太阳能移动电源光伏毕业设计.docx
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太阳能移动电源光伏毕业设计
毕业设计（论文）报告
系别：
电子与电气工程学院
专业：
光伏发电技术及其应用
毕业设计（论文）任务书
专业光伏发电技术及其应用班级光伏122姓名李思雨
一、课题名称：
太阳能充电宝
二、主要技术指标（或基本要求）：
1、太阳能移动电源可以将太阳能转化为电能并储存在内部锂电池内2、此产品以锂电池作为储能装置，能做到双向充电，既可以由太阳能所转化为的电能充电，也可以通过220v交流电充电3、此产品的输出电压达到5v,最大输出电流为2A,可以达到移动设备的供电要求4、拥有LED显示电路，可以直观的显示移动电量的剩余电量5、设置按键，可以选择控制LED显示的开启和关闭
三、主要工作内容：
1、了解太阳能移动电源在市场的行情及发展情况
2、通过各种渠道学习了移动电源整体设计思路3、元器件的选择与使用
4、太阳能移动电源的电路图与原理图的设计5、撰写毕业设计
四、主要参考文献：
1、蒋鸿飞,胡淑婷.绿色能源——太阳能充电器.上海应用技术学院学报（自然科学版）
2、阎石.数字电子技术基础.北京:
高等教育出版社
3、路秋生.常用充电器电.路与应用.北京:
机械工业出版社
4、董文博,吴知非.数字化智能充电器的设计.电子技术应用
5、张毅刚等.单片机原理及应用.北京:
高等教育出版社
6、刘超.基于单片机的智能手机电池充电系统.长春理工大学学报
7、黎明,姬成周等.太阳能电池参数的数值提取方法.北京师范大学学报（自然科学版）
8、冯昌,徐进明.超高亮度LED在太阳能城市灯光系统中的应用．武汉科技学院学报
9、李金锋,韩淑刚.快速充电器电路剖析.山东电子
10、凡文.充电器电路[M].电子世界
学生（签名）年月日
指导教师（签名）年月日
教研室主任（签名）年月日
系主任（签名）年月日
毕业设计（论文）开题报告
设计题目
太阳能手机充电宝
一、选题的背景和意义：
背景：
随着现在手机相机MP4等等便携设备的普及，便携设备的电量问题使现代人苦恼。
且在便携设备普及的同时，移动电源也在发展，现在人们需要更加完美的移动电源。
意义：
太阳能手机充电宝一次性解决的人们的两个问题：
1.手机等便携设备没电了怎么办2.移动电源没电了又怎么办。
有了一个移动电源在一定程度上提供了便携设备外出使用是的能源保障，但毕竟它是有一定容量的，想要再次充电的话需要电源插座。
但是加上了光伏发电这一特性后，移动电源更加完美，可以供应急使用，而且随时随地，并不需要在插座旁才能充电，无论你是在车里车外，光线充足就无需担心。
二、课题研究的主要内容：
1.光伏电池的选用，如何才能达到给移动电源充电的内部蓄电池良好供电的要求，并且要尽可能体积小，强度大，光电转换效率高，经济。
2.蓄电池的选用，合理的选用蓄电池容量，能够够消费者呈现一个非常可观的电池容量。
3.通过程序编写，合理的设置移动电源上几个按钮的作用，何时开始充电，何时开始使用太阳能电池给移动电源充电，何时打开充电宝的附加功能（手电），何时显示移动电源的裕量。
4.电配适器的设计，安全有效的将220v交流转换成为可以冲入移动电源的电流。
移动电源的内部设计。
三、主要研究（设计）方法论述：
首先大概地对移动电源有一个整体的认识，其次将其分成不同的电路部分，例如稳压电路等等，接着研究，并算出精确地参数。
四、设计（论文）进度安排：
时间（迄止日期）
工作内容
2014.9.25前
拟定毕业设计的题目
2014.9.26-2014.10.8
完成毕业设计任务书及开题报告
2013.10.9-2013.10.15
完成毕业设计的摘要和前言
2013.10.16-2013.10.25
完成总体的设计方案，中期检查
2013.10.26-2013.11.23
完成设计的各个部分，提交毕业设计初稿
2013.11.24后
准备毕业答辩
五、指导教师意见：
指导教师签名：
年月日
六、系部意见：
系主任签名：
年月日
摘要
太阳能现如今已经在各个领域得到了广泛的运用，而且随着太阳能电池的发展，现在的太阳能电池的光电转化效率逐步提升，而且体积越来越小，非常适合作为便携设备的供电系统。
此设计的主要目的就是为了结合太能能电池的特性与设计电路特性，制造出稳定，便携的太阳能移动电源。
此设计主要是通过太阳能电池板，将太阳能转化为电能，然后利用芯片实现直流/直流降压，从而可以将太阳能电池转化的电能经过转换，成为稳定的可供移动设备安全使用的电流，并采用ADC0809芯片进行数模转换，传递给AT89S52单片机，通过程序的控制，让充电的电压和电流显示在液晶屏上，并能在电池充电完成后自动停止充电。
再运用7812和7805芯片将太阳能输入的电压幅值降至5V左右，为单片机供电。
关键词：
数模转换设备ADC0809；AT89S52单片机；降压电路
第1章.前言
基于太阳能的移动电源具有节能、环保、安全、方便、寿命长、适用广等特点，十分具有价值。
它的永久性、灵活性、干净清洁等优点给新能源开发带来了无限的创新空间，其采用太阳光能，无需市电，无后期运行费用，节约用电，是国家大力推广使用的绿色环保节能能源，它可任意安装，不受位置限制，安装使用简单，哪里有阳光哪里就有电，其科技含量高，技术先进，故障率低，基本免维护，维修量极少，操作简单，只要轻轻一按就有电源输出。
当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，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。
太阳能电池是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转移反应产生电能的，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：
硅太阳能电池、以无机盐多元化合物为材料的电池、纳米晶太阳能电池等。
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。
1.1太阳能电池工作原理
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。
太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。
这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光-热-电转换方式，另一种是光-电直接转换方式。
1.2设计内容及思路
本充电器通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，转化来的电能主要供两部分电路使用：
1、通过7812和7805芯片将太阳能输入的高幅值电压降低为5V，从而为单片机供电。
2、经过DC/DC变换电路处理后，由充电电路为负载供电。
本电路采用的是开始恒流快速充电，待电池电压上升到设定值时，自动转入恒压充电的方式，并且这样有利于保存电池容量。
充电过程中采用发光二级管进行指示，系统中设计有完备的过压保护，避免因电池过度充电而损坏。
由DC/DC变换电路转换而来的信号传输给ADC0809信号，进行数模转换，再将所得的数字信号传递给单片机，通过程序的控制，使液晶屏显示充电电流和电压。
另外，选用了光耦合器来控制继电路，从而很好地将单片机与外界电路隔离，避免单片机控制部分受到一定的影响，而且当用电器充电达到设定的幅值后，可以利用继电器将电路断开，从而起到保护电路和用电器的作用。
文中介绍设计的太阳能移动电源，与普通的移动电源相比，它的特殊之处除了能源的供应来自太阳能电池板外，还充分利用了单片机的智能性，设有完备的电压电流检测保护电路，并通过显示电路显示电路状态，通过功能键可以灵活的选择电路输出，为不同的电子产品提供充电。
把太阳能电池板放在一个有阳光的地方，即可以为一般电源提供一个方便的太阳能充电点。
这种便捷的太阳能充电器几乎可以在任何地方补充电力，从而获得通信的自由。
第2章设计方案及原理
如图2-1所示，由太阳能输入的电压分为两部分使用，一部分经过单片机供电电路，将电压降至5V，从而驱动单片机，使其工作，通过单片机的程序控制显示电路的显示；另一部分电压通过DC/DC降压模块将电压降低，供外界用电器充电使用，同时将DC/DC降压模块的输出电压传送给ADC0809芯片，完成数模转换的功能，再将转换成的数字信号传递给单片机，通过单片机的控制，利用继电器实现光电耦合，将单片机和外围电路隔离，同时利用单片机内的程序控制显示屏，将输出电压和电流显示出来。
图2.1 设计框架图
第3章硬件设计
1.3单片机供电电路
1.3.1电源稳压器
该部分电源稳压器件选用的是7805和7812芯片，78系列集成稳压器是常用的固定正输出电压的集成稳压器，输出电压有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等规格，最大输出电流为1.5A。
7805输出电压为5V，7812输出电压为12V。
78系列是三端稳压集成电路，且为有正电压输出。
这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。
它的样子像是普通的三极管。
用78系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，采用了噪声低、温度漂移小的基准电压源，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。
该系列集成稳压IC型号中的78后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7805表示输出电压为正5V，7812表示输出电压为正12V。
在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。
当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。
7805典型应用电路图：
78系列集成稳压器的典型应用电路如图3-1所示，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。
IC采用集成稳压器7805，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。
当输出电流较大时，7805应配上散热板。
图3.1 78系列集成稳压器的典型应用电路
1.3.2电路设计
单片机对电源质量要求严格，只有波形稳定清晰的电源才能使单片机上电复位，否则无法上电复位，晶振不能起振，单片机就不工作。
单片机电源使用5V电压，因此需要将太阳能转换来的电压经过降压和稳压后才能供单片机使用。
如图2-2所示，该部分电路由7805和7812芯片组成，将太阳能输入的较高幅值的3电压转换为5V左右的电压，用于给单片机供电。
当太阳能输入电压正常时，左边的二极管导通，正常发光；当为单片机提供的工作电压正常时，右边的二极管导通，正常发光。
单片机供电电路的主要功能是将太阳能电池板转化的直流电经过7812的初步降压，然后由7805再次稳压供给单片机使用，78系列稳压芯片性能稳定，属于集成稳压芯片的较常用系列，同时其价格低廉并能实现系统要求，所以其被选用。
电路中所连接的电容为滤波的作用。
图3-2 单片机供电电路原理图
1.4基于AT89S52单片机的液晶显示控制电路
1.4.1AT89S52单片机
按照功能，AT89S52的引脚可分为主电源、外界晶振或振荡器、多功能I/O口，以及控制、选通和复位四类。
尽管均可作普通I/O口用，但P0~P3口的结构和驱动能力有所不同：
P1、P2、P3是内部带上拉电阻的8位准双向口，不必外接上拉电阻，每个端口可带4个TTL；P0口是开漏结构的8位准双向口，作普通I/O口时必须外接上拉电阻，每个端口可带8个TTL负载。
引脚复用功能P0、P2口为普通I/O口和总线复用口，P1的部分和P3的全部端口具有第二功能。
AT89S52的I/O口具有自动识别特性。
即P0、P2口的总线复用和P1、P3口的第二功能，都是由单片机内部自动选择的，不需要使用者通过指令去设定。
AT89S52可外接晶振或振荡器，频率范围0~33MHz，外接振荡器时XTAL2浮空，该电路图中，我选择接入了一个12M的晶振，以实现晶体振荡电路。
1.4.212864显示屏
表3-1显示屏的接口说明
管脚号
名称
LEVEL
功能
1
VSS
0V
电源地
2
VDD
+5V
电源正（3.0V-5.0V）
3
V0
—
对比度（亮度）调整
4
CS
H/L
模组片选端，高电平有效
5
SID
H/L
串行数据输入端
6
CLK
H/L
串行同步时钟：
上升沿时读取SID数据
15
PSB
L
L：
串口方式
17
RESET
H/L
复位端，低电平有效
19
A
VDD
背光源电压+5V
20
K
VSS
背光源负载0V
图3-3 12864工作原理方框图
显示屏的接口说明如表3-1所示。
12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。
可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示。
低电压低功耗是其又一显著特点。
由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块，工作原理方框图如图3-3所示。
1.4.3电路设计
单片机的连接原理图如图3-4所示，本模块电路主要负责在给外部用电器充电时,将用电器的电压和电流显示出来，其次可以通过按键，根据所充用电器的具体型号，设置最大幅值充电电压，当太阳能充电器充至所设置的幅值时，电路自动断开，不再为外界用电器供电。
显示屏选用的是12864，其自带字库使用方便，能够节省单片机资源，与1602相比其面积大，显示的内容更加丰富。
本系统的显示内容较多，并且基本运用的都是中文字符，其能够更清晰准确的完成系统的调整、校准和显示任务。
图3-4 单片机连接原理图
单片机中，由于该电路无外扩程序存储器和数据存储器，所以31引脚EA应接高电平。
按键接在电源和9口上，完成了电路的复位功能，由于复位时高电平有效，在本电路中，当刚接上电源的瞬间，复位按键所接的电容两端相当于短路，即相当于给RESET引脚一个高电平，等充电结束时（这个时间很短暂），电容相当于断开，这时已经完成了复位动作。
该电路中P0口用于接收由ADC0809芯片转换来的数字信号，P1.0用于控制继电器的开断，P2.0~2.3用于控制液晶显示屏，P2.4~2.7用于控制按钮，调节幅值上限，P3.0~3.2为地址输入端，P3.3~3.7用于控制ADC0809芯片。
1.5数模转换电路
1.5.1ADC0809芯片
ADC0809是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。
利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。
1、内部结构和外部引脚
ADC0809的内部结构和外部引脚如下图所示。
内部各部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然，在此就不再赘述，下面仅对各引脚定义分述如下：
图3-5 ADC0809内部结构框图
地址
选中通道
ADDC
ADDB
ADDA
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
IN0
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
表3-1 地址信号与选中通道的关系
（a）、IN0～IN7——8路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。
（b）、D7～D0——A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。
8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。
（c）、ADDA、ADDB、ADDC——模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。
地址信号与选中通道对应关系如上表所示。
（d）、VR（+）、VR（-）——正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。
在单极性输入时，VR（+）=5V，VR（-）=0V；双极性输入时，VR（+）、VR（-）分别接正、负极性的参考电压。
（e）、ALE——地址锁存允许信号，高电平有效。
当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。
在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。
（f）、START——A/D转换启动信号，正脉冲有效。
加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始A/D转换。
如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。
（g）、EOC——转换结束信号，高电平有效。
该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。
该信号可作为被CPU查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。
在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。
（h）、OE——输出允许信号，高电平有效。
当微处理器送出该信号时，ADC0809的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。
在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。
2、工作时序与使用说明
ADC0809的工作时序下图所示。
当通道选择地址有效时，ALE信号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随ALE之后（或与ALE同时）出现。
START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位，在该上升沿之后的2μs加8个时钟周期内（不定），EOC信号将变低电平，以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后EOC再变高电平。
微处理器收到变为高电平的EOC信号后，便立即送出OE信号，打开三态门，读取转换结果。
图3-6 ADC0809工作时序
模拟输入通道的选择可以相对于转换开始操作独立地进行（当然，不能在转换过程中进行），然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成（因为ADC0809的时间特性允许这样做）。
这样可以用一条写指令既选择模拟通道又启动转换。
在与微机接口时，输入通道的选择可有两种方法，一种是通过地址总线选择，一种是通过数据总线选择。
如用EOC信号去产生中断请求，要特别注意EOC的变低相对于启动信号有2μs+8个时钟周期的延迟，要设法使它不致产生虚假的中断请求。
为此，最好利用EOC上升沿产生中断请求，而不是靠高电平产生中断请求。
3、工作原理
电压电流的A/D采集是逐次逼近原理进行模-数转换的器件。
ADC0809的采样分辨率为8位，其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成（如图3-7所示）。
多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。
三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
图3.7 ADC0809内部结构图
8条模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量要求：
信号单极性，电压范围是0-5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。
地址输入和控制线：
ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。
当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A、B、C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。
A、B和C为地址输入线，用于选通IN0-IN7上的一路模拟量输入。
数字量输出及控制线：
ST为转换启动信号，当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。
EOC为转换结束信号。
当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。
OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。
OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。
D7~D0为数字量输出线。
CLK为时钟输入信号线。
因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（+），VREF（-）为参考电压输入。
本设计中用单片机的P0口接收来自0809的转换数据，P3.0、P3.1、P3.2依次接在0809的A、B、C地址线，P3.3和P3.4通过或非门接在0809的OE端，P3.4和P3.5通过或非门接START和ALE端，P3.6通过或门接EOC端，时钟信号由单片机的ALE端经74HC74触发器二分频后提供，单片机采用12MHz晶振，ALE端经二分频后为500KHz。
ADC0809具体工作过程为：
首先P3.0、P3.1、P3.3输入3位地址，并使P3.4和P3.5低电平输出，将地址存入地址锁存器中，同时令START发出进行A/D转换的信号，此时地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器进行数模转换。
之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。
直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请，而触发单片机动作准备接收数据，这时使P3.3变为低电平输出低电平，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上，单片机读取P0口然后做下一步处理操作。
1.5.274HC74芯片
74HC74是一款高速CMOS器件，它是双路D型上升沿触发器，带独立的数据（D）输入、时钟（CP）输入、设置（SD）和复位（RD）输入、以及互补的Q和Q非输出。
设置和复位为异步低电平有效，且不依赖于时钟输入。
74HC74数据输入口的信息在时钟脉冲的上升沿传输到Q口。
为了获得预想中的结果，D输入必须在时钟脉冲上升沿来临之前，保持稳定一段就绪时间。
74HC74的工作电压范围为：
2.0～6.0V，其具有阻抗对称输出、高抗扰、低功耗、ESD保护等特性。
1.5.3电路设计
AT89S52单片机没有内置的A/D转换模块，因此采集的电压需要经A/D转换才可接入单片机。
如图3-8所示，模数转换的功能就是将太阳能光伏电池板产生的电压转化为数字信号方便单片机读取数据并对外围电路进行控制，此模块电路只要有ADC0809，74HC02、74HC74组成，其中74HC02是由各或非门集成的芯片，此模块性能稳定。
本系统主要利用AD采集电压和电流信号，时钟口连接，方便程序的编写，74HC74主要的作用是将单片机30引脚的ALE频率进行多次分频，最后转化为可供ADC0809使用的500KHz信号。
ADC0809的最大测量电压是5V，本电路在测量高电压时采用电阻分压方式，间接测量高电压。
图3.8 数模转换原理图
1.6DC/DC降压模块
1.6.1MC34063芯片
MC34063是一种开关型高效DC/DC变换集成电路。
它的内部含有具有温度补偿的基准电压源、比较器、具有限电流电路的占空比可控的振荡器、驱动器和大电流输出开关管。
另外，它的内部还设有大电流的电源开关，34063能够控制的开关电流达到1.5A，参考电压源是温度补
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