 光伏電池的轉(zhuǎn)換效率：輸出功率PM與陽光投射到電池表面上的功率PS之比，其值取決于工作點(diǎn)。圖26 太陽能電池的IV特性關(guān)系曲線 圖26中，在IV曲線上總可以找到一個(gè)工作點(diǎn)，此點(diǎn)處的輸出功率最大，此點(diǎn)就是最大功率點(diǎn)(MPPT)，即圖中M點(diǎn)。原則上講，可對(duì)輸出功率求導(dǎo)使其為0，即可得到該電池的最佳工作點(diǎn)IM，VM，從而求出最大輸出功率：PM=IMVM。因?yàn)樗芴柲茈姵貎?nèi)部等效的串、并聯(lián)電阻的影響，其特性方程由公式（23）可知一個(gè)超越指數(shù)方程，無法用線性方程表示，具有非線性。 從圖26可見，IM和VM的乘積就是最佳工作點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)所確定的矩形面積，在曲線范圍內(nèi)這個(gè)面積越大，表明電池的輸出特性越