基于单片机的太阳能充电器的设计.doc

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毕业设计（论文）

课题名称基于单片机的太阳能充电器的设计

学生姓名

学号

系、年级专业

指导教师

职称

2013年05月20日

邵阳学院本科毕业设计（论文）

摘要

随着环境保护意识的增强，寻求洁净能源的现实问题也日益显现出来。

具有清洁可再生的太阳能已经越来越受到人们的关注。

本文提出了一个基于单片机的太阳能充电器的设计，它不但能环保节能，还可以在没有电源充电时对手机进行应急充电。

喜欢外出或游玩的人通常会有手机没电的经历，提供充电的地方也不会到处都有，因此会出现手机因没有电无法正常使用的情况。

本次毕业设计介绍一种通过单片机控制的太阳能手机充电器，它能将太阳能通过电路变换成稳定的直流电从而给手机充电，还可以在电池充好电以后有自动停止充电的功能，并且能当作一般的直流电源，让我们减弱对市电的依靠，从而得到通信的自由。

与传统的充电器对比，太阳能充电器的优势日益发挥出来。

关键词：

太阳能电池板；单片机；光伏发电技术；智能充电

II

邵阳学院本科毕业设计（论文）

Abstract

Withtheenhancementofenvironmentalconsciousness，issuesconcerningfindingnewclearenergysourceareturningup.Beingcleanandrecyclable,Solarenergyhasgainedmoreandmoreattention.ThisPaperintroducesasolarchargerdesignwhichisbasedonsingle-chipMicrocontrollers.Itcannotonlyprotecttheenvironmentandsaveenergy,butalsoemergencychargeformobilephone.

Peoplewhogooutandtravelalothavetheexperienceofrunningoutitscellphonepower,Providechargingplacenorareeverywhere,sothephoneswillappearbecauseofnoelectricitycan'tnormaluse.thispaperintroducesasolarcellphonechargercontrolledbysingle-chipmicrocomputer.Itcanconvertthesolarenergyintostabledirectcurrentthroughcircuitsoastochargethecellphone.Itfeaturesthefunctiontostopchargingoncethebatteryisfullycharged.Besidesitcanbeusedasageneraldirectcurrentpower,lighteningourrelyingonthecommercialelectricitytoobtainthefreedomofcorrespondence.Withsomanyadvantagesoverthetraditionalchargers,thesolarchargerwillplayanincreasingroleinthefutures.

Keywords:

solarenergybattery；singlechip；solarenergy；intelligentcharge

邵阳学院本科毕业设计（论文）

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

1绪论 1

1.1本课题研究背景及现状 1

1.2课题设计思想 1

1.3论文结构 2

2基于单片机的太阳能充电器系统总体方案设计 3

2.1设计方案一 3

2.2设计方案二 3

2.3基于单片机的太阳能充电器的设计的总体设计方案 4

3基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计 5

3.1太阳能电池板的选用 5

3.2LM7805稳压电路 5

3.3充电主电路的设计 6

3.4信号采集处理电路 7

3.6单片机AT89C51介绍 8

3.7单片机电路 10

3.7.1单片机复位电路 10

3.7.2单片机时钟电路 10

3.7.3单片机A/D转换电路 11

3.7.4按键电路 12

3.7.5数码管显示电路 13

3.8锂电池充电原理 14

4基于单片机的太阳能充电器系统的软件设计 15

4.1设计思想 15

4.2基于单片机的太阳能充电器系统的整体程序设计 16

4.3基于单片机的太阳能充电器系统的子程序的设计 16

4.3.1电路启动初始化 16

4.3.2按键采集程序 17

4.3.3数据采集及模数转换程序 18

4.3.4数码管显示子程序 19

4.3.5充电子程序的设计 20

4.3.6电源子程序的设计 21

5仿真与调试 22

5.1充电电路仿真 22

5.2电流采样处理电路仿真 22

5.3系统做直流电源使用时电路仿真图 22

5.4系统做充电器使用时仿真结果 23

总结与展望 26

参考文献 27

附录A整体电路图 28

附录B整体程序 29

致谢 39

邵阳学院本科毕业设计（论文）

1绪论

1.1本课题研究背景及现状

当代社会随着一些不可再生资源如煤炭，石油等日益减少，使得各国社会经济越来越受能源问题的约制，因此许多国家开始逐渐的实行“阳光计划”，开发洁净的能源如太阳能，用以成为本国经济发展的新动力。

首先让我们想到的是太阳能电池，因为它不会消耗水，燃料等物质，并且不会释放任何对环境有污染的气体，是直接通过太阳光与材料的相互作用释放出电能，这种无污染资源对环境的保护有着相当重要的意义[1]。

由于无公害的作用，目前世界太阳能电池产业已经出具规模，1995年到2004年的十年内平均年增长率达到30%以上。

随着新型太阳能电池的涌现，以及传统硅电池的不断革新，新的概念已经开始在太阳能电池技术中显现，从某种意义上讲，预示着太阳能电池技术的发展趋势[2]。

世界各国对光伏发电也越来越重视，目前全世界已超过一百个国家使用光伏发电系统，其中以欧洲为代表的发达国家为主，占总市场的80.1%,早在09年的时候，世界各国总的光伏新加装机容量接近800万千瓦，截至当年低，世界光伏装机容量总共接近2700万千瓦[3]。

随着并网光伏发电市场的迅速发展，让它受到了世界各地的关注。

目前，太阳能电池的应用已经逐渐广泛得到推广，众所周知，沙漠地区由于气温特别高，因此最具有大规模开发太阳能的潜力，这使得沙漠等偏远地区对其的使用更加方便，并且能减低甚至节省昂贵的输电线路，从长远发展状况来看，随着改善太阳能电池制造技术和新的光-电转换装置发明，国家环保和清洁能源，光伏发电系统和太阳能发电的巨大需求恢复将继续利用太阳辐射能比较实用方法，这可以为人类以后能使用太阳能提供了广阔的开辟前景[4]。

当代社会太阳能手机充电器得到了一定的使用，它具有运用方便，环保，节能，格外使用于应急场合，高效率充电，性价比较高，让大家无论身处何处，都不会受到手机没电的困扰[5]。

借此太阳能手机充电器的众多优点，因此提出本课题。

1.2课题设计思想

基于单片机的太阳能充电器的设计是本次探导的课题。

首先，由于太阳能电池板的电压会随太阳光的强度波动，强烈的太阳光的太阳能电池板的电压是高的数，当太阳光弱的强度，所述太阳能电池板的输出电压低时，从太阳能电池板的输出到稳定的电压[6]。

本设计采用了稳压器LM7805，LM7805输出端口可以输出稳定的5V电压，因为电力可以用于单芯片和其它芯片，其次，作为下一个电源电压转换电路。

第二，考虑到电池的充电过程的电压要求各不相同，不能简单稳定的直流输出，因此提出了利用DC/DC转换器电路的，通过控制关断时间的占空比，以调节输出电压。

SCM是控制中心，在控制信号产生电路是由充电过程的一个外部状态产生的，外部充电电压的比较信号和充电电流与理想充电过程中，占空比调节。

单个微控制器设计用于该目的，所述电压检测电路和一个电流检测电路，并且为了方便用户知道系统的状态，设计设置在显示模块和指标。

1.3论文结构

本论文第一部分介绍了当前的形势和太阳能电池和太阳能光伏发电系统，本研究的背景，并提出了设计思路的发展前景；第二部分论述整个系统的设计方案；第三部分介绍了系统的硬件电路设计；第四部分进行了系统软件设计；第五部分进行了系统仿真分析；第六部分分析了该设计的成果和前景。

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邵阳学院本科毕业设计（论文）

2基于单片机的太阳能充电器系统总体方案设计

2.1设计方案一

方案一方框图如图2.1所示

DC/DC转换

单片机

按键

显示

手机电池

太阳能电池板

图2.1方案一方框图

该程序使用的DC/DC转换电路，将太阳能电池板输出的电压变换为需要的电压值给手机电池充电，同时单片机可以控制电路变换，还可采用按键设定某些值，有显示部分，可以设定为显示电路状态。

可以从该图中的框图中可以看出，该程序能够控制DC/DC变换器电路，显示模块，但该程序是没有实时检测的外部电路，而不是用DC/DC实时控制根据外部电路的条件转换电路。

2.2设计方案二

借于方案一存在的缺点，所以在此提出第二种方案，方案二方框图如下图2.2。

DC/DC转换

单片机

按键

手机电池

太阳能电池板

PWM芯片

模数转换

显示

图2.2方案二方框图

如从图2可以看出，以弥补设计用于检测电路的状态的方案的缺点，并通过模拟转换到数字的转换模块的信号到微控制器。

PWM控制芯片微控制器可以产生施加PWM波转换电路的控制主要模块和显示模块，但此次方案是将生成PWM部分用芯片替换，这使得电路复杂硬件部分的设计，它是更好地使用软件允许硬件电路简单，而且还能充分利用单片机的功能。

2.3基于单片机的太阳能充电器的设计的总体设计方案

综合以上两种方案提出本次设计的整体设计框图如下图2.3所示。

DC/DC转换

单片机

按键

手机电池

太阳能电池板

模数转换

显示

图2.3整体设计框图

相对于前两种方案，此整体方案显示的优点，不仅能对充电电路进行检测，单片机还可以根据充电电路的关键电路的信号处理后的分析来检测的情况进行控制可以选择系统可以实现功能。

显示电路可以显示用于实现本方案的电路中，PWM控制信号的工作状态，从而使硬件电路非常简单，节省资源，提高系统的性能。

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3基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计

3.