【正文】 電完成后自動停止充電，還可作為一般直流電源使用，從而擺脫對市電的依賴而獲得通信的自由。 關鍵詞： 太陽能，電池， 單片機 ， 智能 ， BUCK 變換器 3 Multipurpose solar mobile charger Abstract Increasing depletion of fossil energy, it39。 太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產生電能 ， 不需要消耗燃料和水等物質 ， 使用中不釋放包括二氧化碳在內的任何氣體 ， 是對環(huán)境無污染的可再生能源。 目前 ， 太陽能電池的應用已從軍事領域、航天領域進入工業(yè)、商業(yè)、農業(yè)、通信、家用電器以及公用設施等部門，尤其可以分散地在邊遠地區(qū)、高山、沙漠、海島和農村使用，以節(jié)省 造價很貴的輸電線路。 硅太陽能電池 及參數(shù) 硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。在實驗室里最高的轉換效率為 %，規(guī)模生產時的效率為 15%。非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉換效率較高，便于大規(guī)模生產，有極大的潛力。 硅 太陽能電池片常用的為單晶 125 大倒角，其尺寸為 125mm*125mm，對角線 150mm，功率 ，工作電壓 ，工作電流 ，開路電壓 ，短路電流 。 常見的太陽能電池電壓有 3V、6V、 9V、 12V、 18V、 32V、 48V 等，更大的用于太陽能電廠發(fā)電項目。鋰電池一般不宜采用全過程恒流充電方式，而是 5 采取開始恒流快速充電，待電池電壓上升到設定值時，自動轉入恒壓充電的方式，并且這樣有利于保存電池容量。 文中介紹設計的太陽能手機充電器，與普通的手機充電器相比，它的的特殊之處除了能源的供應來自太陽能電池板外，充分利用單片機的智能性，設有完備的電壓電流檢測保護電路，并通過顯示電路顯示電路狀態(tài)，通過功能鍵可以靈活的選擇電路輸出，為不同的電子產品提供電源。這種便捷的太陽能充電器幾乎可以在任何地方補充電力，從 而獲得通信的自有。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。這就需要一 個復雜的控制系統(tǒng)， 51 系列單片機時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。本系統(tǒng)總體設計方案如圖 1 所示，通過太陽能電池板將太陽能轉換為電能，由單片機編 太 陽 能 電 池 板 AT89C51 DC/DC 變換 顯示電路 手 機 電 池 ADC0809 按 鍵 6 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。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。所選用的太陽能電池板技術參數(shù)指標如下 ： 尺 寸 120mm 45mm，峰值電壓 6V，峰值電流 100mA，標稱功率 。 LM7805 應用 圖 2 LM7805 典型應用電路 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)穩(wěn)壓電路，其工作原理與 分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓電源相同。電路中 Ci 的作用是消除輸入連線較長時其電感效應引起的自激振蕩，減小紋波電壓，取值范圍在 7 F～ 1μ F 之間，本文 Ci 選用 F；在輸出端接電容 Co 是用于消除電路高頻噪聲，改善負載的瞬態(tài)響應，一般取 F 左右，本文 Co 即選用 F。另外，為避免輸入端斷開時Co 從穩(wěn)壓器輸出端向穩(wěn)壓器放電，造成穩(wěn)壓器的損壞，在穩(wěn)壓器的輸入端和輸出端之間跨接一個二極管，對 LM7805 起保護作用。 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。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。 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。 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的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。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。 圖 3 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 是數(shù)字減鍵， 為數(shù)字加鍵， 鍵位確定鍵， 為過電流 保護指示燈， 、 為輸出功能選擇鍵，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。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不同的場合。串口的工作方式可以參看相關的書籍，此處不做詳細介紹。因此外接 一個移位寄存器就可擴展一個 8 位的并行輸入／輸出接口，如果想多擴展幾個并口就需要在外部級連幾個移位寄存器。在單片機應用系統(tǒng)中， LED 數(shù)碼管的顯 9 示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。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，因此，使用這種方法單片機中 CPU 的開銷 小。需要幾個數(shù)碼管就擴展幾個并行接口，數(shù)碼管直接接在74LS164 的輸出腳上，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。 Q0Q7(第 3— 6 和 10— 13 引腳 )并行輸出端分別接 LED 顯示器的 DPA 各段對應的引腳上。 要顯示某字段則相應的移位寄存器 74LS164 的輸出線必須是低電平。 BUCK 斬波電路 DC/DC 變換器廣泛應用于便攜裝置（如筆記本計算機、蜂窩電話、 PDA 等）中。開關變換器因具有效率高、靈活的正負極性和升降壓方式的特點，而備受人們的青睞 [10]。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調制方式 Ts 不變，改變 ton(通用 )，二是頻 10 率調制（ 1） Buck 電路 —— 降壓斬波器，其輸出平均電壓 U0 小于輸入電壓 Ui，極性相同。（ 3） Buck－ Boost 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，電感傳輸。還有 Sepic、 Zeta 電路。其電路如圖 5 所示， PWM 脈寬調制信號有單片機提供，控制開關管的通斷。其內部有一個 8 通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉換。多路開關可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉換器進行轉換。 （ 2） 引腳結構 IN0－ IN7： 8 條模擬量輸入通道 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進 行轉換。通道選擇表 1 所示。當 ST 上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D 轉換；在轉換期間， ST 應保持低電平。當EOC 為高電平時，表 明轉換結束；否則，表明正在進行 A/D 轉換。 OE＝ 1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 CLK 為時鐘輸入信號線。 本設計中用單片機的 P0 口接收來自 0809 的換數(shù)據(jù)， 、 、 依次 12 接在 0809 的 A、 B、 C 地址線， 接在 0809 的 ALE 端， 接 START， 接 OE 端， 時鐘信號由單片機的 ALE 端經 74HC74 觸發(fā)器二分頻后提供，單片機采用 12MHz 晶振， ALE 端經二分頻后為 500KHz。此地址經譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。下降沿啟動 A／ D 轉換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉換正在進行。 MAX471 介紹及工作原理 MAX471 是美國 MAXIM 公司生產的雙向、精密電流傳感放大器。對于允許較大電流的場合，則可選用 MAX472。 MAX471/MAX472 都可通過一個輸出電阻將電流輸出轉化為對地 電壓輸出。 MAX471 各引腳功能說明如下： SHDN 為關閉信號，正常操作時接地；當它為高電平時，供電電流小于 5181。 RS+為內傳感電阻的電源端。 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+。 OUT 為電流輸出端，該電流的大小正比于 13 流過傳感電阻的電流。 3 匯編源程序的設計實現(xiàn) 系統(tǒng)整體程序框架 本設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)并處理調節(jié) PWM 信號占空比等，程序整體框架如圖 8 所示。復位操作完成以后，單片機的寄存器會被置以不同的值，這些值中有相當一部分是未知的值。因此，在單片機運行后，首先清 0 使之置初始參數(shù)設定，便于程序設計人員掌握，以利系統(tǒng)的工作。圖 9 為初始化程序流程。讀線、讀取、相連的端口，并將其值判斷處理后存于相關緩存中。圖 10 為按鍵子程序結構流 開始 清片內 RAM 初始參數(shù)設定 AD設定 定時器設定 中斷設定 返回 15 程圖。然后判斷 P1 口是否有鍵按下，如果沒鍵按下繼續(xù)判斷。當 8 個時鐘脈沖后，字形碼都移至 74Ls164 的 Q0Q7，數(shù)碼管就顯示相應按鍵的編碼。當要顯示某字符時，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 中得到的結果即表格中取出的對應數(shù)字的字形碼。 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)經過 74LS164 串轉并后到 達 Q7，也就是說單片機 入口 讀 I/O 口 處理后存入緩存 延時 Y 返回 N 16 內的 DO 通過串口發(fā)送并經過 74LS164 后到達 74LS164 的 Q7 腳即數(shù)碼管的 A腳，因此在單片機內字型碼與 74LS164 所對應的字型碼正好相反， 所以共陽極數(shù)碼管 在單片機內 O9 所對應的字型碼分別是： 01H， 4FH， 12H， 06H， 4CH， 24H， 20H， 0FH． 00H， 04H。 圖 11 數(shù)據(jù)采集 子程序結構流程圖 入口 初始化 啟動轉換 轉換結束 ？ 處理存儲 返回 N Y 17 充電子程序的設計 充電過程分兩階段進行，第一階段為恒流充電，充電電流可設定，當充電電壓達到 4V 時轉入第二階段，即 的恒壓充電方式，恒壓充電電流會隨著時間的推移而逐漸降低，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 [4]。充電子程序流程圖如圖12 所示。其輸出電壓 0 到 5V 可調，數(shù)字顯示，并有完善的過流保護功能，從而確保電子產品的安全使用。 圖 13 電源 子程序結構流程圖 入口 采集電壓電流 跳過 關斷輸出 返回 減小占空比 過電流 輸出電壓判斷 Y N 大 相等 增大占空比 小 19 結束語 本手機充電器 系統(tǒng)的設計分為硬件電路設計和程序設計兩個部分，硬件電路設計屬于前期的主要工作， 通過方案論證與可