基于單片機的太陽能充電器的設(shè)計

1、山東交通學(xué)院課程設(shè)計山東交通學(xué)院課程設(shè)計報告課 題 名 稱 基于單片機的太陽能充電器的設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 傅傳銀 唐飛翔 學(xué) 號 140818108 140818110 專 業(yè) 電子信息工程（信職141）指 導(dǎo) 教 師 張波 2016年06月26日山東交通學(xué)院課程設(shè)計1 緒論1.1 本課題研究背景及現(xiàn)狀當(dāng)代社會隨著一些不可再生資源如煤炭，石油等日益減少，使得各國社會經(jīng)濟越來越受能源問題的約制，因此許多國家開始逐漸的實行“陽光計劃”，開發(fā)潔凈的能源如太陽能，用以成為本國經(jīng)濟發(fā)展的新動力。首先讓我們想到的是太陽能電池，因為它不會消耗水，燃料等物質(zhì)，并且不會釋放任何對環(huán)境有污染的氣體，是直接通過太

2、陽光與材料的相互作用釋放出電能，這種無污染資源對環(huán)境的保護有著相當(dāng)重要的意義1。由于無公害的作用，目前世界太陽能電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)出具規(guī)模，1995年到2004年的十年內(nèi)平均年增長率達(dá)到30%以上。隨著新型太陽能電池的涌現(xiàn)，以及傳統(tǒng)硅電池的不斷革新，新的概念已經(jīng)開始在太陽能電池技術(shù)中顯現(xiàn)，從某種意義上講，預(yù)示著太陽能電池技術(shù)的發(fā)展趨勢2。世界各國對光伏發(fā)電也越來越重視，目前全世界已超過一百個國家使用光伏發(fā)電系統(tǒng)，其中以歐洲為代表的發(fā)達(dá)國家為主，占總市場的80.1%,早在09年的時候，世界各國總的光伏新加裝機容量接近800萬千瓦，截至當(dāng)年低，世界光伏裝機容量總共接近2700萬千瓦3。隨著并網(wǎng)光伏發(fā)電市

3、場的迅速發(fā)展，讓它受到了世界各地的關(guān)注。目前，太陽能電池的應(yīng)用已經(jīng)逐漸廣泛得到推廣，眾所周知，沙漠地區(qū)由于氣溫特別高，因此最具有大規(guī)模開發(fā)太陽能的潛力，這使得沙漠等偏遠(yuǎn)地區(qū)對其的使用更加方便，并且能減低甚至節(jié)省昂貴的輸電線路，從長遠(yuǎn)發(fā)展?fàn)顩r來看，隨著改善太陽能電池制造技術(shù)和新的光 - 電轉(zhuǎn)換裝置發(fā)明，國家環(huán)保和清潔能源，光伏發(fā)電系統(tǒng)和太陽能發(fā)電的巨大需求恢復(fù)將繼續(xù)利用太陽輻射能比較實用方法，這可以為人類以后能使用太陽能提供了廣闊的開辟前景4。當(dāng)代社會太陽能手機充電器得到了一定的使用，它具有運用方便，環(huán)保，節(jié)能，格外使用于應(yīng)急場合，高效率充電，性價比較高，讓大家無論身處何處，都不會受到手機沒電的

4、困擾5。借此太陽能手機充電器的眾多優(yōu)點，因此提出本課題。1.2 課題設(shè)計思想基于單片機的太陽能充電器的設(shè)計是本次探導(dǎo)的課題。首先，由于太陽能電池板的電壓會隨太陽光的強度波動，強烈的太陽光的太陽能電池板的電壓是高的數(shù)，當(dāng)太陽光弱的強度，所述太陽能電池板的輸出電壓低時，從太陽能電池板的輸出到穩(wěn)定的電壓6。本設(shè)計采用了穩(wěn)壓器LM7805 ， LM7805輸出端口可以輸出穩(wěn)定的5V電壓，因為電力可以用于單芯片和其它芯片，其次，作為下一個電源電壓轉(zhuǎn)換電路。第二，考慮到電池的充電過程的電壓要求各不相同，不能簡單穩(wěn)定的直流輸出，因此提出了利用DC / DC轉(zhuǎn)換器電路的，通過控制關(guān)斷時間的占空比，以調(diào)節(jié)輸出電

5、壓。 SCM是控制中心，在控制信號產(chǎn)生電路是由充電過程的一個外部狀態(tài)產(chǎn)生的，外部充電電壓的比較信號和充電電流與理想充電過程中，占空比調(diào)節(jié)。單個微控制器設(shè)計用于該目的，所述電壓檢測電路和一個電流檢測電路，并且為了方便用戶知道系統(tǒng)的狀態(tài)，設(shè)計設(shè)置在顯示模塊和指標(biāo)。 2 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 設(shè)計方案一方案一方框圖如圖2.1所示DC/DC轉(zhuǎn)換單片機按鍵顯示手機電池太陽能電池板圖2.1方案一方框圖該程序使用的DC / DC轉(zhuǎn)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電池充電，同時單片機可以控制電路變換，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)。

6、可以從該圖中的框圖中可以看出，該程序能夠控制DC / DC變換器電路，顯示模塊，但該程序是沒有實時檢測的外部電路，而不是用DC / DC實時控制根據(jù)外部電路的條件轉(zhuǎn)換電路。2.2 設(shè)計方案二借于方案一存在的缺點，所以在此提出第二種方案，方案二方框圖如下圖2.2。DC/DC轉(zhuǎn)換單片機按鍵手機電池太陽能電池板PWM芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換顯示圖2.2 方案二方框圖如從圖2可以看出，以彌補設(shè)計用于檢測電路的狀態(tài)的方案的缺點，并通過模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的轉(zhuǎn)換模塊的信號到微控制器。 PWM控制芯片微控制器可以產(chǎn)生施加PWM波轉(zhuǎn)換電路的控制主要模塊和顯示模塊，但此次方案是將生成PWM部分用芯片替換，這使得電路復(fù)雜硬件部分的

7、設(shè)計，它是更好地使用軟件允許硬件電路簡單，而且還能充分利用單片機的功能。2.3基于單片機的太陽能充電器的設(shè)計的總體設(shè)計方案綜合以上兩種方案提出本次設(shè)計的整體設(shè)計框圖如下圖2.3所示。DC/DC轉(zhuǎn)換單片機按鍵手機電池太陽能電池板模數(shù)轉(zhuǎn)換顯示圖2.3 整體設(shè)計框圖 相對于前兩種方案，此整體方案顯示的優(yōu)點，不僅能對充電電路進行檢測，單片機還可以根據(jù)充電電路的關(guān)鍵電路的信號處理后的分析來檢測的情況進行控制可以選擇系統(tǒng)可以實現(xiàn)功能。顯示電路可以顯示用于實現(xiàn)本方案的電路中，PWM控制信號的工作狀態(tài)，從而使硬件電路非常簡單，節(jié)省資源，提高系統(tǒng)的性能。 3 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1太陽能電

8、池板的選用太陽能電池板是通過吸收太陽光，將太陽輻射能通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接或間接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，大部分太陽能電池板的主要材料為“硅”，但因制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。硅太陽能電池分為晶體硅電池板,非晶硅電池板等幾種。單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，最高通常可以達(dá)到24%，它是所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，但制作成本很大，以致于它還不能被普遍地使用,因為單晶硅通常會用鋼化玻璃和防水樹脂包裝起來，所以會十分耐用，通常能用十幾年，最長可以用25年。多晶硅太陽電池的制作過程與單晶的差不多，可相對而言起光電轉(zhuǎn)換效率要比單晶降低很多，其效率大概在1

9、2%左右 (其中世界上最高的多晶硅轉(zhuǎn)換效率為14.8%)7。但如果我們從制作費用上來講，多晶硅的由于制造簡單，節(jié)能節(jié)電，因此其生產(chǎn)費用就會降低不少，從而得到了一定的發(fā)展。另外，其使用年限沒有單晶硅太陽能電池那么長。如果從性價比來說，自然是單晶硅太陽能電池還略好。接下來我們說下非晶硅太陽電池，它是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽電池，其制造過程得到了很多簡化，對硅材料的使用很少，電耗也更低，它突出的優(yōu)點是在很多情況下都能發(fā)電包括弱光時候。但它也有一定的問題，就是光電轉(zhuǎn)換效率相對而言偏低，就算國際上的先進水平也只大約在10%，不夠穩(wěn)定，時間越久，其轉(zhuǎn)換效率會衰減。根據(jù)所需要的不同數(shù)目的太陽能電池，其

10、轉(zhuǎn)換效率是通過光，溫度和結(jié)晶型太陽能電池的制造工藝和其他因素的影響，2010年中國平均效率接近為18%，一般的太陽能電池電壓有很多種，其主要用于太陽能發(fā)電。太陽能電池板的太陽能發(fā)電系統(tǒng)是其工作的基礎(chǔ)，是充電器的第一部分，其功能是將太陽光轉(zhuǎn)為電能，如今更多種類型的便攜式數(shù)字設(shè)備，電壓和電流范圍所需的輸入功率較大的器件，面積較大，必須使用太陽能電池板，這給了攜帶不便。因此，模塊化設(shè)計的組合，可根據(jù)不同的負(fù)載充電需求，太陽能電池板組合起來以實現(xiàn)一組光伏電池在某個期望的輸出功率和輸出電壓。本文通過一些常用的小功率設(shè)備例如手機，來講解太陽能充電器設(shè)計的過程。3.2 LM7805穩(wěn)壓電路由于太陽能電池板的

11、電壓會隨太陽光的強度波動，強烈的太陽光會使太陽能電池板的電壓變高，當(dāng)太陽光強度變?nèi)鯐r，自然會使電池板輸出電壓變低。為了獲得到穩(wěn)定的輸出，本設(shè)計應(yīng)用穩(wěn)壓管LM7805，其輸出口能輸出穩(wěn)定的所需要電壓（5V），以便能保持穩(wěn)定的輸出電壓。典型LM7805的應(yīng)用電路圖如圖3.1所示。圖3.1 LM7805穩(wěn)壓電路圖圖中C4、C7的是用于清除因長期連接時由于電感效應(yīng)產(chǎn)生的自激振蕩，降低了紋波電壓，在其輸出端接上電容C6、C5的作用是清除電路高頻產(chǎn)生的噪聲，以便提高所用負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。一般來說電容的耐壓性都會比電源輸入、輸出電壓要強。此外，在穩(wěn)壓器輸入、輸出端之間加上二極管，可以避免對穩(wěn)壓器的破壞，從而實

12、現(xiàn)對LM7805的保護。LM7805輸入電壓在7V至37V之間，其最大工作電流可達(dá)1.5A，且擁有電路精簡，電流輸出高，運行工作穩(wěn)定，即使電壓不穩(wěn)定，也能使太陽能電池?fù)碛胁蛔兊妮敵鲭妷海?V），最后能讓單片機控制的電路正常穩(wěn)定的運行，并且性價比高，不需要消耗多余的材料。3.3 充電主電路的設(shè)計充電主電路圖如圖3.2所示。圖3.2電池充電電路圖DC/DC變換是將直流電能（DC）轉(zhuǎn)換成另一種固定電壓或電壓可調(diào)的直流電能，又可稱成直流斬波8。若其輸出電壓較輸入之電源電壓低，則稱為降壓式(Buck )直流斬波器即頻率調(diào)制（1）Buck電路，若其輸出電壓較輸入之電源電壓高，則稱為升壓式(Boost)直流

13、斬波器。主電路核心由圖可以看出，主要由三部分組成即電感L1,三極管區(qū)和續(xù)流二極管D1，其也就形成了一個完整的BUCK降壓DC/DC轉(zhuǎn)換電路；上圖Q2是具有將PWM信號打開變大，從而到達(dá)驅(qū)動Q1開關(guān)管的功能。3.4 信號采集處理電路為了使鋰電池能完成安全充電，本設(shè)計的電流取樣處理電路圖如下圖3.3所示圖3.3電流取樣處理電路圖電池電壓與單片機A/D接口相連，通過A/D轉(zhuǎn)換和微控制器即單片機，以獲得測量的電壓值得到計算處理。此次充電電流通過0.1的取樣電阻，產(chǎn)生的電壓再使用LM358，將電流取樣電壓放大相應(yīng)的倍數(shù)后輸?shù)絾纹瑱CA/D接口進行采集。電壓檢測輸出電壓直接進行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后被發(fā)送到A/D輸入

14、接口的單片機進行處理。3.5 單片機選型單片機型號眾多，但大家熟悉了解的就那么幾種類型。我們在學(xué)校接觸到的也就是C51系列，C51是51單片機C語言程序設(shè)計的簡稱，由于接觸到的單片機以型號為AT開頭的為多，所以選用了型號是AT89C51為此次設(shè)計的單片機。3.6 單片機AT89C51介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機9。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反

15、復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51單片機引腳圖如下圖3.4所示。圖3.4 單片機引腳圖以下為其引腳功能及作用VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可

16、以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出

17、電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（

18、串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（計時器0外部輸入）P3.5 T1（計時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用

19、作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RES

20、ET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.7 單片機電路3.7.1單片機復(fù)位電路單片機復(fù)位電路圖如圖3.5所示。圖3.5復(fù)位電路圖當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，由于上圖使用的是按鍵復(fù)位，當(dāng)電源給電容充電的過程中，會使電容存儲的電能增加，致使單片機復(fù)位端電平減低，這時候得人為的按下鍵，才能使電平變高，單片機收集到信號后就會自動復(fù)位。3.7.2 單片機時鐘電路單片機可作為驅(qū)動時鐘定時邏輯電路，在其工作過程中可以看出，所有的工作都是在時鐘信號的控

21、制下進行的，當(dāng)執(zhí)行一個指令事，CPU控制器必須發(fā)出一系列特定的控制信號。單片機時鐘電路圖如圖3.6所示圖3.6單片機時鐘電路圖3.7.3 單片機A/D轉(zhuǎn)換電路 ADC0809是8位的采樣分辨率，以模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的逐次逼近原理。ADC0809由一個8通道模擬開關(guān)，地址鎖存器,解碼器， A/D轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部有一個8通道多路復(fù)用器，它能根據(jù)信號的地址鎖存譯碼后，門控8模擬輸入信號的A/D轉(zhuǎn)換。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。數(shù)字鎖存器的A/D轉(zhuǎn)換完成三態(tài)輸出鎖存器，當(dāng)OE端為高電平，可以從三態(tài)輸出鎖存器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)要發(fā)送數(shù)據(jù)后，應(yīng)該傳給單片機進行

22、處理。關(guān)鍵的問題是如何確定數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換完成轉(zhuǎn)移，因為只有確認(rèn)完成后，可以發(fā)送。A/D轉(zhuǎn)換電路圖如圖3.7所示 圖3.7 A/D電路圖ADC0809的引腳功能及作用IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存允許信號，輸入端，高電平有效。START： A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出端，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸

23、出允許信號，輸入端，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHz。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源（+5V）。GND：接地。3.7.4按鍵電路按照鍵盤與單片機的連接方式分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤11。獨立式鍵盤相互獨立，每個按鍵占用一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)對其他按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生不好作用。這種按鍵軟件程序簡單，但占用I/O口線較多（一根口線只能接一個鍵），適用于鍵盤應(yīng)用數(shù)量較少的系統(tǒng)中。矩陣式鍵盤又稱行列式鍵盤，與獨立式鍵盤對比，單片機口線資源利用率提高了一

24、倍。按鍵接線圖如圖3.8所示。圖3.8按鍵電路圖鍵盤抖動的時間一般為510ms，抖動現(xiàn)象會引起CPU對一次鍵操作進行多次處理，從而可能產(chǎn)生錯誤，因而必須設(shè)法消除抖動的不良后果。通過去抖動處理，可以得到按鍵閉合與斷開的穩(wěn)定狀態(tài)。為了準(zhǔn)確判斷閉合鍵的位置，要對每個按鍵進行編碼。根據(jù)矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)，采用行掃描的鍵位識別方法。使某條列線為低電平，如果這條列線上沒有閉合鍵，則各行線的狀態(tài)都為高電平；如果列線上有鍵閉合，則相應(yīng)的那條行線即變?yōu)榈碗娖?。于是就可以根?jù)行線號與列線號計算出閉合鍵的鍵碼。掃描時由第一列開始，即由PA口先輸出0FEH，然后由PC口輸入行線狀態(tài)，判斷哪一行有鍵閉合，若無鍵閉合，再輸

25、出0FDH檢測下一列各行鍵閉合狀態(tài)，由此一直掃描下去。在這個設(shè)計中，按鍵的數(shù)量設(shè)置為3，它們中的一個作為一個復(fù)位按鈕;另一個作為電壓按鍵，這樣的設(shè)計提供3V，3.5V，4.0V，4.5V為周期的四個電壓值，可以“電壓選擇”鍵選擇一個電壓輸出;另一個開始充電，裝上一個電池為電池充電，當(dāng)按下“開始充電”按鈕，系統(tǒng)開始為鋰電池充電。因此，使用一個獨立的密鑰的方法，它可以減少編程的難度。3.7.5數(shù)碼管顯示電路LED數(shù)碼管組成的多個發(fā)光二極管打包在一起，以形成“8”字狀的裝置中，連接導(dǎo)線已在內(nèi)部做好，只要能導(dǎo)致它們導(dǎo)出各自的筆劃，公共電極。數(shù)碼管顯示電路圖如圖3.9所示圖3.9 數(shù)碼管顯示電路圖 本設(shè)

26、計使用四位LED數(shù)碼管數(shù)碼管段加小數(shù)點為7或8個數(shù)碼管，數(shù)碼管有兩種陰陽，本設(shè)計采用共陰極數(shù)碼管，8段LED陰極接地連接在一起，陽極當(dāng)某一高電平時，二極管被點亮而發(fā)光，設(shè)計時允許數(shù)碼管陽極的某一組合被設(shè)置高。3.8鋰電池充電原理鋰電池充電的工作原理就是指其充放電原理。充電時鋰離子由正極向負(fù)極運動而嵌入石墨層中。放電時，鋰離子從石墨晶體內(nèi)負(fù)極表面脫離移向正極。所以，在該電池充放電過程中鋰總是以鋰離子形態(tài)出現(xiàn)，而不是以金屬鋰的形態(tài)出現(xiàn)。一般而言電池容量指的就是放電容量?？梢钥吹剑囯姵卦诔浞烹姷倪^程中，鋰離子是存在于正極 負(fù)極 正極的運動狀態(tài)。如果我們把鋰電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池

27、的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。鋰蓄電池的充電特性曲線圖如圖3.10所示：圖3.10鋰電池充電特性曲線圖為保證安全充電，對鋰離子電池充電要求首先是在充電時保持電流不變，電池電壓會在充電過程中漸漸升高，當(dāng)電池端電壓達(dá)到4.2V（4.1V）,會改變充電狀態(tài)，即變化為電壓不變的恒壓充電。電流會依照電芯的飽和程度，隨著充電過程的漸漸降低，當(dāng)降低到0.01CA時，認(rèn)為充電終止。大家注意，其中C是以電池標(biāo)稱容量對照電流的一種表示方法，如電池是1000mAh的容量，1C就是充電電流1000mA，注意是mA而不是mAh，0.01CA就是10mA。當(dāng)然，規(guī)范的表示方式是0.01C5A。

28、 4基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 設(shè)計思想首先主程序由初始化段和循環(huán)主體段兩部分組成，在執(zhí)行循環(huán)體時，需要一個個的調(diào)用所需的任務(wù)模塊，不會直接去執(zhí)行程序，其中每一個任務(wù)為一個子函數(shù)，這種機制也叫稱為輪詢機制。舉個例子說明：就是當(dāng)一個正在被主程序執(zhí)行的子函數(shù)，它會自動確認(rèn)其執(zhí)行條件有無可行性，如果可以就執(zhí)行，反之，就會返回。按鍵處理是以10ms為周期的選擇一次。PWM的控制調(diào)節(jié)不能過快，最好以200ms為周期，如果太快，會影響到數(shù)碼管刷屏，A/D采樣速度也是一樣。子程序主要由4部分組成，包括初始化程序，PWM波程序，按鍵采集程序，信號采集與轉(zhuǎn)換程序；如果從系統(tǒng)表現(xiàn)出的功能來看，又

29、可以分成充電子程序、電源子程序，這兩程序都會用到子程序的4個程序。本次設(shè)計使用的PWM波是可以掌控開關(guān)管的占空比，它的生成是運用了輸出在低電平和高電平的轉(zhuǎn)換、延時。即當(dāng)輸出為低電平時，將輸出信號放大驅(qū)動開關(guān)管斷開，反之，如果其為高電平時，開關(guān)管則會打開。開關(guān)管的占空比是通過低電平和高電平的時間的比值（即PWM波的占空比）來控制。本設(shè)計單片機采用AT89C51芯片，由于其內(nèi)部沒有AD轉(zhuǎn)換模塊，單片機需外接轉(zhuǎn)換模塊，本設(shè)計采用ADC0809，模擬信號輸入有兩路，一路是電壓信號，一路是電流信號。ADC0809 在對多路輸入的模擬量進行模數(shù)轉(zhuǎn)換時采用分時復(fù)用的方法，即AD轉(zhuǎn)換器對兩路信號輪換采集轉(zhuǎn)換。

30、輪換周期根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換時間和控制的情況設(shè)定4.2 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的整體程序設(shè)計本設(shè)計由單片機程序控制來實現(xiàn)整體工作，其工作過程主要為：電路啟動初始化，電路功能的選擇，輸出選擇及確定輸出，單片機集合計算輸出PWM信號，定時采集數(shù)據(jù)及處理調(diào)節(jié)PWM信號占空比等，程序整體框架圖如下圖4.1所示。開始初始化電池充電電源子程序充電子程序NoYesYes結(jié)束圖4.1 程序整體框架流程圖4.3 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的子程序的設(shè)計4.3.1電路啟動初始化初始化設(shè)置初始運行環(huán)境為單片機運行，主要完成以下任務(wù)：清理片內(nèi)RAM，每一個微控制器上電，上電復(fù)位將導(dǎo)致單片機操作。在復(fù)位操作完成后，單芯

31、片寄存器將被設(shè)置為不同的值，該值的一個相當(dāng)大的部分是未知的。在微控制器的復(fù)位完成這些未知的值，正式工作后，會產(chǎn)生不能讓程序員掌握的后果，甚至?xí)p壞系統(tǒng)。因此，微控制器運行后，先設(shè)置為0，這樣的初始參數(shù)設(shè)置，方便編程人員掌握，以方便系統(tǒng)的工作。設(shè)置系統(tǒng)運行所需的參數(shù)，設(shè)置定時器和中斷設(shè)置。初始化程序流程圖如下圖4.2所示。清片內(nèi)RAM初始參數(shù)設(shè)定AD設(shè)定定時器設(shè)定中斷設(shè)定返回開始圖4.2 初始化程序流程圖4.3.2按鍵采集程序鍵盤子程序用于檢測開關(guān)，是否在有效的開關(guān)狀態(tài)來決定是否啟動系統(tǒng)運行。讀線、讀取、連接到該端口，它的值存儲處理后確定相關(guān)的緩存?？赐甓丝谠谄渲凶隽艘欢ǖ难舆t，以排除引起的誤動

32、作鍵晃動。按鍵子程序結(jié)構(gòu)流程圖如圖4.3所示。入口讀I/O口處理后存入緩存延時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)收集主要是由單片機控制ADC0809來完成，該方案分為數(shù)據(jù)初始化，發(fā)送一個命令到開始轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，接收數(shù)據(jù)，處理且存儲在緩存中，程序流程如圖4.4所示。入口初始化啟動轉(zhuǎn)換處理存儲返回N0Y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時，先讓數(shù)碼管初始化，通過串口為“0”字形碼輸出使數(shù)碼管顯示“O”。然后來確認(rèn)按鍵是否被按下，如果沒有鍵被按下繼續(xù)確認(rèn)。顯示子程序時要先初始化串口，以致串口工作會顯示在方式0，以便讀取

33、顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)（其用來存儲數(shù)據(jù)也就是將被顯示出來的數(shù)據(jù)），然后找到通過字形碼查表相應(yīng)的方式，再將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。子程序是如何顯示在緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的字形碼呢？具體方法是，從小型字形碼到每一位十六進制數(shù)到大的順序固定區(qū)域，以便存儲在表單中顯示出來碼表的記憶。當(dāng)要顯示的字符，該表的起始地址到數(shù)據(jù)指針DPTR寄存器為基地，在顯示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)作為偏移到索引寄存器A，查表“MOVCA， A + DPTR“，在取出相應(yīng)數(shù)字的字形碼其是通過累加器A得到的結(jié)果。4.3.5 充電子程序的設(shè)計充電過程分兩階段進行，第一階段為預(yù)充電，充電電流以0.01CA的小電流

34、進行充電；第二階段，當(dāng)充電電壓達(dá)到3V時轉(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的電流進行恒流充電方式，。電流降到小于0.01CA時，表明電池已充到額定容量，如果繼續(xù)充下去，充電電流會慢慢降低到零，電池完全充滿4。充電過程中，“充電”指示燈亮；充滿時，“充飽”指示燈亮，“充電”指示燈滅，通過按鍵設(shè)置可控制充電時間。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 充電子程序圖4.3.6電源子程序的設(shè)計與傳統(tǒng)的手機充電器相比，本次設(shè)計的太陽能

35、手機充電器最大的優(yōu)點是不僅能夠為電池直接充電，也可用作一般直流電源。該系統(tǒng)存在并且可以有3V，3.5V，4V，4.5V四種電壓輸出，這可以用來選擇一個按鈕作為輸出電壓。直流輸出可直接給手機充電，或作為電源等小型電子設(shè)備，如MP4。輸出電壓可以是一個數(shù)字顯示，以及完善一個過流保護作用，以確保能安全使用的電子產(chǎn)品。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36山東交通學(xué)院課程設(shè)計5 仿真與調(diào)試5.1 充電電路仿真總所周知buck斬波電路中調(diào)整輸出電壓值的變化是由控制開關(guān)管開通與關(guān)斷時間控制， multis

36、im仿真電路如下圖5.1所示圖5.1電壓檢測仿真圖5.2 電流采樣處理電路仿真上面提出將電流采樣電壓是采用LM358電路讓其放大到相應(yīng)倍后再輸送到單片機的A/D接口，輸入的電壓是5V時，輸出時的電壓則為125V，這樣就能看出其電路所具有放大多少倍（計算可得21倍）的功能。如下圖5.2所示圖5.2電流采樣處理電路仿真圖5.3系統(tǒng)做直流電源使用時電路仿真圖Protues軟件因為不存在太陽能電池模擬模塊，所以在仿真時我們把穩(wěn)壓輸出電壓值用直流電源電壓為5V的來更換，當(dāng)數(shù)字到達(dá)3時，表示充電已經(jīng)完成。按復(fù)位鍵會顯示0，點開始鍵表示開始充電。整體電路仿真圖如下圖5.4所示圖5.3 整體電路仿真圖5.4

37、系統(tǒng)做充電器使用時仿真結(jié)果充電器在運行過程中它會隨著充電的進行，充電電壓會漸漸升高，指示燈會從0逐漸變成3，此過程可表示充電從開始到結(jié)束。仿真結(jié)果如下圖5.4、5.5、5.6所示。圖5.4 充電過程仿真圖5.5 充電過程仿真圖5.6 充電過程仿真山東交通學(xué)院課程設(shè)計時附錄A 整體電路圖附錄B 整體程序 #include <reg51.h> #define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit P3_3=P33;/開始充電 sbit P3_4=P34; /電壓切換 sbit PWM=P35; sbit EOC=P31;/定

38、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=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /uchar n=0

39、; /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延時子程序/ while(z-); /=/void display() /定義顯示子函數(shù)/ 可以使用鎖存器實現(xiàn)for(n=0;n<4;n+)P0=0x00;dula=1; P0 =disp1; /顯示第一位小數(shù)dula=0;wela=1;P0=0xfb;wela=0;delay(2);P0=0x00;dula=1;P0=disp2; /顯示第二位小數(shù) du

40、la=0;wela=1;P0=0xfd;wela=0;delay(2);P0=0x00;dula=1; P0 =disp3; /顯示第三位小數(shù)dula=0;wela=1;P0=0xfe;wela=0;delay(2);P0=0x00;dula=1; P0 =disp0+0x80; dula=0;wela=1;P0=0xf7;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 ; uchar value; START=1;START=0; /啟動ADC0808，開始A/D轉(zhuǎn)換/ while(!EOC);/等待A

41、DC0808，轉(zhuǎn)換結(jié)束，即EOC為高電平/ OE=1; if(time1<high1) d=P1;/讀入數(shù)據(jù)/ if(high1=16) value=0.4*d; else if(high1=20) value=0.5*d; else if(high1=24) value=0.6*d; else if(high1=28) value=0.7*d; else if(high1=32) value=0.8*d; else if(high1=36) value=0.9*d; /允許ADC0808輸出數(shù)據(jù) / if(time<high) d=P1;/讀入數(shù)據(jù)/ if(high=8) val

42、ue=0.2*d; else if(high=10) value=0.25*d; else if(high=12) value=0.3*d; else if(high=14) value=0.35*d; else if(high=16) value=0.4*d; else if(high=18) value=0.45*d; else if(high=20) value=0.5*d; else if(high=22) value=0.55*d; else if(high=24) value=0.6*d; else if(high=26) value=0.65*d; else if(high=28) value=0.7*d; else if(high=30) value=0.75*d; else if(high=32) value=0.75*d; else if(high=34) value=0.8*d; else if(high=36) value=0.85*d; OE=0; /禁止ADC0808數(shù)據(jù)輸出/ return value; /返回A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)/