基于單片機(jī)的太陽能充電器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 論論 文文 題 目： 基于單片機(jī)的太陽能充電器的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 電氣與信息工程 專 業(yè)： 自動(dòng)化 姓 名： 杜 xx 學(xué) 號(hào)： 0924092xx 指導(dǎo)老師： 李老師 完成時(shí)間： 2013 年 06 月 03 日 摘 要 化石能源的日益枯竭、人們對(duì)環(huán)境保護(hù)問題的重視程度也在不斷提高，尋找 潔凈的替代能源問題變得越來越迫切。太陽能作為一種可再生能源它具有取之不 盡、用之不竭和清潔安全等特點(diǎn)，因此有著廣闊的應(yīng)用前景，光伏發(fā)電技術(shù)也越 來越受到人們的關(guān)注，隨著光伏組件價(jià)格的不斷降低和光伏技術(shù)的發(fā)展，太陽能 光伏發(fā)電系統(tǒng)將逐漸由現(xiàn)在的補(bǔ)充能源向替代能源過渡。 使用手機(jī)的人都有

2、過這樣的經(jīng)歷，外出或旅游時(shí)電池突然沒電了，因不能及 時(shí)找到或沒有 220v 市電而無法給手機(jī)充電，影響了手機(jī)的正常使用。為了解決 這一問題，本課程設(shè)計(jì)介紹一種多用太陽能手機(jī)充電器，利用單片機(jī)控制，將太 陽能經(jīng)過電路變換為穩(wěn)定直流電給手機(jī)充電，并能在電池充電完成后自動(dòng)停止充 電，還可作為一般直流電源使用，從而擺脫對(duì)市電的依賴而獲得通信的自由。與 常規(guī)的充電器相比，太陽能充電器有著明顯的優(yōu)勢(shì)。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：太陽能電池板，單片機(jī)， buck 變換器，光伏發(fā)電技術(shù) abstract increasing depletion of fossil energy, its emphasis on env

3、ironmental protection 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, wit

4、h 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

5、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 multi-purpose solar charger, use mcu control, will transform solar energy through the circuit to stabilize the d

6、irect 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 communication. compared with the conventional charger, solar charger has a clear advantage. key

7、 words: solar energybattery, single chip, buck converte，solar energy 目錄 摘 要.i abstract.ii 目錄.iii 1 緒論.1 1.1 本課題的研究背景及現(xiàn)狀.1 1.2 課題設(shè)計(jì)思想.1 1.3 論文結(jié)構(gòu).2 2 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).3 2.1 設(shè)計(jì)方案一.3 2.2 設(shè)計(jì)方案二.4 2.3 基于單片機(jī)的太陽能充電器的設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案.5 3 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).6 3.1 太陽能電池板的選用.6 3.2 lm7805 穩(wěn)壓電路.7 3.3 充電主電路的設(shè)計(jì).8 3.4

8、 信號(hào)采集處理電路.9 3.5 單片機(jī)選型.9 3.6 單片機(jī)stc89c52 介紹.10 3.7 單片機(jī)電路.12 3.7.1 單片機(jī)復(fù)位電路.12 3.7.2 單片機(jī)時(shí)鐘電路.12 3.7.3 單片機(jī) a/d 轉(zhuǎn)換電路.13 3.7.4 按鍵電路.14 3.7.5 數(shù)碼管顯示電路.15 3.8 鋰電池充電原理.16 4 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).17 4.1 設(shè)計(jì)思想.17 4.2 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的整體程序設(shè)計(jì).18 4.3 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的子程序的設(shè)計(jì).19 4.3.1 電路啟動(dòng)初始化.19 4.3.2 按鍵采集程序.20 4.3.3 數(shù)據(jù)采集及

9、模數(shù)轉(zhuǎn)換程序.21 4.3.4 數(shù)碼管顯示子程序.22 4.3.5 充電子程序的設(shè)計(jì).22 4.3.6 電源子程序的設(shè)計(jì).24 5 仿真與調(diào)試.25 5.1 充電電路仿真.25 5.2 電流采樣處理電路仿真.25 5.3 系統(tǒng)做直流電源使用時(shí)電路仿真圖.26 5.4 系統(tǒng)做充電器使用時(shí)仿真結(jié)果.27 6 總結(jié)與展望.29 參考文獻(xiàn).30 致謝.31 附錄 a 整體電路圖.32 附錄 b 整體程序.33 1 緒論 1.1 本課題的研究背景及現(xiàn)狀 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(guó) 際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來越多的國(guó)家開始實(shí)行“陽光計(jì)劃”，開發(fā)太 陽能資源，尋求經(jīng)濟(jì)

10、發(fā)展的新動(dòng)力。 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。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。 當(dāng)今世界各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)光伏發(fā)電特別重視。光伏發(fā)電系統(tǒng)在超過 100 個(gè) 國(guó)家得到應(yīng)用。2009 年，世界光伏新增裝機(jī)容量達(dá)到 790 萬千瓦，同比增長(zhǎng) 43.6%，其中歐洲市場(chǎng)占 80.1%，北美占 7.0% ，亞澳占 9.8%，其他占 3.1%。德 國(guó)以 380 萬千瓦的新增裝機(jī)容量位居榜首，占世界光伏市場(chǎng)的 48.1%，其次為意 大利、西班牙、日本、美國(guó)。截至 200

11、9 年底，世界光伏裝機(jī)容量累計(jì)達(dá)到 2680 萬千瓦。并網(wǎng)光伏發(fā)電市場(chǎng)發(fā)展最快，占總光伏應(yīng)用市場(chǎng)的 80%以上，并逐步發(fā) 揮著替代能源的作用，受到全世界的關(guān)注。 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，尤其可以分散地在邊遠(yuǎn)地區(qū)、高山、沙漠、 海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價(jià)很貴的輸電線路。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，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(guó)對(duì)環(huán)境的保護(hù)和對(duì)再生清潔 能源的巨大需求，光伏系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電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?gòu)V闊的前景。 太陽能手機(jī)充電器簡(jiǎn)單，

12、模塊小，攜帶方便，市場(chǎng)價(jià)格便宜，能幫助用戶在 外出旅游遠(yuǎn)離市電情況下給手機(jī)及時(shí)充電。太陽能手機(jī)充電器使用起來又節(jié)省能 源，環(huán)保無污染，有廣闊的發(fā)展前景，因此提出本課題。 1.2 課題設(shè)計(jì)思想 本設(shè)計(jì)課題是基于單片機(jī)的太陽能充電器的設(shè)計(jì)。首先，由于太陽能電池板 電壓會(huì)隨太陽光強(qiáng)度變化而波動(dòng)，太陽光強(qiáng)時(shí)太陽能電池板電壓會(huì)偏高一些，太 陽光強(qiáng)度弱時(shí)，太陽能電池板輸出電壓會(huì)偏低，為了從太陽能電池板輸出得到穩(wěn) 定電壓，本設(shè)計(jì)采用穩(wěn)壓管 lm7805，lm7805 輸出口可以輸出穩(wěn)定的 5v 電壓， 以來可以供單片機(jī)和其他用電芯片使用，二來可以作為下一步電壓變換電路的電 源。其次考慮到電池充電過程電壓要求

13、會(huì)有變化，不能簡(jiǎn)單輸出穩(wěn)定的直流電， 因此提出采用 dc/dc 變換電路，通過控制開關(guān)管通斷時(shí)間占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓。 單片機(jī)是控制中心，控制信號(hào)的產(chǎn)生由外部電路狀態(tài)產(chǎn)生，對(duì)于充電過程來說， 根據(jù)外部充電電壓和充電電流與理想充電過程的比較發(fā)出信號(hào)，調(diào)節(jié)占空比。為 此設(shè)計(jì)單片機(jī)單路，電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路,同時(shí)為了方便使用者知道系 統(tǒng)處于的狀態(tài)，本設(shè)計(jì)設(shè)置顯示模塊和指示燈顯示。 1.3 論文結(jié)構(gòu) 本論文第一部分緒論部分介紹了太陽能電池及太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn) 狀及前景，本課題研究的背景，并提出了設(shè)計(jì)思想；第二部分討論了系統(tǒng)總體設(shè) 計(jì)方案；第三部分對(duì)系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)；第四部分對(duì)系統(tǒng)

14、軟件部分進(jìn)行 了設(shè)計(jì)；第五部分進(jìn)行仿真分析；第六部分，分析了本次設(shè)計(jì)的結(jié)果及展望。 2 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)方案一 提出方案一方框圖如圖 2.1 dc/dc 變換 單片機(jī) 按 鍵 顯示 手機(jī) 電池 太陽 能電 池板 圖 2.1 方案一方框圖 該方案采用 dc/dc 變換電路，將太陽能電池板輸出的電壓變換為需要的電 壓值給手機(jī)電池充電，同時(shí)單片機(jī)可以控制電路變換，還可采用按鍵設(shè)定某些值， 有顯示部分，可以設(shè)定為顯示電路狀態(tài)。由上圖方框圖可以看出，該方案能夠控 制 dc/dc 變換電路，有顯示模塊，但是該方案沒有對(duì)外部電路的實(shí)時(shí)檢測(cè)，不 能根據(jù)外部電路情況實(shí)時(shí)控制

15、 dc/dc 變換電路。 2.2 設(shè)計(jì)方案二 由第一種方案的缺點(diǎn)，為此提出第二種方案，方案二方框圖如下圖 2.2 所示。 dc/dc 變換 單片機(jī) 按 鍵 手機(jī) 電池 太陽 能電 池板 pwm 芯 片 模數(shù)轉(zhuǎn)換 顯 示 圖 2.2 方案二方框圖 從上圖方框圖可以看出方案二彌補(bǔ)了方案一的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了對(duì)電路狀態(tài)的檢 測(cè)，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將轉(zhuǎn)化的信號(hào)送給單片機(jī)。單片機(jī)可控制 pwm 芯片生 成 pwm 波實(shí)行對(duì)變換電路的控制，同時(shí)有按鍵模塊和顯示模塊，但是該設(shè)計(jì)方 案將生成 pwm 部分用芯片代替，這樣使得硬件電路部分復(fù)雜，不如用軟件實(shí)現(xiàn) 可以使硬件電路變得簡(jiǎn)單，也充分利用單片機(jī)的功能。 2.3

16、基于單片機(jī)的太陽能充電器的設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案 在方案一和方案二的基礎(chǔ)上提出本次設(shè)計(jì)的整體設(shè)計(jì)方案如下圖 2.3 所示。 dc/dc 變換 單片機(jī) 按 鍵 手機(jī) 電池 太陽 能電 池板 模數(shù)轉(zhuǎn)換 顯 示 圖 2.3 整體設(shè)計(jì)方案框圖 該方案綜合方案一和方案二的優(yōu)點(diǎn)，既具備對(duì)充電電路的檢測(cè)，單片機(jī)可根 據(jù)對(duì)檢測(cè)來的信號(hào)處理后的情況的分析進(jìn)行對(duì)充電電路的控制，按鍵電路可以選 擇系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能，顯示電路可以顯示電路的工作狀態(tài)，控制信號(hào) pwm 用 程序來實(shí)現(xiàn)，使硬件電路變得簡(jiǎn)單，節(jié)省資源，提高系統(tǒng)性價(jià)比。 3 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3.1 太陽能電池板的選用 硅太陽能電池分為單晶

17、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。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室 里最高的轉(zhuǎn)換效率為 24.7%，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為 15%。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(shí)驗(yàn)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%。非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕， 轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。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(shí)際應(yīng)用。 硅太陽能電池片常用的為單晶 125 大倒角，其尺寸為 125mm*125mm，對(duì)角 線 150mm，功率 pmax2.60

18、w，工作電壓 vm0.523v，工作電流 im4.934a，開路 電壓 voc0.629v，短路電流 isc5.285a。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(guó)平均效率為 17.2%。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(xiàng)目。 太陽能電池板是太陽能供電系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，是該充電器的首要部分，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(duì)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

19、又給 攜帶帶來不便。因此該設(shè)計(jì)采用模塊式組合，根據(jù)不同充電負(fù)載的需要，將太陽 能板進(jìn)行組合以達(dá)到具有一定要求的輸出功率和輸出電壓的一組光伏電池。本文 以手機(jī)、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(jì)過程。所 選用的太陽能電池板技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如下： 尺寸 95mm95mm，額定輸出電壓 5.5v，電流 140180ma，標(biāo)稱功率 1w，用兩片該電池板串聯(lián)可以得到 11v 電壓， 可以作為 lm7805 的輸入。 3.2 lm7805 穩(wěn)壓電路 由于太陽能電池板電壓會(huì)隨太陽光強(qiáng)度變化而波動(dòng)，太陽光強(qiáng)時(shí)太陽能電池 板電壓會(huì)偏高一些，太陽光強(qiáng)度弱時(shí)，太陽能電池板輸出電壓會(huì)偏低，為了從太

20、 陽能電池板輸出得到穩(wěn)定電壓，本設(shè)計(jì)采用穩(wěn)壓管 lm7805，lm7805 輸出口可以 輸出穩(wěn)定的 5v 電壓，保持輸出電壓的穩(wěn)定。lm7805 的典型應(yīng)用電路如下圖 3.1 所示。 0.1uf c7 0.1uf c4 inout gnd lm7805 lm7805 470uf c5 470uf c6 d2 diode vinvout 圖 3.1 lm7805 穩(wěn)壓電路 圖中 c4、c7 的作用是消除輸入連線較長(zhǎng)時(shí)其電感效應(yīng)引起的自激振蕩，減 小紋波電壓， ；在輸出端接電容 c5、c6 是用于消除電路高頻噪聲，改善負(fù)載的瞬 態(tài)響應(yīng)。一般電容的耐壓應(yīng)高于電源的輸入電壓和輸出電壓。另外，為避免輸入

21、 端斷開時(shí) c6 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(gè)二極管，對(duì) lm7805 起保護(hù)作用。 lm7805 輸入電壓為 8v 到 36v，最大工作電流 1.5a，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(jiǎn)單等特點(diǎn)，太陽能電池電 壓即使有較大的波動(dòng)，也能穩(wěn)定的輸出 5v 電壓，從而是單片機(jī)等控制電路正常 工作，且成本低。 3.3 充電主電路的設(shè)計(jì) 充電主電路如下圖 3.2 所示，充電主電路采用 dc/dc 變換電路。 30k r3 0.1 r6 3k r4 d1 1mh l1 q2 1 2 p2 為為為為 為為為為 q1

22、 2n3906 pwm 圖 3.2 電池充電電路 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。 斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式 ts不變，改變 ton(通用)，二是頻 率調(diào)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。主電路核心由三極管去、電感 l1及續(xù)流二極管 d1構(gòu)成的典型的 buck 降壓 dc/dc 變換電路；圖中 q2的作用是放大 pwm 信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管 q1。 3.4 信號(hào)采集處理電路 實(shí)時(shí)檢測(cè)電池電壓和充電電流是保證鋰電池安全充電的前提，電流取樣處 理電路如圖 3.3 所示 10k r7 10k r8

23、 200k r9 lm358 + 3 - 2 84 1 0.01uf c8為為為為 ibat vcc 圖 3.3 電流取樣處理電路 電池電壓直接接到單片機(jī) a/d 接口，經(jīng) a/d 轉(zhuǎn)換和單片機(jī)運(yùn)算處理得到測(cè) 量電壓值。本設(shè)計(jì)充電電流流經(jīng) 0.1 取樣電阻，得到電壓采用運(yùn)算放大器 lm358，把電流取樣電壓放大 21 倍后送到單片機(jī) a/d 接口進(jìn)行采集。 電壓檢測(cè)可將輸出口電壓直接送到 a/d 輸入接口，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后給單片機(jī) 進(jìn)行處理。 3.5 單片機(jī)選型 對(duì)于單片機(jī)型號(hào)，最熟悉的就是 c51 系列，其中包括 at89c51，at89c52 在 at89c51 的基礎(chǔ)上有些改進(jìn)，但是聽有經(jīng)驗(yàn)

24、的同學(xué)說以型號(hào) at 開頭的的單片機(jī)在 燒寫程序時(shí)不容易進(jìn)行燒寫，于是考慮采用以型號(hào)是以 stc 為開頭的單片機(jī)，通 過查資料了解發(fā)現(xiàn) stc89c52 在功能上與 at89c52 相似，為此，本設(shè)計(jì)單片機(jī)采 用 stc89c52 型號(hào)單片機(jī)。 3.6 單片機(jī) stc89c52 介紹 stc89c52 是 stc 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 cmos8 位微控制器，具 有 8k 在系統(tǒng)可編程 flash 存儲(chǔ)器。stc89c52 使用經(jīng)典的 mcs-51 內(nèi)核，但做 了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈 巧的 8 位 cpu 和在系統(tǒng)可編程 flash，

25、使得 stc89c52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系 統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) flash，512 字 節(jié) ram， 32 位 i/o 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置 4kb eeprom，max810 復(fù)位 電路，3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量 4 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼 容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 stc89x52 可降至 0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu 停止工 作，允許 ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram 內(nèi)容被保存，振蕩器被

26、凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位 為止。最高運(yùn)作頻率 35mhz，6t/12t 可選。stc89c52 單片機(jī)引腳圖如下圖 3.4 所示。 圖 3.4 單片機(jī)引腳圖 stc89c52rc引腳功能說明 vcc（40引腳）：電源電壓 vss（20引腳）：接地 p0端口（p0.0p0.7，3932引腳）：p0口是一個(gè)漏極開路的8位雙向i/o口。 作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl負(fù)載，對(duì)端口p0寫入“1”時(shí)，可以作為高 阻抗輸入。 p1端口（p1.0p1.7，18引腳）：p1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向 i/o口。p1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式）4個(gè)ttl輸入

27、。對(duì)端口 寫入1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，可用作輸入口。 p2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o端口。p2的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng) （吸收或輸出電流方式）4個(gè)ttl輸入。對(duì)端口寫入1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把 端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。p2作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉 電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。 p3端口（p3.0p3.7，1017引腳）：p3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向 i/o端口。p3的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)ttl輸入。對(duì)端口 寫入1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。p3做輸 入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部

28、的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸入一個(gè)電 流。 在對(duì)flash rom編程或程序校驗(yàn)時(shí)，p3還接收一些控制信號(hào)。 ale/（30引腳）：地址鎖存控制信號(hào)（ale）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖 存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（ale）也用作編程輸入脈沖。 /vpp（31引腳）：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000h到ffffh 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，必須接gnd。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定位 reset。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應(yīng)該接vcc。在flash編程期間，也接收12伏 vpp電壓。 xtal1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。

29、 xtal2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端 除這些功能引腳外，還有一些特殊功能寄存器。 3.7 單片機(jī)電路 3.7.1 單片機(jī)復(fù)位電路 本設(shè)計(jì)復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位電路，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，按下復(fù)位鍵可使系統(tǒng) 重啟，單片機(jī)復(fù)位電路如圖 3.5 所示。 2k r2 10ufc3 s1 vcc rst 圖 3.5 按鍵復(fù)位電路 系統(tǒng)正常工作時(shí)，電源給電解電容充電，電解電容儲(chǔ)有電能，單片機(jī)復(fù)位端 口電瓶為低，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，單片機(jī)復(fù)位端口電平變?yōu)楦?，單片機(jī)采集到信號(hào) 后復(fù)位。 3.7.2 單片機(jī)時(shí)鐘電路 單片機(jī)可以看成是在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下的時(shí)序邏輯電路,單片機(jī)在工作過程中,所有 工作都是在時(shí)鐘信號(hào)控

30、制下進(jìn)行的,每執(zhí)行一條指令,cpu 的控制器都要發(fā)出一系 列特定的控制信號(hào)。外部時(shí)鐘信號(hào)一般為 12mhz的方波。單片機(jī)時(shí)鐘電路如下圖 3.6 所示 30pf c2 30pf c1 12 cay xtal x1 x2 圖 3.6 單片機(jī)時(shí)鐘電路 3.7.3 單片機(jī) a/d 轉(zhuǎn)換電路 adc0809 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。 adc0809 由一個(gè) 8 路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) a/d 轉(zhuǎn)換器和一個(gè) 三態(tài)輸出鎖存器組成。其內(nèi)部有一個(gè) 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯 碼后的信號(hào)，只選通 8 路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換。多路開

31、關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用 a/d 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。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(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖 存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。a/d 轉(zhuǎn)換電路如圖 3.7 所示 p1.0/t2 1 p1.1/t2ex 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 p3.7/rd 17 xtal2 18 xtal1 19 v

32、ss 20 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p2.7/a15 28 psen 29 ale 30 ea/vpp 31 p0.7/ad7 32 p0.6/ad6 33 p0.5/ad5 34 p0.4/ad4 35 p0.3/ad3 36 p0.2/ad2 37 p0.1/ad1 38 p0.0/ad0 39 vcc 40 u? p80c31sbpn q qd clk r s 74hc74 adc0809 1 in3 2 in4 3 in5 4 in6 5 in7

33、6 start 7 eoc 8 d3 9 oe 10 clk 11 vcc 12 ref+ 13 gnd 14 d1 15 d2 16 ref- 17 d0 18 d4 19 d5 20 d6 21 d7 22 ale 23 addc 24 addb 25 adda 26 in0 27 in1 28 in2 adc0809 vcc vcc 圖 3.7a/d 電路 adc0809 的引腳功能介紹： in0in7：8 條模擬量輸入通道 adc0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是 05v；輸入的模擬 量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)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。 地址

34、輸入和控制線：4 條 ale 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng) ale 線為高電平時(shí)，地址鎖存 與譯碼器將 a，b，c 三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的 模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。a，b 和 c 為地址輸入線，用于選通 in0in7 上的一 路模擬量輸入。通道選擇表 1 所示。 c b a選擇的通道 0 0 0in0 0 0 1in1 0 1 0in2 0 1 1in3 1 0 0in4 1 0 1in5 1 1 0in6 1 1 1in7 表 1 cba 通道選擇表 數(shù)字量輸出及控制線：11 條 st 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng) st 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開

35、 始進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，st 應(yīng)保持低電平。eoc 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng) eoc 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換。oe 為輸出允許信號(hào)， 用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe1，輸出轉(zhuǎn)換得到 的數(shù)據(jù)；oe0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。d7d0 為數(shù)字量輸出線。 clk 為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因 adc0809 的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必 須由外界提供，通常使用頻率為 500khz，vref（） ，vref（）為參考電壓。 3.7.4 按鍵電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式：1、獨(dú)立按鍵；2、矩陣編碼鍵 盤。獨(dú)立按鍵的每個(gè)按鍵都單

36、獨(dú)接到單片機(jī)的一個(gè) i/o 口上，獨(dú)立按鍵則通過判 斷按鍵端口的電位即可識(shí)別按鍵操作；而矩陣鍵盤通過行列交叉按鍵編碼進(jìn)行識(shí) 別。 按鍵接線圖如下圖 3.8 所示。 s2 sw-pb vcc 10 r17 p1.4 圖 3.8 按鍵電路 通常所用的按鍵為輕觸機(jī)械開關(guān)，正常情況下按鍵的接點(diǎn)是斷開的，當(dāng)我們 按壓按鈕時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地 接通，在斷開時(shí)也不會(huì)一下子斷開。因而機(jī)械觸點(diǎn)在閉合及斷開的瞬間均伴隨有 一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性及操作人員按鍵動(dòng)作決定，一 般為 5ms20ms；按鍵穩(wěn)定閉合時(shí)間的長(zhǎng)短是由操作人員的按鍵按壓時(shí)間長(zhǎng)短決 定

37、的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒不等。 在本設(shè)計(jì)中設(shè)置按鍵個(gè)數(shù)為 3 個(gè)，其中一個(gè)作為按鍵復(fù)位用；一個(gè)作為電壓 選擇用，本設(shè)計(jì)提供 3v、3.5v、4.0v、4.5v 四種電壓值的循環(huán)，可以通過“電 壓選擇”鍵選擇某一電壓值作為輸出；另一個(gè)作為開始充電用，裝上電池要對(duì)電 池進(jìn)行充電時(shí)按下“開始充電”鍵，系統(tǒng)開始對(duì)對(duì)鋰電池進(jìn)行充電。故采用獨(dú)立 按鍵法，這樣可以減小編程的難度。 3.7.5 數(shù)碼管顯示電路 led 數(shù)碼管是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在 內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。數(shù)碼管顯示電路如圖 3.9 所示 p1.0/t2 1 p1.1/t2ex 2 p

38、1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 p3.7/rd 17 xtal2 18 xtal1 19 vss 20 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p2.7/a15 28 psen 29 ale 30 ea/vpp 31 p0.7/ad7 32 p0.

39、6/ad6 33 p0.5/ad5 34 p0.4/ad4 35 p0.3/ad3 36 p0.2/ad2 37 p0.1/ad1 38 p0.0/ad0 39 vcc 40 u1 p80c31sbpn a4 6 f 10 a3 8 a1 12 e 1 c 4 dp 3 b 7 a 11 g 5 a2 9 d 2 dig1dig2dig3dig4 dp2 dp3 ds1 hdsp-b42g1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 1k r? res pack4 d0 2 d1 3 d2 4 d3 5 d4 6 d5 7 d6 8 d7 9 le 11 0e

40、1 q0 19 q1 18 q2 17 q3 16 q4 15 q5 14 q6 13 q7 12 10 20 74hc573 d0 2 d1 3 d2 4 d3 5 d4 6 d5 7 d6 8 d7 9 le 11 0e 1 q0 19 q1 18 q2 17 q3 16 q4 15 q5 14 q6 13 q7 12 10 20 74hc573 vcc 圖 3.9 數(shù)碼管顯示電路 本設(shè)計(jì)采用 4 位 led 數(shù)碼管段數(shù)為 7 段另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)即 8 段數(shù)碼管， 數(shù)碼管有共陰和共陽兩種，本設(shè)計(jì)使用共陰數(shù)碼管，8 段發(fā)光二極管的陰極接在 一起接地，若某段發(fā)光二極管的陽極為高電平，則該段二極管

41、被點(diǎn)亮。設(shè)計(jì)時(shí)可 根據(jù)需要顯示的數(shù)字讓某一組合的數(shù)碼管的陽極置高。 3.8 鋰電池充電原理 鋰電池額定電壓視生產(chǎn)廠家的不同而不同，有 3.6v 和 3.7v 兩種；額定容量 c 從幾百毫安時(shí)到幾安時(shí)；充電終止電壓根據(jù)樣機(jī)材料有 4.1v 和 4.2v 兩種；充 電電流常以 c 的百分比來衡量，充電電流過小會(huì)導(dǎo)致充電時(shí)間過長(zhǎng)，充電電流過 大會(huì)使電池過熱，導(dǎo)致電池?fù)p壞。本設(shè)計(jì)根據(jù)鋰電池的充電特點(diǎn)，采用由預(yù)充電、 恒流充電、恒壓充電、涓流充電四階段組成的充電模式。鋰蓄電池的充電特性曲 線如圖 3.10 所示： 圖 3.10 鋰電池充電特性曲線 為保證安全充電，開始充電時(shí)若鋰電池電壓 vbat3.0v

42、 后，則以 iref（0.5c a）的恒流進(jìn)行充電；當(dāng) vbat上升至 vref時(shí)，轉(zhuǎn)入恒定電壓充電階段；隨著電池電 量的不斷升高，充電電流逐漸降低，當(dāng)充電電流小于 ifull后，電池電量全部恢復(fù)， 充電過程結(jié)束。為克服電池自放電，系統(tǒng)繼續(xù)以 ifull的電流進(jìn)行涓流充電。c 為 電池容量。 4 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.1 設(shè)計(jì)思想 主程序包含兩個(gè)部分，一部分為初始化段，另一部分為循環(huán)主體段。 在主程序循環(huán)體中，并不是直接執(zhí)行程序，而是去調(diào)用一個(gè)個(gè)任務(wù)模塊。每個(gè)任 務(wù)都是一個(gè)子函數(shù)，這些任務(wù)的調(diào)度機(jī)制為輪詢機(jī)制。即：這些子函數(shù)功能的執(zhí) 行與否取決于其條件標(biāo)志是否滿足。比如：

43、當(dāng)某個(gè)子函數(shù)被主程序調(diào)用時(shí)，會(huì)先 判斷其執(zhí)行條件是否成立（標(biāo)志位是否有效） ，如果有效則執(zhí)行實(shí)際功能語句， 否則不執(zhí)行任何動(dòng)作直接返回。pwm 的控制調(diào)節(jié)和 a/d 采樣速度不宜太快，用 200ms 調(diào)用一次，因?yàn)樗鼤?huì)影響到數(shù)碼管刷屏，調(diào)節(jié)和采樣太快，數(shù)碼管上的數(shù) 值會(huì)跳變的厲害。按鍵處理則為 10ms 調(diào)用一次。 子程序可分為初始化程序，按鍵采集程序，信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換程序，顯示程序， pwm 波程序；也可以按照系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能分為充電子程序、電源子程序，其中 充電子程序和電源子程序都要用到初始化子程序、按鍵采集子程序、pwm 波子程 序、信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序。 pwm 波的生成采用

44、了輸出在高電平與低電平的延時(shí)及轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)中 pwm 波 用來調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比，當(dāng)輸出為高電平時(shí)，將輸出信號(hào)放大驅(qū)動(dòng)開關(guān)管開通， 當(dāng)輸出信號(hào)為低電平時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，用高電平與低電平的時(shí)間的比值來表示 pwm 波的占空比，以此來控制開關(guān)管的占空比。 本設(shè)計(jì)及檢測(cè)電壓又檢測(cè)電流，單片機(jī)采用 stc89c52 芯片，內(nèi)部沒有 ad 轉(zhuǎn) 換模塊，單片機(jī)需外接轉(zhuǎn)換模塊，本設(shè)計(jì)采用 adc0809（第三章硬件電路設(shè)計(jì)中 也有介紹）因此模擬信號(hào)輸入有兩路，一路是電壓信號(hào)，一路是電流信號(hào)。 adc0809 在對(duì)多路輸入的模擬量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)采用分時(shí)復(fù)用的方法，即 ad 轉(zhuǎn) 換器對(duì)兩路信號(hào)輪換采集轉(zhuǎn)換。輪換周

45、期根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間和控制的情況設(shè)定。 4.2 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的整體程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)整體工作主要由單片機(jī)程序控制實(shí)現(xiàn)，其工作過程為：電路啟動(dòng)初始 化，電路功能選擇，輸出選擇并確定輸出，單片機(jī)采集計(jì)算輸出 pwm 信號(hào)，定時(shí) 采集數(shù)據(jù)并處理調(diào)節(jié) pwm 信號(hào)占空比等，程序整體框架如圖 4.1 所示。 開始 初始化 電池充電 充電子程序 電源子程序 yesno 結(jié)束 圖 4.1 程序整體框架流程 4.3 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的子程序的設(shè)計(jì) 4.3.1 電路啟動(dòng)初始化 初始化是為單片機(jī)的運(yùn)行設(shè)置初始的運(yùn)行環(huán)境，主要完成以下工作：清片內(nèi)， 每次單片機(jī)加電時(shí)，都將引起單片機(jī)的上電復(fù)位

46、操作。復(fù)位操作完成以后，單片 機(jī)的寄存器會(huì)被置以不同的值，這些值中有相當(dāng)一部分是未知的值。這些未知的 值在單片機(jī)復(fù)位完成，正式運(yùn)行以后，會(huì)產(chǎn)生無法讓程序設(shè)計(jì)人員掌握的后果， 甚至?xí)斐上到y(tǒng)的損壞。因此，在單片機(jī)運(yùn)行后，首先清 0 使之置初始參數(shù)設(shè)定， 便于程序設(shè)計(jì)人員掌握，以利系統(tǒng)的工作。設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行所需的各個(gè)參數(shù)，設(shè)置 定時(shí)器和中斷設(shè)定。圖 4.2 為初始化程序流程。 清片內(nèi) ram 初始參數(shù)設(shè)定 ad 設(shè)定 定時(shí)器設(shè)定 中斷設(shè)定 返回 開始 圖 4.2 初始化程序流程 4.3.2 按鍵采集程序 鍵盤子程序用于探測(cè)開關(guān)、是否處在有效的開關(guān)狀態(tài)，以決定是否啟動(dòng)系統(tǒng) 運(yùn)轉(zhuǎn)。讀線、讀取、相連的端口

47、，并將其值判斷處理后存于相關(guān)緩存中。其中讀 取端口后要做一定的延時(shí)以排除鍵抖引起的誤動(dòng)作。圖 4.3 為按鍵子程序結(jié)構(gòu)流 程圖。 入口 讀 i/o 口 處理后存入緩存 延時(shí) y 返回 n 圖 4.3 按鍵子程序結(jié)構(gòu)流程圖 4.3.3 數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換程序 數(shù)據(jù)采集主要由單片機(jī)控制 adc0809 完成，程序分為數(shù)據(jù)初始化，發(fā)送啟動(dòng) 轉(zhuǎn)換命令，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，接收數(shù)據(jù)，處理并存入緩存，程序流程如圖 4.4 所示。 入口 初始化 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 處理存儲(chǔ) 返回 n 0 y 轉(zhuǎn)換結(jié)束 圖 4.4 數(shù)據(jù)采集子程序結(jié)構(gòu)流程圖 4.3.4 數(shù)碼管顯示子程序 開機(jī)時(shí)，初始化數(shù)碼管，通過串口將“0”的字形碼輸出使數(shù)

48、碼管顯示“o” 。 然后判斷是否有鍵按下，如果沒鍵按下繼續(xù)判斷。 顯示子程序首先初始化串口，使串口工作在方式 0，再讀取顯示緩沖區(qū)內(nèi)的 數(shù)據(jù)(顯示緩沖區(qū)主要是用來存放即將要顯示的數(shù)據(jù))，然后通過查表的方式找到 對(duì)應(yīng)的字形碼，最后把字形碼寫入串口寄存器 sbuf 通過串口方式 0 發(fā)送出去。 顯示子程序是怎么將顯示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)變成相應(yīng)的字形碼呢?具體的方法是將 每個(gè)數(shù)字的字形碼以 16 進(jìn)制數(shù)從小到大的次序依次存放在存儲(chǔ)器中的固定區(qū)域 中，構(gòu)成顯示代碼表。當(dāng)要顯示某字符時(shí)，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

49、令“movca，a+dptr” ，則累加器 a 中得到的結(jié)果即表格中取出的對(duì)應(yīng)數(shù) 字的字形碼。 4.3.5 充電子程序的設(shè)計(jì) 充電過程分兩階段進(jìn)行，第一階段為預(yù)充電，充電電流以 0.01ca 的小電流 進(jìn)行充電；第二階段，當(dāng)充電電壓達(dá)到 3v 時(shí)轉(zhuǎn)入第二階段(一般認(rèn)為三分鐘后電 池電壓大于 3v)，以 0.5ca 的電流進(jìn)行恒流充電方式，第三階段，以限額充電電 壓值進(jìn)行恒壓充電階段。第四階段當(dāng)充電電流降到小于 0.01ca 時(shí)，表明電池已 充到額定容量，此時(shí)即可認(rèn)為基本充滿，如果繼續(xù)充下去，充電電流會(huì)慢慢降低 到零，電池完全充滿4。充電過程中， “充電”指示燈亮；充滿時(shí)， “充飽”指示 燈亮，

50、 “充電”指示燈滅，通過按鍵設(shè)置可控制充電時(shí)間。充電子程序流程圖如 圖 4. 5 所示。 電流小于 0.01ca 入口 采集電壓電流 電壓大于 3v 否 電壓大于 4v 預(yù)充電 恒流充電 恒壓充電 是 電壓大 于 3v 是 電壓大于 4v 否 o 是 充電完成 結(jié)束 是 否 o 否 否 圖 4.5 充電子程序 4.3.6 電源子程序的設(shè)計(jì) 本太陽能手機(jī)充電器與傳統(tǒng)充電器相比，最大的優(yōu)點(diǎn)就是不僅能直接給電池 充電，還能作為普通的直流電源使用，在本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)可以提供 3v、3.5v、4v、4.5v 四種伏值電壓，可以用過按鍵選擇其中某一電壓作為輸出。 直流輸出也可以直接給手機(jī)充電，或作為 mp3

51、等其他小電子設(shè)備的供電電源。其 輸出電壓可由數(shù)字顯示，并有完善的過流保護(hù)功能，從而確保電子產(chǎn)品的安全使 用。電源程序流程圖如圖 4.6 所示。 入口 按鍵采集 輸出控制 電壓檢測(cè) 輸出電壓判斷 增大占空比 跳過 減小占空比 小 大 相等 返回 圖 4.6 電源子程序結(jié)構(gòu)流程圖 5 仿真與調(diào)試 5.1 充電電路仿真 我們知道 buck 斬波電路可以通過控制開關(guān)管開通和關(guān)斷時(shí)間調(diào)整輸出電壓值得 變化， multisim 仿真電路如下圖 5.1 所示 圖 5.1 電壓檢測(cè)仿真 5.2 電流采樣處理電路仿真 前文提出將電流采樣電壓運(yùn)用 lm358 電路放大 21 倍后送給單片機(jī)的 a/d 接 口，如下

52、 5.2 仿真圖，輸入為 5v 電壓時(shí)，輸出為 125v，可以看出電流采樣處理 電路確實(shí)具有放大 21 倍的功能。 圖 5.2 電流采樣處理電路仿真 5.3 系統(tǒng)做直流電源使用時(shí)電路仿真圖 由于 protues 中沒有太陽能電池模擬模塊，仿真時(shí)將穩(wěn)壓輸出電壓值用直流 5v 電源來代替，系統(tǒng)作為直流電源時(shí)，要求輸出電壓為 3.5v 時(shí)，顯示輸出為 3.47v，差值約為 0.03v，在允許范圍之內(nèi)。仿真圖如下圖 5.4 所示 圖 5.3 整體電路仿真圖 5.4 系統(tǒng)做充電器使用時(shí)仿真結(jié)果 系統(tǒng)做充電器使用時(shí)剛開始隨著充電的進(jìn)行，充電電壓越來越大，充電時(shí)指 示燈“正在充電”亮，充電完成時(shí)“充電完成”

53、指示燈亮。為保證電池的安全使 用，最高充電電壓為 4.0v。仿真結(jié)果如下圖 5.5、5.6、5.7 所示。 圖 5.4 充電過程仿真 圖 5.5 充電過程仿真 圖 3.6 充電過程仿真 6 總結(jié)與展望 畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)入尾聲，做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間讓我感覺很充實(shí)，有努力也有 收獲，雖然本次設(shè)計(jì)沒能達(dá)到期望的結(jié)果，但也實(shí)現(xiàn)也一部分功能。根據(jù)前文的 設(shè)計(jì)方案，我設(shè)計(jì)了兩個(gè)按鍵，一個(gè)“電壓選擇”鍵，作直流電源選擇電壓值使 用，可以選擇 2.0v、2.5v、3.0v、3.5v、4.0v、4.5v 五種電壓值，五個(gè)電壓值 按順序每按一次“電壓選擇”鍵即選擇下一個(gè)電壓值作為輸出，按鍵按下后數(shù)碼 管會(huì)顯示所選擇的相

54、應(yīng)的電壓值，由于 buck 斬波電路輸出電壓的波形不是平直 的方波，有一段鋸齒形，系統(tǒng)作為直流電源時(shí)，其輸出電壓值會(huì)有跳變。另一個(gè) 按鍵“開始充電”鍵，當(dāng)用作充電器使用時(shí)，裝上電池，按下該鍵，系統(tǒng)就會(huì)給 電池充電。由于鋰電池過程按前文提到的鋰電池充電曲線描述的四階段充電法來 充電過于復(fù)雜，再加上圖中曲線表示鋰電池的電壓會(huì)隨著充電的進(jìn)行逐漸增大， 我將充電過程簡(jiǎn)化為兩個(gè)階段：第一階段，充電電壓逐步增大，且增大幅度稍小， 避免電流過大對(duì)電池造成沖擊。第二階段，恒壓充電階段，在第一階段中當(dāng)電壓 上升到 4.0v 時(shí)，電壓不再上升保持在 4.0v。 本次設(shè)計(jì)能初步完成以上功能，但設(shè)計(jì)不足之處很多。首先

55、、系統(tǒng)沒有保護(hù) 裝置和防干擾措施，本設(shè)計(jì)用到了 pwm 波，但是軟件設(shè)計(jì)時(shí)沒考慮到濾波問題沒 有用濾波程序。第二、本此設(shè)計(jì)顯示模塊采用了數(shù)碼管，不如采用液晶顯示，硬 件電路簡(jiǎn)單，能省去一些 i/o 口來實(shí)現(xiàn)更多的功能。第三，沒有采用溫度檢測(cè)， 一般快速充電電流會(huì)比較大，在不超過允許充電電流的情況下，電池溫度也會(huì)升 高，若能加溫度監(jiān)測(cè)模塊，當(dāng)溫度超過允許值時(shí)，終止充電會(huì)減少因溫度過高給 電池帶來的危害。第四、沒有采用電能存儲(chǔ)裝置，不能存儲(chǔ)電能備天氣狀況不好 并且沒有市電的情況使用，若有電能存儲(chǔ)功能，可以將系統(tǒng)閑置時(shí)太陽能電池板 轉(zhuǎn)化的電能存儲(chǔ)起來，作為電源給別的用電設(shè)備使用，這樣可以即方便又節(jié)能

56、環(huán) 保。 能源的日益緊張，引起了人們對(duì)太陽能應(yīng)用的熱潮，由太陽能電池板、充放 電控制器、蓄電池等構(gòu)成的產(chǎn)品都有了相對(duì)成熟的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外很多專家也在這 方面做了深入的研究。相信不久之后太陽能手機(jī)充電器的應(yīng)用將會(huì)變得普遍。 參考文獻(xiàn) 1 蔣鴻飛，胡淑婷.綠色能源太陽能充電器j.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然 科學(xué)版)，2007，(2)：147-149 2 蔡朝洋. 單片機(jī)控制實(shí)習(xí)與專題制作m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2006. 3 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005. 4 濱川圭弘.太陽能光伏電池及其應(yīng)用m. 北京：科學(xué)出版社，2008. 5 沈德金等.接口

57、電路與實(shí)用程序?qū)嵗齧.北京：北京大學(xué)出版社, 2003. 6 張軍軍，孫佩石，梁海濤. 智能化小區(qū) led 路燈光伏充電器的設(shè)計(jì)j. 電 源技術(shù)，2007. 7 陳維，沈輝，王東海等. 太陽能半導(dǎo)體照明驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究j. 照明工程學(xué) 報(bào)，2005. 5 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ) (模擬部分) m. 北京：高等教育出版社， 2000 6 張紅梅，尹云華. 太陽能電池的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)j. 水電能源科學(xué)， 2008，26(6)：193-197 10 x.s.cai.renewable energies,present/開始充電 sbit p3_4=p34; /電壓切換 sbit pwm=p35; s

58、bit eoc=p31;/定義 adc0808 的控制引腳/ sbit oe=p30; sbit start=p32; sbit p3_6=p36; sbit p3_7=p37; sbit wela=p21; sbit dula=p20; uchar time=0,time1=0; uchar period=40; uchar high=6,high1=12; uchar th0=0; uchar tl0=1; uchar i=0,j=0; uint x,z,n; uchar code dispcode=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x

59、07,0 x7f,0 x6f; /uchar n=0; /uchar flag1; /unsigned char volatile g_delay_count; uchar disp4=0,0,0,0; /顯示數(shù)據(jù)，保存段碼，四位/ /=/ void delay(uchar z) /100us 延時(shí)子程序/ while(z-); /=/ void display() /定義顯示子函數(shù)/ 可以使用鎖存器實(shí)現(xiàn) for(n=0;n4;n+) p0=0 x00; dula=1; p0 =disp1; /顯示第一位小數(shù) dula=0; wela=1; p0=0 xfb; wela=0; delay(2)

60、; p0=0 x00; dula=1; p0=disp2; /顯示第二位小數(shù) dula=0; wela=1; p0=0 xfd; wela=0; delay(2); p0=0 x00; dula=1; p0 =disp3; /顯示第三位小數(shù) dula=0; wela=1; p0=0 xfe; wela=0; delay(2); p0=0 x00; dula=1; p0 =disp0+0 x80; dula=0; wela=1; p0=0 xf7; wela=0; delay(2); /=/ uint adc0808() /定義 adc0808 讀入數(shù)據(jù)子函數(shù)，并通過函數(shù)返回/ uchar d