基于51單片機的多用太陽能手機充電器論文(已修改)

　

【正文】 摘 要化石能源的日益枯竭、人們對環(huán)境保護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，因此有著廣闊的應用前景，光伏發(fā)電技術也越 來越受到人們的關注，隨著光伏組件價格的不斷降低和光伏技術的發(fā)展，太陽能 光伏發(fā)電系統(tǒng)將逐漸由現(xiàn)在的補充能源向替代能源過渡。 使用手機的人都有過這樣的經(jīng)歷，外出或旅游時電池突然沒電了，因不能及 時找到或沒有 220V 市電而無法給手機充電，影響了手機的正常使用。為了解決 這一問題，本課程設計介紹一種多用太陽能手機充電器，利用單片機控制，將太 陽能經(jīng)過電路變換為穩(wěn)定直流電給手機充電， 并能在電池充電完成后自動停止充 電，還可作為一般直流電源使用，從而擺脫對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。 關鍵詞：太陽能，電池，單片機，智能，BUCK 變換器 1 緒論 本課題的研究背景 當電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制 約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸時，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”， 開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟發(fā)展的新動力。 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，是對環(huán)境 無污染的可再生能源。這對改善生態(tài)環(huán)境、緩解溫室氣體的有害 hk 作用具 有重大意義。 目前，太陽能電池的應用已從軍事領域、航天領域進入工業(yè)、商業(yè)、 農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設施等部門，尤其可以分散地在邊遠地區(qū)、 高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價很貴的輸電線路。但是，從長遠來看，隨著太陽能電池制造技術的改進以及新的光—電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明， 各國對環(huán)境的保護和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用 太陽輻射能比較切實可行的方法，可為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟 廣闊的前景。 硅太陽能電池及參數(shù) 硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、 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，技術也最為成熟。在實驗室 里最高的轉(zhuǎn)換效率為 %，規(guī)模生產(chǎn)時的效率為 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，其實驗室最高轉(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，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實際應用。 硅太陽能電池片常用的為單晶 125 大倒角，其尺寸為 125mm*125mm，對角 線 150mm，功率 ，工作電壓 ，工作電流 ，開路 電壓 ，短路電流 。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 年中國平均效率為 %。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)電項目。 本課題研究的主要內(nèi)容 本充電器通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過 DC/DC 變換電路處 理后，由充電電路為負載供電。鋰電池一般不宜采用全過程恒流充電方式，而是采取開始恒流快速充電， 待電池電壓上升到設定值時， 自動轉(zhuǎn)入恒壓充電的方式， 并且這樣有利于保存電池容量。充電過程中采用 LED 燈、數(shù)碼管指示，系統(tǒng)中 設計有完備的過流過壓保護，避免因電池過度充電而損壞，并且充電器采用模塊 式結(jié)構(gòu)和 USB 接口，可對手機、MP攝像機等多種數(shù)碼產(chǎn)品充電。 文中介紹設計的太陽能手機充電器，與普通的手機充電器相比，它的的特殊 之處除了能源的供應來自太陽能電池板外，充分利用單片機的智能性，設有完備 的電壓電流檢測保護電路，并通過顯示電路顯示電路狀態(tài)，通過功能鍵可以靈活 的選擇電路輸出，為不同的電子產(chǎn)品提供電源。把太陽能電池板放在一個有陽光 的地方，即可以為手機提供一個方便的太陽能充電點。這種便捷的太陽能充電器 幾乎可以在任何地方補充電力，從而獲得通信的自有。 2 太陽能手機充電器硬件設計 系統(tǒng)總體設計方案 太陽能電池在使用時由于太陽光的變化較大，其內(nèi)阻又比較高，因此輸出電 壓不穩(wěn)定，輸出電流較小，這就需要用充電控制電路將電池板輸出的直流電壓變 換后供給電池充電。當光線條件適宜時，通過太陽能電池板吸收太陽光，將光能 轉(zhuǎn)換為電能。由于充電器多采用大電流的快速充電法，在電池充滿后如果不及時 停止會使電池發(fā)燙，過度的充電會嚴重損害電池的壽命。這就需要一個復雜的控 制系統(tǒng)，51 系列單片機時當前使用最為廣泛的 8 位單片機系列，其豐富的開發(fā) 資源和較低的開發(fā)成本，是 51 系列單片機現(xiàn)在以至將來都會有強大的生命力。 本系統(tǒng)將采用 89C51 做為充電電路的控制器，從而以較低的成本輕松實現(xiàn)復雜 的充電智能控制，同時也可以為其他小型電子產(chǎn)品提供潔凈的直流電源。本系統(tǒng) 總體設計方案如圖 1 所示，通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，由單片機編程實現(xiàn) PWM 波控制開關管從而實現(xiàn)輸出電壓電流的改變， 通過顯示電路顯示輸 出狀態(tài)及大小，由 ADC0809 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及轉(zhuǎn)換并傳給單片機做判斷處理， 從而實現(xiàn)電路的智能輸出與控制。 太陽能電池板的選用 太陽能電池板是太陽能供電系統(tǒng)工作的基礎，是該充電器的核心部分，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)碼設備種類較多，所需電 壓電流不等，對于輸入功率較大的設備，必須采用面積較大的電池板，而這又給 攜帶帶來不便。因此該設計采用模塊式組合，根據(jù)不同充電負載的需要，將太陽 能板進行組合以達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、MP3 等常用小功率用電設備為例，說明其太陽能充電器的設計過程。 所選用的太陽能電池板技術參數(shù)指標如下： 尺寸 120mm45mm， 峰值電壓 6V， 峰值電流 100mA， 標稱功率 。 考慮被充電池的電流不同所需充電時間不等， 采用八塊相同參數(shù)電池板進行串、并聯(lián)，實測電池板的輸出電壓最大值為 , 電流最大可達 450mA，總標稱功率為 5W 左右,實際輸出可根據(jù)不同的被充電對 象進行平滑調(diào)整[7]。 LM7805 應用 圖 2 LM7805 典型應用電路單片機電源電路的設計以三端集成穩(wěn)壓器 LM7805 為核心， 它屬于串聯(lián)穩(wěn)壓 電路，其工作原理與分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓電源相同。圖 2 是三端穩(wěn)壓集成電路 LM7805 的典型應用電路，三端集成穩(wěn)壓器設置的啟動電路，在穩(wěn)壓電源啟動后 處于正常狀態(tài)時，啟動電路與穩(wěn)壓電源內(nèi)部其他電路脫離聯(lián)系，這樣輸入電壓變 化不直接影響基準電路和恒流源電路，保持輸出電壓的穩(wěn)定。電路中 Ci 的作用 是消除輸入連線較長時其電感效應引起的自激振蕩，減小紋波電壓，～1μF 之間，本文 Ci 選用 ；在輸出端接電容 Co 是用于消除電路 高頻噪聲，改善負載的瞬態(tài)響應，一般取 左右，本文 Co 即選用 。 一般電容的耐壓應高于電源的輸入電壓和輸出電壓。另外，為避免輸入端斷開時 Co 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