基于单片机的太阳能充电器本科毕业设计.docx
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基于单片机的太阳能充电器本科毕业设计
本科生毕业设计
便携式太阳能充电器
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便携式太阳能充电器
摘要
16到20世纪，随着工业革命的兴起，科学技术的不断进展，人们对自然界中化石能源的索取速度愈来愈快、数量愈来愈多。
与此同时，化石能源的燃烧关于自然界的生态环境造成了难以弥补的破坏。
作为可再生能源，太阳能有着广漠的应用前景，能够成为移动设备供电的有吸引力的能源。
当咱们外出或旅行时，常常因为电话没电所带来的麻烦而苦恼，但又不能及时找到能够充电的场所，阻碍了电话的正常利用。
为了解决这一问题，本毕业设计介绍一种便携式的太阳能电话充电器，利用单片机操纵，实现对移动设备充放电的自由与智能操纵。
与常规的充电器相较，太阳能充电器必将因为便携式而取得久远的进展。
关键词：
能源；太阳能；电池；单片机；便携式
PortableSolarChargerbasedonMicrocontroller
Abstract
From16to20century,withtheriseofindustrialrevolutionandcontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,peopledemandalargequantityoffossilenergywithincreasingspeed.Atthesametime,theburningoffossilenergyhascausedirreparabledamagetotheenvironment.Asarenewableenergy,solarenergyenjoysbroadapplicationprospect.Solarpowerisattractive,becauseitsuppliespowerforportabledevices.Whenwegooutortravel,weareoftenbotheredbythefailingpowerofcellphone.Andwecan’tfindplacestochargeintime,whichaffectsthenormaluseofmobilephone.Inordertosolvethisproblem,thisthesiswillintroduceatypeofportablesolarmobilecharger,usingsingle-chipmicrocomputersothatthechargeanddischargeofmobiledevicescanbefreelyandintelligentlycontrolled.Comparedwiththeconventionalcharger,solarenergychargerwilldefinitlyhavealong-termdevelopmentforitsportabletype.
Keywords:
energy;solarenergy;battery;intelligent;portable
1.绪论1
太阳能充电器的研究背景1
太阳能充电器的优势1
本课题研究的要紧内容2
2.硬件设计3
整体方案的设计3
太阳能光伏发电系统简介4
太阳能电池参数及选用标准4
51系列单片机处置器5
稳压器件的选择6
电压电流的A/D搜集7
ACS712的选用9
按键电路的选择及设计10
数码管显示电路的设计11
3.软件设计13
系统整体程序框架13
电路初始化程序13
键盘子程序13
数码管显示子程序14
数据搜集及模数转换程序15
充电子程序的设计15
电源子程序的设计16
参考文献18
终止语19
致谢20
附录一：
主电路图21
附录二：
汇编源程序22
1.绪论
太阳能充电器的研究背景
人口的增加与能源的欠缺之间的矛盾一直都是现代社会面临的难题，在一些进展中国家尤其突出，固然，关于咱们中国那个人口最多的进展中国家尤其突出。
一些能源专家以为，在众多可再生能源中，太阳能不但取之不尽，而且清洁平安，是理想的可再生能源。
我国的太阳能资源比较丰硕，而且国家最近几年来在太阳能的研利用上投入了较多的精力，在以后的几十年里，太阳能光伏发电的进展潜力庞大。
太阳能的利用要紧有两大方向，一是把太阳能转化为热能，另一个确实是将太阳能转化为电能，其中重点是后者。
理论上，只要需要电源的场合都能够用取得光伏发电技术，大到航天器，小到玩具。
目前，光伏发电产品要紧用于三大方面：
一是为无电场合提供电源，要紧为新疆西藏等一些无电地域生活生产提供电力；二是日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯等；三是并网发电。
专家预测，到本世纪后期，太阳能发电将活着界电能结构中占据80%的位置。
一段时刻以来，太阳能一直被普遍地用于高新科技产业。
但是随着光伏发电技术的成熟，太阳能的利用已经走进了千家万户。
近段时刻，人们正考虑把太阳能用于范围更宽广的消费电子应用。
太阳能充电器便应运而生了。
太阳能充电器的优势
便携式太阳能充电器相关于其他的能源，在便利性、节能、智能、平安方面，太阳能充电器与常规充电器相较，有以下优势：
（1）、适用于各类户外场合。
当您在户外作业、旅行时,只需要把便携式太阳能充电器放置在一个有阳光的地址，即能够为电话等移动设备提供电源，从而保证与外界的信息畅通，是喜爱旅行、常常出差、野外作业的人士的不贰选择；
（2）、能源的供给来自太阳能。
不仅以绿色能源作为供给源，而且光伏发电设备极为精炼，靠得住稳固，安装保护简便；
（3）、拥有单片机充分的智能性。
不仅具有完善的电压电流检测爱惜电路，并通过显示电路显示出电路状态，而且能够通过六个功能键灵活的选择电路的电压电流输出，能够为不同的电子产品提供电源；
（4）、利用方便。
不管何时何地,您都能够极为方便的对您的移动设备进行充电。
固然，在太阳能充电器的能源搜集的利用也存在分散、不稳固、效率低和本钱高的不利条件，可是，随着科技的进展和人们理念问题的转变，太阳能的完美进展将呈此刻咱们眼前。
本课题研究的要紧内容
便携式太阳能充电器在阳光下，通过光能转换为电能并通过操纵电路把光能产生的电能对移动电子产品进行充电。
本毕业设计所研究的便携式太阳能充电器工作原理为：
第一将太阳能转化为电能，以后通过DC/DC变换电路处置后，由充电电路为负载供电。
作为平安性的电池，目前聚合物锂电池的充电方式一样为恒流恒压充电：
第一以稳固电流充电，当电池电压升高至必然值时，电路状态改成稳固电压充电，以后电流慢慢降低至零，充电完成。
利用单片机进行智能操纵，采纳模块式结构和USB接口，通过对输出电流电压的调剂，可对电话等电子产品进行充电，并能在电池充电完成后自动停止充电。
2.硬件设计
整体方案的设计
考虑整体因素，一方面太阳光因时刻问题参数转变较大，另一方面太阳能电池在利历时内阻高，致使输出电压不稳固和输出电流较小等问题。
因此，需要一个能起到稳固电压电流的元件作为充电电路的中介—7805。
现在的电子产品的研发和生产已经进入了智能化时期，理所固然的，本设计的便携式移动太阳能充电器也要做到智能化。
本设计中将采纳AT89C51单片机做为充电电路的操纵器，从而实现充电进程的智能化。
并由ADC0809实现数据的搜集及转换，由AT89C51单片机进行处置，实现电路的智能输出与操纵。
而且，在电路中加入按键和显示电路，将电路的整体性能提升到一个较高的品级。
图2-1为系统设计整体方案示用意。
ADC0809
DC/DC变换
显示
按键
89C51
太阳能电池板
移动设备电池
7805稳压中介
图2-1系统设计整体方案示用意
太阳能光伏发电系统简介
太阳能光伏发电是直接将太阳能转换为电能的发电形式。
在太阳的光照下，单元太阳能电池组件能产生必然的电动势，通过单元组件的串并联组成太阳能电池方阵，以达到系统输入电压的要求。
通过智能操纵器对移动设备进行直接充电或对蓄电池进行充电以备不时之需。
目前，太阳能光伏发电技术的应用已参军事、航天等高新科技领域走进平民百姓的视野。
而且在西藏等地域关于电能的传输较内地更为麻烦，关于太阳能的搜集有更高的优势，因此能够取得更好的应用。
从久远的目光来看，随着太阳能电池制造技术的进展和光伏发电装置性能的不断完善，必将为人类大规模地利用太阳能提供广漠的市场，太阳能的利用也必然会占据愈来愈重要的地位。
太阳能电池参数及选用标准
依照太阳能电池板所用材料的不同可分为：
（1）硅太阳能电池；
（2）无机盐多元化合物为材料的太阳能电池，如砷化镓III-V，硫化镉，铜铟硒等；
（3）功能高分子材料（有机半导体）太阳能阳能电池；
（4）纳米晶太阳能电池。
在此设计中，咱们采纳的是硅太阳能电池。
表2-1为硅太阳能电池分类与简介：
表2-1硅太阳能电池分类与简介
电池类型
实验室转换效率
生产转换效率
性能
单晶硅太阳能电池
%
15%
效率高于非晶硅薄膜电池
多晶硅薄膜太阳能电池
18%
10%
效率高于非晶硅薄膜电池
非晶硅薄膜太阳能电池
15%
8%
成本低重量轻，稳定性不高，转换效率较高
太阳能电池板是太阳能供电系统工作的基础，其功能是将太阳光的能量转化为电能以知足人们的各项要求。
该设计采纳模块组合，将太阳能板进行串、并联以达到具有必然要求的输出电流和输出电压的一组光伏电池。
考虑市面上各类移动设备的需求不等，采纳八块相同参数太阳能电池板进行串、并联，所选用的太阳能电池板技术参数指标如表2-2所示：
表2-2太阳能电池板技术参数指标
项目
参数
实测max
尺寸
120mm×45mm
峰值电压
6V
峰值电流
100mA
450mA
标称功率
5W
实际输出可依照不同的被充电对象进行滑腻调整。
51系列单片机处置器
51系列单片机作为现今利用最为普遍的处置器具有明显的优势，综合各方面因素，本设计采纳采纳51系列单片机AT89C51。
图2-2为AT89C51的引脚排列图。
图2-2单片机引脚排列
本设计中单片机的要紧任务是通过计算，对电池板最大输出功率进行寻觅和确信充电电池的充电状态。
因此所要做的工作有两个，一是通过采样电路实时搜集太阳能电池板的输出电压和电流，二是将搜集到的数据通过度析处置后，生成PWM脉宽调制信号并与预设置的信号进行对照，以此操纵开关管的导通与关断用来调剂脉宽的增大获减小，从而实现智能操纵输出电压和电流的大小。
单片机最大的益处是能够重复利用和修改电路工作状态方便，而且简化了硬件电路设计。
稳压器件的选择
在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，性能稳固，利用方便等优势，因此取得普遍应用。
由于本电路设计需要5V的输出电压，应选择三端稳压器7805.
7805是经常使用的三端稳压器，一样利用的是TO-220封装，能提供5V的直流输出电压，内置电源爱惜电路。
当利用外围器件时，能够提供不同的输出电压和电流。
图2-3三端稳压集成电路7805的引脚及封装图
单片机电源电路的设计以三端集成稳压器7805为核心，属于串联稳压电路，图2-3是三端稳压集成电路7805的引脚及封装图。
7805具有输入电压范围宽、工作电流大、输出精度高、工作及其稳固和外围电路简单等特点，即便太阳能电池电压有较大的波动，也能稳固的输出5V电压，从而为整个电路的正常运行提供了保障。
电压电流的A/D搜集
电路中设计了多功能电压电流输出，而且配带显示器，故应在电路中加入数模转换元件。
一方面需要对数据搜集以调剂适合的输出电压和电流，另一方面进行完整的电压电流输出显示。
ADC0809是一个比较具有代表性的数模转换元件，在现实生活生产中利用较为普遍。
ADC0808是ADC0809的简化版本，功能大体相同。
由于在Proteus中ADC0809没有仿真模块，故不能利用ADC0809进行仿真，因此一样在硬件仿真时采纳ADC0808进行A/D转换，但在实际工业生产时采纳ADC0809进行A/D转换。
故在此设计当选择ADC0808进行仿真。
图2-4为ADC0808的引脚图。
图2-4ADC0808的引脚结构
ADC0808各脚功能如下：
IN0-IN7：
8位模拟量输入引脚。
GND：
地。
VREF（+）：
参考电压正端。
VREF（-）：
参考电压负端。
START：
A/D转换启动信号输入端。
ALE：
地址锁存允许信号输入端。
EOC：
转换结束信号输出引脚
OE：
输出许诺操纵端，用以打开三态数据输出锁存器。
CLK：
时钟信号输入端。
A、B、C：
地址输入线。
通道选择表如下表所示。
表2-3通道选择表
C
B
A
选择的通道
0
0
0
IN0
0
0
1
IN1
0
1
0
IN2
0
1
1
IN3
1
0
0
IN4
1
0
1
IN5
1
1
0
IN6
1
1
1
IN7
在设计中，START和EOC两个信号的作用是启动A/D转换。
ADC0808转换完成的数据发送至AT89C51的P2口，然后由AT89C51进行处置以便电路的各项参数进行调剂。
ACS712的选用
在大多数的电子产品电路中，直交流的电流精准测量一直是个难题，为此各类测量元件蜂拥而出。
设计初期，本人选择的是MAX471测量元件，由于在利用的仿真软件Proteus中没有元件模板，而且进行封装的话，各项参数不行设置，故利用另外一个测量元件ACS712，而且ACS712能够为大多数情形下的直交流测量提供一个专门好的解决方案。
图2-5为ACS712的引脚图。
图2-5ACS712引脚图
如图2-5为ACS712引脚图，ACS712具有以下优势：
（1）、封装轻便，在各类电路上利用方便。
能够应用在电动机操纵等电路上；
（2）、具有精准的低偏置线性霍尔传感器电路，在电路的应用中便于操纵盒检测；
（3）、具有较低的功率损耗（内电阻一样情形下为Ω）；
（4）、接线端与传感器引脚之间电断气缘。
适用于一些对电断气缘要求较高的设备。
在本设计中，利用ACS712来检测充电电流，通过D/C转换通道精准测出充电电流，完成预充电到正常充电再到浮充的全自动智能充电进程。
按键电路的选择及设计
由于本电路设计实现功能较多，故在电路中加入了六个按键，别离实现电路的输出功能选择键（为移动设备充电和作为直流电源）、数字加减键、确信键和过电流爱惜指示灯功能，在本电路中，将按键接在P1口。
图2-6按键接线图
在单片机应用系统中，按键要紧有两种形式：
（1）、独立按键：
每一个按键都单独接到单片机的一个I/O口上；
（2）、矩阵编码键盘：
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，故采纳独立按键法，如此能够减小编程的难度，图2-6为本设计的按键接线图。
由P0口的硬件组成可知，若是P0口做输出的话那么需要接上拉电阻，以后再与按键连接起来。
在实际工作中还需考虑按键的抖动问题，因此在电路的软件编程中按键部份必需加入延时程序以保证电路的准确性。
数码管显示电路的设计
综合各类因素，本设计采纳LED数码管静态显示电路,每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口。
单片机只需要把要显示的字形代码发送到接口电路，直到有新的数据要显示时,再发送新的字形码能够了。
如此能够是cpu的负荷减少到最小。
图2-7数码管驱动电路
在实际电路需要一个中介作为LED显示器的静态显示接口以便连接在AT89C51上。
在通过考虑以后，能够选用74HC164实现此功能。
图2-7为数码管驱动电路。
数码管在单片机内0-9所对应的字型码别离是：
01H，4FH，12H，06H，4CH，24H，20H，0FH，00H，04H。
3.软件设计
系统整体程序框架
设计电路整体工作要紧由单片机程序操纵实现。
其工作进程为：
电路初始化，输出功能选择，选择确信输出电流电压，为移动设备充电直至完成，程序整体框架如图3-1所示。
图3-1程序整体框架流程
电路初始化程序
初始化是每一个具有单片机电路开始工作的必需的工作，要紧完成以下工作：
（1）、清片内ram，进行上电复位操作；
（2）、置初始参数设定，以利系统的工作；
（3）、设置系统运行所需的各个参数；
（4）、返回执行充电任务。
键盘子程序
键盘子程序要紧作用是检测开关是不是处在有效的开关状态，而且在确信程序运行后判定应执行那个充电状态。
通常所用的按键为轻触机械开关，因机械触点在闭合及断开的刹时均伴随有连续串的抖动，一样为5ms～20ms，因此读取端口后要做必然的延时以排除键抖引发的误动作。
图3-2为按键子程序结构流程图。
图3-2按键子程序结构流程图
数码管显示子程序
开机时，需要先进行初始化数码管。
如图3-3为数码管显示子程序。
图3-3数码管显示子程序结构流程图
当要显示某字符时，片内工作为：
把第一把起始地址送入DPTR中作为基址，然后将缓冲区内的数据作为偏移量送入变址寄放器A，执行查表指令“MOVCA，@A+DPTR”，那么累加器A中取得的结果即对应数字的字形码。
数据搜集及模数转换程序
数据搜集及数模的转换要紧ADC0808完成，然后传递给AT89C51进行数据的处置后产生预期的成效。
程序流程如图3-4所示。
图3-4数据搜集子程序结构流程图
充电子程序的设计
现在的电子产品电池规格不一，可是大多数都是采纳锂离子聚合物电池作为新一代平安性电池。
这种设备都是采纳恒压恒流充电，第一是恒流充电，当充电电压达到时转入第二时期，即恒压充电方式，现在充电电流慢慢降低到零，那么表示电池完全充满。
充电子程序流程图如图3-5所示。
图3-5充电子程序结构流程图
电源子程序的设计
本设计的便携式太阳能充电器与传统充电器相较较，具有完善的过电流智能爱惜，而且能够选择输出为充电电源仍是直流电源。
充电子程序流程图如图3-6所示。
图3-6电源子程序结构流程图
参考文献
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终止语
忙碌了两个月，我的毕业设计课题也终将告一段落。
点击运行，也大体达到预期的成效。
但由于能力和时刻的关系，也仍是有很多不尽人意的地址，比如功能不全、底层代码的不合理等。
本设计的基于单片机的便携式太阳能充电器大部份原材料来自于书籍和网络，通过自己的整理和改善而成。
大体上分为硬件和软件两个部份，但也有自己的创新的地址，例如流程图的绘制、将一些已通过时的元器件改换为加倍现代化的替代产品和源代码的编程改动等等。
另外，在整个设计进程中，我感觉能够从以下几个方面改良，一是采纳液晶显示器，能够是实物整体表现出加倍人性化的体验，但在总的价钱方面将会有所增加，二是PWM产生能够由独立芯片完成，不仅减轻单片机的负担，而且能够提高电路输出精度。
从进展前景上看，太阳能的利用在以后的进展
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