1、花盆式太阳能手机充电器的研发花盆式太阳能手机充电器的研发毕业设计花盆式太阳能手机充电器的研发花盆式太阳能手机充电器的研发 摘要太阳能相对于其他的能源，是可再生的，永远也用不完，其他能源资源稀缺有限，随着化石能源的日益枯竭、人们对环境保护问题的重视程度也在不断提高，寻找洁净的替代能源问题变得越来越迫切。太阳能作为一种可再生能源它具有取之不尽、用之不竭和清洁安全等特点，因此有着广阔的应用前景，光伏发电技术也越来越受到人们的关注，随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展，太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡。通过太阳能电池板将太阳能转换为电能，有单片机编程实现PWM波控制开关管从
2、实现输出电压电流的改变，通过显示电路显示输出状态及大小，由ADC0809实现数据的采集及转换并传给单片机做判断处理，从而实现电路的智能输出与控制。通过BUCK电路给蓄电池充电，蓄电池将太阳能电池板所发出的电能存储起来，同时利用单片机控制整个系统的工作状态对蓄电池起到过充电保护、过放电保护，最后，通过USB接口将稳定直流电供给手机。另外，外观设计为盆栽树状以确保太阳能电池板采光充足。充电过程中采用LED灯、数码管指示，系统中设计有完备的过流过压保护，避免因电池过度充电而损坏，并且充电器采用模块式结构和USB接口，可对手机，MP3、摄像机等多种数码产品充电。当光线不够强时，指示灯不亮，蓄电池为手机
3、充电，光线足够强时，指示灯亮，太阳能电池板供电，同时可为充电电池充电。软件的设计采用模块化设计方法，分为主程序部分、数码管显示模块、AD转换采集模块以PWM脉冲宽信号产生模块等。关键词 太阳能，单片机，BUCK变换器 AbstractSolar relative to other energy, is a renewable, never exhaustless, other energy resources are scarce limited ，Increasing depletion of fossil energy, its emphasis on environmental prot
4、ection are also rising, look for clean alternative energy issues become 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
5、 continue to lower prices and photovoltaic technology, solar PV systems will gradually supplement the energy from the current transition to alternative energy. Convert solar energy into electric energy through the solar cell board, a microcontroller programming PWM wave to control the switch from th
6、e realization of output voltage and current changes, through the display circuit shows the output state and size, are implemented by ADC0809 acquisition and conversion of data and transmit it to the microcontroller judgment processing, so as to realize the intelligent output and control circuit.The
7、BUCK circuit to charge the battery through the battery, the electricity generated by solar panels can be stored, and the use of single-chip microcomputer to control the working state of the whole system played a battery charging protection, over discharging protection, finally, through the USB inter
8、face will be stable DC power supply mobile phone. In addition, designs for potted tree to ensure that the solar panel lighting adequate. The LED light, the charging process of LED, system design has been through the complete pressure protection, avoid excessive battery charging and damage, and the c
9、harger adopts modular structure and USB interface, the mobile phone, charging MP3, cameras and other digital products. When the light is not strong enough, the indicator light does not shine, the battery for mobile phone charging, light is strong enough, the indicator lights, solar panels to power,
10、also can charge the rechargeable battery. Software design adopts module design method, divided into the main part of the program, digital tube display module, AD conversion module generating module with PWM pulse width signal. Key words solar energy,battery single chip, intelligent, BUCK converter 目
11、录摘要 - I -Abstract -II-1 引 言 - 4 -1.1 太阳能充电器的研究背景 - 4 -1.2 太阳能充电器的优点 - 4 -1.3 硅太阳能电池及参数 - 5 -1.4 本课题研究的主要内容 - 5 -2 太阳能手机充电器硬件设计 - 5 -2.1表面硬件设计 - 6 -2.2 系统总体设计方案 - 6 -2.3 太阳能电池板的选用及参数 - 7 -2.4 LM7805应用 - 8 -2.5 单片机电路 - 9 -2.6 按键指示电路及实现 - 10 -2.7 数码管显示电路 - 11 -2.8 BUCK斩波电路 - 12 -2.9 电压电流的A/D采集 - 13 -3.
12、0 MAX471介绍及工作原理 - 15 -3 汇编源程序的设计实现 - 15 -3.1 系统整体程序框架 - 15 -3.2 电路启动初始化 - 16 -3.3数码管显示子程序 - 17 -3.4充电子程序的设计 - 18 -3.5 按键采集程序 - 19 -3.6 数据采集及模数转换程序 - 20 -3.7电源子程序的设计 - 21 -结论 - 23 -致 谢 - 24 -参考文献 - 25 -附录 A1.1 - 26 -附录 A1.2 271 引 言1.1 太阳能充电器的研究背景由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和能源短缺，由于电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日
13、益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，全球能源日益紧张和环境的污染越来越严重，人类对新能源的需求迫在眉睫。人类要生存社会要发展，必须加大绿色可再生能源的利用。越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接产生电能，不需要消耗燃料和水等物质，使用中不释放包括二氧化碳在内的任何气体，是对环境无污染的可再生能源。这对改善生态环境、缓解温室气体的有害hk 作用具有重大意义。目前，太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵
14、的输电线路。但是，从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光电转换装置的发明，各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。1.2 太阳能充电器的优点 多功能太阳能充电器相对于其他的能源，是可再生的，永远也用不完，其他能源的话，一个是资源稀缺有限，第二个要花很多钱，多功能太阳能充电器的话，是真正不花钱的，一年的维护费用相当于普通能源的10%左右，所以在节能、经济、安全方面，多功能太阳能充电器都有它的好处。太阳能充电器与常规充电器相比有以下三大优点：第一：特别适用于应急场合当您在野外作业或旅游,
15、或者遇到停电时,太阳能环保充电器将使您的手机(笔记本)随时随地处于工作状态,让您不间断的与您的朋友和家人保持联系. 第二：太阳能充电器使用绿色能源太阳能，不仅可以环保、节能而且更安全第三：使用方便无论何时何地,您都可以极为方便的给您的手机(笔记本 )充电。1.3 硅太阳能电池及参数硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为1
16、0%。非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。硅太阳能电池片常用的为单晶125大倒角，其尺寸为125mm*125mm，对角线150mm，功率Pmax2.60W，工作电压Vm0.523V，工作电流Im4.934A，开路电压Voc0.629V，短路电流Isc5.285A。太阳能电池可根据电压大小需要，由不同数量的太阳能电池片组成，其转换效率受光照、温度、太阳电池晶体类型及制造工艺等影响，2010年中国平均效率为17.2%。常见的太阳能电池电压有3V、6V、9V、12V、18V、32V、4
17、8V等，更大的用于太阳能电厂发电项目1.4 本课题研究的主要内容本充电器通过太阳能电池板将太阳能转化为电能, 通过BUCK电路给蓄电池充电，蓄电池将太阳能电池板所发出的电能存储起来，同时利用单片机控制整个系统的工作状态对蓄电池起到过充电保护、过放电保护，最后，通过USB接口将稳定直流电供给手机。另外，外观设计为盆栽树状以确保太阳能电池板采光充足。充电过程中采用LED灯、数码管指示，系统中设计有完备的过流过压保护，避免因电池过度充电而损坏，并且充电器采用模块式结构和USB接口，可对手机，MP3、摄像机等多种数码产品充电。当光线不够强时，指示灯不亮，蓄电池为手机充电，光线足够强时，指示灯亮，太阳能
18、电池板供电，同时可为充电电池充电。软件的设计采用模块化设计方法，分为主程序部分、数码管显示模块、AD转换采集模块以PWM脉冲宽信号产生模块等。2 太阳能手机充电器硬件设计2.1表面硬件设计 结构：圆形太阳能电池板，塑料花盆外壳、USB接口及、充电电路及其他附属结构2.2 系统总体设计方案图1 系统总体设计方案太阳能电池在使用时由于太阳光的变化较大，其内阻又比较高，因此输出电压不稳定，输出电流较小，这就需要用充电控制电路将电池板输出的直流电压变换后供给电池充电。当光线条件适宜时，通过太阳能电池板吸收太阳光，将光能转换为电能。由于充电器多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如果不及时停止会使电池发
19、烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。这就需要一个复杂的控制系统，51系列单片机时当前使用最为广泛的8位单片机系列，其丰富的开发资源和较低的开发成本，是51系列单片机现在以至将来都会有强大的生命力。本系统将采用8051做为充电电路的控制器，从而以较低的成本轻松实现复杂的充电智能控制，同时也可以为其他小型电子产品提供洁净的直流电源。本系统总体设计方案如图1所示，通过太阳能电池板将太阳能转换为电能，由单片机编程实现PWM波控制开关管从而实现输出电压电流的改变，通过显示电路显示输出状态及大小，由ADC0809实现数据的采集及转换并传给单片机做判断处理，从而实现电路的智能输出与控制。2.3 太阳能电池板
20、的选用及参数名称：胶封圆形太阳能电池板规格：无电池片原料:采用高效率单晶太阳能电池片封装方式: 环氧树脂A/B胶(又名：EPOXY滴胶工艺)PCB板料: 采用绝缘环保抗变形硬纸板与玻纤板材功率范围: 0.05W至5W、 电压:0.5至36V、电流：25至8000mA产品限期：昼夜条件25000小时寿命。室外测试条件，太阳能滴胶板太阳能电池板，其实也是多晶/单晶环氧树脂封装太阳能电池板。外层封胶采用高透明度(EPOXY)环氧树脂胶料，高强度抗变形的PCB板（硬纸板与玻纤板材）； 125/156等各种规格多晶/单晶太阳能电池片；符合环保工艺要求。抗紫外线，耐黄变。（空载模拟室光检测于401000L
21、ux 25）使用按实际情况或与成品开发商相配套. 太阳能滴胶板小组件电性能由客户自由选择，或客户提供相应的参数及所需产品的用处，由本公司协助制作，方便快捷。用高强度的纸板或玻纤板，抗老化环氧树脂胶烘烤而成，具有制作方便，体积小，重量轻等特性。产品符合国际标准ROHS检测权威认证。 1.专业生产太阳能电池板、钢化玻璃板、滴胶板、PET板，太阳能发电系统，太阳能灯等。 2.可根据客户需求定制不同规格的太阳能电池板，外形可根据客人要求设计采取：方形、圆形、梯形、环形、三角形、多边形等等；小功率太阳能电池板功率范围:0.01W-6W 电压:0.5V-36V。确保用户所需理想的各种太阳能电池板产品大量应
22、用于太阳能灯具、太阳能充电器、太阳能玩具、太阳能发电系统，太阳能发电站、移动电源及电子工艺品，儿童玩具、灯饰、小型圣诞礼物，MP3，MP4，道丁，花园灯，庭院灯，玩具飞机，玩具车，太阳能手电筒，太阳能充电器等上面都能应用太阳能电池最大功率：2.4 LM7805应用单片机电源电路的设计以三端集成稳压器LM7805为核心，它属于串联稳压电路，其工作原理与分立元件的串联稳压电源相同。图2是三端稳压集成电路LM7805的典型应用电路，三端集成稳压器设置的启动电路，在稳压电源启动后处于正常状态时，启动电路与稳压电源内部其他电路脱离联系，这样输入电压变化不直接影响基准电路和恒流源电路，保持输出电压的稳定。
23、电路中Ci的作用是消除输入连线较长时其电感效应引起的自激振荡，减小纹波电压，取值范围在0.1F1F之间，本文Ci选用0.33F；在输出端接电容Co是用于消除电路高频噪声，改善负载的瞬态响应，一般取0.1F左右，本文Co即选用0.1F。一般电容的耐压应高于电源的输入电压和输出电压。另外，为避免输入端断开时Co从稳压器输出端向稳压器放电，造成稳压器的损坏，在稳压器的输入端和输出端之间跨接一个二极管，对LM7805起保护作用。LM7805输入电压为8V到36V，最大工作电流1.5A，具有输入电压范围宽，工作电流大，输出精度高且工作及其稳定，外围电路简单等特点，太阳能电池电压即使有较大的波动，也能稳定
24、的输出5V电压，从而是单片机等控制电路正常工作，且成本低。图2 LM7805典型应用电路2.5 单片机电路8051单片机引脚功能介绍首先我们来连接一下单片机的引脚图，如果，具体功能在下面都有介绍。单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。 电源: VCC - 芯片电源，接+5V; VSS - 接地端; 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线:控制线共有4根， ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
25、 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RST(Reset)功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。引脚图及引脚功能51单片机引脚图及引脚功能拿到一块芯片，想要使用它，首先必须要知道怎样连线，我们用的一块称之为89C51的
26、芯片，下面我们就看一下如何给它连线。1、 电源：这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V电源，其中正极接40管脚，负极(地)接20管脚。2、 振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须供给脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。只要买来晶体震荡器，电容，连上就能了，按图1接上即可。3、 复位管脚：按图1中画法连好，至于复位是何含义及为何需要复要复位，在单片机功能中介绍。4、 EA管脚：EA管脚接到正电源端。 至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。本系统单片机主要完成的任务是控制数据的采集过程，并将采集到的数据经过分析处理后生成PWM脉宽调制信号
27、控制开关管的导通与关断，从而控制输出大小。具体工作过程是上电复位，首先查询键盘，确定充电器功能，确定后继续查询键盘以确定输出电流大小，或作为普通电源的输出电压，然后转入相应子程序并分析计算PWM占空比，开始输出电流或电压，并将数据送至显示电路显示。在输出过程中通过单片机定时器定时检测输出电流或电压，与设定值比较后调节PWM占空比，使输出趋于设定值。在电池充电过程中，通过检测电流大小而确定电池充电多少，从而改变充电方式或决定是否停止充电。通过单片机编程实现了充电过程的智能控制，而且大大简化了硬件电路设计，由于单片机良好的可重用性，如果需要改变电路工作状态或电路参数，只需简单的修改程序即可实现，从
28、而使电路的升级改造变得简单易行。2.6 按键指示电路及实现在单片机应用系统中，按键主要有两种形式：1、独立按键；2、矩阵编码键盘。独立按键的每个按键都单独接到单片机的一个I/O口上，独立按键则通过判断按键端口的电位即可识别按键操作；而矩阵键盘通过行列交叉按键编码进行识别。在本设计中由于按键不是太多，故采用独立按键法，这样可以减小编程的难度，图3为本设计的按键接线图。图3 按键接线图对电路总体考虑后，将ADC0809采集电路接在了单片机的P0口，并用P2口做采集控制，这样P0口仅用接收数据，不用发送数据，有P0口的硬件构成知道，其做输出的话需接上拉电阻，做输入的不用接，这样整体上减少了电路的硬件
29、开支，而P3口要做串口传输等工作，所以在本电路中将按键接在P1口，其中P1.0是数字减键，P1.1为数字加键，P1.2键位确定键，P1.3为过电流保护指示灯，P1.4、P1.5为输出功能选择键，按下P1.4代表给手机电池充电，按下P1.5则做普通直流电源使用，其中5V输出可直接用USB连接线给手机充电，电池充电控制则有手机提供。2.7 数码管显示电路MCS-51单片机内有一个串行IO端口，通过引脚RXD和TXD可与外部电路进行全双工的串行异步通信，发送数据时由TXD端送出，接收时数据由RXD端输入。串口有四种工作方式，通过编程设置，可以使其工作在任一方式以满足不同的场合。其中，方式0是8位移位
30、寄存器输入输出方式，多用与外接移位寄存器以扩展IO端口。串口的工作方式可以参看相关的书籍，此处不做详细介绍。方式 0的输出是8位串行数据，通过移位寄存器可将8位串行数据变成8位并行数据输出，也可以将外部的8位并行数据变成8位串行数据输入。因此外接一个移位寄存器就可扩展一个8位的并行输入输出接口，如果想多扩展几个并口就需要在外部级连几个移位寄存器。本设计采用基于串口的LED数码管静态显示电路，在串口扩展中最常用的就是基于串口的LED数码管显示电路。在单片机应用系统中，LED数码管的显示常用两种方法：静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的IO接口用于笔划
31、段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时,再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中CPU的开销小。可以提供单独锁存的IO接口电路很多，常用的就是通过串口外接串并转换器74LS164，扩展并行的IO口。需要几个数码管就扩展几个并行接口，数码管直接接在74LS164的输出脚上，单片机通过串口将要显示数据的字形码逐一的串行移出至74LS164的输出脚上数码管就可以显示相应的数字。图4 数码管驱动电路单片机8051的串口外接1片74LS164作为LED显示器的静态显示接口，把单片机的RXD作为数据输出线，TXD作为移位时钟脉冲。Q0-Q7(第3
32、6和1013引脚)并行输出端分别接LED显示器的DP-A各段对应的引脚上。本设计设计采用的是共阳极数码管，因而各数码管的公共极接电源VCC，本电路有LM7805提供，并采用三只串联的二极管降压，而非电阻降压，这样保证个数码段的亮度一致。要显示某字段则相应的移位寄存器74LS164的输出线必须是低电平。当有按键按下时，有单片机处理编码后送到数码管上显示。2.8 BUCK斩波电路DC/DC变换器广泛应用于便携装置（如笔记本计算机、蜂窝电话、PDA等）中。它有两种类型，即线性变换器和开关变换器。开关变换器因具有效率高、灵活的正负极性和升降压方式的特点，而备受人们的青睐10。DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩
