太阳能手机充电器毕业论文


    




    电子信息工程学院


    科 毕 业 文




    文题目 便携式太阳充电器设计
    学生姓名
    学 号
    专 业 电气工程动化
    班 级
    指导教师



    20**年X月





    目前太阳利体现两方面:光热转换光电转换文利太阳光电转换特性设计种没电源情况时种移动设备充电便携式太阳充电器
    文设计ATMEL公司AT89C51单片机作控制核心键指示电路数码显示电路BUCK斩波电路AD采集电路等组成实现太阳转化电然LM7805提供稳定电压DCDC变换电路处理充电电路负载供电系统加入单片机控制键便选择充电模式具根返回手机电流情况控制降低电流输入停止充电功免分充电会损坏电池反馈输出电流情况达充电智化效果

    关键词:太阳单片机BUCK变换器











    ABSTRACT

    At present the use of solar energy is mainly embodied in two aspects the sunlight transformation and photoelectric this paper by using solar photoelectric characteristics design a way that there is no power it can also charger for various mobile anywhere at any time

    The design takes AT89C51 produced by ATMEL as the control core and is composed of buttons digital pipe display circuit BUCK chopper circuit and AD acquisition circuit which can transfer solar energy into electric power With stable electric pressure and then processed by DCDC transform circuit it can supply electricity through charging circuit The system is added with singlechip control buttons for free choice of charging mode It will control the input of low current and stop charging according to the current return to mobile phones so as to prevent battery from being damaged due to overcharging and then give the feedback about output of electric current Ultimately the goal of intellectual charging can be achieved

    KEY WORDS Solar energySingle chipBUCK converter









    目 录
    1 绪 1
    11 课题研究背景 1
    12 课题研究目意义 1
    13 课题研究总体思路 1
    14 课题研究务 2
    2 太阳电池研究分析 3
    21 太阳电池原理 3
    22 太阳电池等效电路 4
    23 太阳电池板输出特性影响素 5
    231太阳光强度光伏电池转换效率影响 6
    232温度光伏电池输出特性影响 7
    24系统采光伏电池 8
    3 太阳充电器硬件设计 9
    31 系统总体设计方案 9
    32电源电路设计 9
    321 LM7805芯片介绍 9
    322 LM7805应电路 10
    323电源模块设计 11
    33控制电路设计 12
    331单片机简介 12
    332单片机电路 13
    34 键电路设计 14
    35 数码显示电路设计 14
    36 降压斩波电路设计 16
    37 AD转换电路设计 17
    38 检测电路设计 20
    381 MAX471介绍 20
    382 工作原理 21
    4 太阳充电器软件设计 25
    41 系统整体程序框架 25
    42 电路启动初始化 26
    43 键采集程序 27
    44 数采集模数转换程序 28
    45充电子程序设计 29
    46 电源子程序设计 30
    5 电路测试 31
    51软件测试 31
    52硬件测试 33
    6 结展 34
    致 谢 35
    参考文献 36

    附录1:电路原理图 37
    附录2:汇编源程序 38
    附录3:元器件清单 46
    附录4:实物图 47

    1 绪
    11 课题研究背景
    着电力煤炭石油等生源频频告急源问题日益成制约国际社会济发展瓶颈越越国家开始实行阳光计划开发太阳资源减少生资源消耗环境污染缓解源压力太阳居家旅行方便济实光开发势必会成济发展新动力
    太阳电池利太阳光材料相互作直接产生电需消耗燃料水等物质中释放包括二氧化碳气体环境污染生源改善生态环境缓解温室气体害作具重意义
    目前太阳电池应已军事领域航天领域进入工业商业农业通信家电器公设施等部门着太阳电池制造技术改进新光—电转换装置发明国环境保护生清洁源巨需求太阳电池利太阳辐射较切实行方法类未规模利太阳开辟广阔前景[1]
    12课题研究目意义
    手机样历外出旅游时电池突然没电特火车汽车轮船等没电源交通工具没电电量足手机变成信息交流盲区造成必麻烦济损失解决样问题课题研究种太阳充电器解决述问题生活带方便节约量方便居家旅行必备品
    通课题研究学知识进步巩固外理实践结合起知识转变成生产力创造价值生活带方便
    13 课题研究总体思路
    充电器通太阳电池板太阳转化电DCDC变换电路处理充电电路负载供电锂电池般宜采全程恒流充电方式采取开始恒流快速充电电池电压升设定值时动转入恒压充电方式样利保存电池容量充电程中采LED灯数码指示系统中设计完备流压保护避免电池度充电损坏充电器采模块式结构USB接口手机MP3摄机等种数码产品充电
    文中介绍设计太阳手机充电器普通手机充电器相特殊处源供应太阳电池板外充分利单片机智性设完备
    电压电流检测保护电路通LED显示电路状态光线够强时指示灯亮蓄电池手机充电光线足够强时指示灯亮太阳电池板供电时充电电池充电太阳电池板放阳光方手机提供方便太阳充电点种便捷太阳充电器方补充电力获通信
    14 课题研究务
    结合系统设计总体思路务求设计种基单片机控制功太阳手机充电器设计务:
    硬件设计:电源模块设计单片机控制模块设计显示电路模块设计降压斩波电路模块设计检测模块设计AD转换模块设计太阳手机充电器电路原理图设计
    软件设计:电路启动初始化程序设计键采集程序设计数码显示程序设计数采集模数转换程序设计充电子程序设计电源子程序设计




    2 太阳电池研究分析
    21 太阳电池原理
    太阳光伏电池表面层金属薄膜似半导体薄片太阳光射时中部分表面反射掉余部分半导体吸收透吸收光然变成热光子组成半导体原子价电子碰撞产生电子——空穴样光产生电子——空穴形式转变电薄片侧金属薄膜间产生定电压现象称光伏效应太阳光伏电池正种利光伏效应直接光转化电装置半导体PN结光伏效应更明显太阳光伏电池半导体构成
    图21 掺入硼原子硅晶体结构图(P型) 图22 掺入磷原子硅晶体结构图(N型)

    太阳电池基结构相面积二极基特性二极类似适波长太阳光射半导体时光半导体吸收导带价带中产生非衡载流子电子空穴半导体P型N型交界面(图23)两边形成势垒电场电子驱N区空穴驱P区N区剩电子P区剩空穴PN结附形成势垒电场方相反光生电场光生电场部分抵消势垒电场外P型层带正电N型层带负电N区P区间薄层产生谓光生伏特电动势分P型层N型层焊金属引线接通负载外电路电流通形成电池元件串联联起输出定电压电流功率样太阳光直接变成付诸实电图21示P型区结构图图22示N型区结构图
    图23 半导体P型N型交界面
    外受光面覆盖着层薄天蓝色氧化硅薄膜减少入射太阳光反射提高太阳电池入射光吸收率[6]
    22 太阳电池等效电路
    光伏电池受光射便产生电流电流着光强增加增接
    受光强度定时光伏电池作恒流电源目前光伏电池作PN结型二极光射产生正偏压PN结理想状态情况根图24表示等效电路考虑
    V

    图24 理想状态太阳电池等效电路图
    种等效电路中加负荷电压V流负荷电流I间关系式式出太阳
    (21)
    I0时太阳电池开路电压
    (22)
    中I电池单元输出电流ILPN结电流(A)IO二极反饱电流(A)V外加电压(V)q单位电荷(16×1019K库仑)K玻耳兹曼常数(138×1023JK)T绝温度(Tt+273K)n二极指数
    实际光伏电池中电池表面背面电极接触材料身具定电阻率流负载电流时必然引起损耗等效电路中总效果串联电阻RS表示时电池边漏电电池微裂痕划痕等处形成金属桥漏电等部分该通负载电流短路种作联电阻RSH等效表示时等效电路根图25描述伏安特性(23)式出

    图25 实际光伏电池等效电路
    (23)
    式做光伏电池超越方程式
    23 太阳电池板输出特性影响素
    光伏电池输出特性包括伏安特性温度特性光谱特性中伏安特性温度特性通IVPV特性曲线加体现光谱特性研究光伏电池入射光谱关系文进行讨节着重探讨前两种特性相关参数光伏电池重技术:
    ① 短路电流ISC:定日强度温度输出电流
    ② 开路电压VCC:定日强度温度输出电压
    ③ 功率点电流(IM):定日强度温度相应功率点电流
    ④ 功率点电压(VSC):定日温度相应功率点电压
    ⑤ 输出功率(PM):定日温度光伏电池输出功率

    ⑥ 填充子 (24)
    ⑦ 光伏电池转换效率:输出功率PM阳光投射电池表面功率PS值取决工作点通常采光伏电池效率值作效率η

    参数图26中表示

    图26 太阳电池IV特性关系曲线
    图26中IV曲线总找工作点点处输出功率点功率点(MPPT)图中M点M点应电流IM佳工作电流VM佳工作电压PM输出功率图公式出光伏电池工作功率点时效率低定义效率值甚会低零原讲输出功率求导0该电池佳工作点IMVM求出输出功率:PMIM×VM求出解析解受太阳电池部等效串联电阻影响特性方程公式(23)知超越指数方程法线性方程表示具非线性图26表示太阳电池PV曲线
    图26见IMVM积佳工作点横坐标确定矩形面积曲线范围面积越表明电池输出特性越优越果定光IV特性曲线理想矩形IMVM积等ISCVCC积实际光电池引填充子FF(Fill factor)概念表征光电池特性FF定义式(24)表示输出功率值占VCCISC边长矩形面积百分填充子表征光电池输出特性坏重参数值越表明输出特性曲线越方电池转换效率越高
    231太阳光强度光伏电池转换效率影响
    图27图28分太阳电池阵列温度25℃时日(S)表现出电流电压(IV)功率电压(PV)特性图27知太阳电池阵列输出短路电流(ISC)功率点电流(IM)日强度升显著增说式(23)中ISC强烈控制着I然日变化阵列输出开路电压影响电流电压相结果输出功率说变化显著
    图28中虚线实线交点示

    图27 日IV关系曲线图 图28 日PV曲线图
    232温度光伏电池输出特性影响
    图29图210分出太阳电池阵列日射1000Wm2变化温度(T)情况表现出典型IVPV特性出温度太阳电池阵列输出电流影响输出开路电压影响较输出功率影响明显见图210中实线波峰幅值变化

    图29 温度IV特性曲线 图210 温度PV特性曲线
    综太阳电池板输出特性具特点:
    ① 太阳电池输出特性似矩形低压段似恒流源接开路电压时似恒压源
    ② 开路电压似温度成反短路电流似日强度强成正太阳电池板输出功率着光强温度成非线性变化
    ③ 输出功率某点达值该点太阳电池板功率点(MPPMaximum Power Point)着外界环境变化变化[8]


    24系统采光伏电池
    太阳电池板太阳供电系统工作基础该充电器核心部分功太阳光辐射量转化电便携式数码设备种类较需电压电流等输入功率较设备必须采面积较电池板携带带便该设计采模块式组合根充电负载需太阳板进行组合达具定求输出功率输出电压组光伏电池文手机等常功率电设备例说明太阳充电器设计程选太阳电池板技术参数指标: 尺寸125mm×63mm×3mm峰值电压6V峰值电流160mA标称功率096W考虑充电池电流需充电时间等应采2块相参数电池板进行串联电池板理想输出电压值12V电流达160mA总标称功率2W左右根现实阳光射情况实际输出没阳光射情况变化变化















    3 太阳充电器硬件设计
    31 系统总体设计方案

    手 机 电 池
    DCDC变换
    太 阳 电 池 板

    显示
    电路


    AT89C51


    ADC0809


    图31 系统总体设计方案
    太阳电池时太阳光变化较阻较高输出电压稳定输出电流较需充电控制电路电池板输出直流电压变换供电池充电光线条件适宜时通太阳电池板吸收太阳光光转换电充电器采电流快速充电法电池充满果时停止会电池发烫度充电会严重损害电池寿命需复杂控制系统51系列单片机前广泛8位单片机系列丰富开发资源较低开发成51系列单片机现会强生命力系统采89C51作充电电路控制器较低成轻松实现复杂充电智控制时型电子产品提供洁净直流电源系统总体设计方案图31示通太阳电池板太阳转换电单片机编程实现PWM波控制开关实现输出电压电流改变通显示电路显示输出状态ADC0809实现数采集转换传单片机做判断处理实现电路智输出控制
    32电源电路设计
    321 LM7805芯片介绍
    LM78××系列稳压器提供种固定输出电压应范围广涵流热载保护电路带散热片时输出电流达15A然固定稳压电路外接元件获电压电流单片机电源电路设计三端集成稳压器LM7805核心属串联正电源稳压电路输出电压5V
    串联式稳压源实际具电压负反馈直流放器构成电路框图图32示:
    调整功放电路

    VO
    Vi

    78××
    Vs
    R1

    取样
    较误差放

    R2

    输出
    输入
    1 2 3


    图32 三端稳压器7805方框图实物图
    稳压程:输出电压v0 增高时取样电压vs增高vsVR基准电压差增误差较输出倒相电压增调整功率放器输出电流减调整功率放器两端电压增v0输出电压降说v0基增加实现稳压作
    见串稳型稳压源调整功放两端定直流电压流相负载电流直流电流调整功放电路消耗较功率仅调整功放易发热损坏(果调整功放电路热需选允许功耗器件)效率低造成电浪费种稳压源适需较电流(数百mA)输出电压较低(数十V)场合种电源较简便周围电路产生干扰噪声较
    322 LM7805应电路
    LM7805三引脚1脚接输入电压2脚接3脚接输出
    功:输出稳定电压5V输出电流接1A
    途:需提供5V直流电源电路提供稳定工作电压应电路图33示

    图33 LM7805应电路
    注:
    1)输入电压纹波电压中低值点必须高需输出电压 2V
    2)稳压器远离电源滤波器时求 Ci
    3)Co 改善稳定性瞬态响应
    图33三端稳压集成电路LM7805应电路三端集成稳压器设置启动电路稳压电源启动处正常状态时启动电路稳压电源部电路脱离联系样输入电压变化直接影响基准电路恒流源电路保持输出电压稳定电路中Ci作消输入连线较长时电感效应引起激振荡减纹波电压取值范围01μF~1μF间文Ci选033μF输出端接电容Co消电路高频噪声改善负载瞬态响应般取01μF左右文Co选01μF般电容耐压应高电源输入电压输出电压外避免输入端断开时Co稳压器输出端稳压器放电造成稳压器损坏稳压器输入端输出端间跨接二极LM7805起保护作
    LM7805输入电压8V36V工作电流15A具输入电压范围宽工作电流输出精度高工作极稳定外围电路简单等特点太阳电池电压较波动稳定输出5V电压
    323电源模块设计
    系统采元器件需外部供电果加外加电源电路复杂化破坏系统独立性系统设计蓄电池供电系统直接蓄电池取出电压单片机外围电路供电
    电源模特点光线够强时蓄电池单片机外围电路供电光线足够强时太阳电池板供电时充电电池充电
    里采三端集成稳压模块LM7805设计电路电源模块图34示

    图34 电源模块电路

    33控制电路设计
    331单片机简介
    AT89C51美国ATMEL公司生产低电压高性CMOS 8位单片机片含4KB反复擦写读程序存储器(PEROM)128B机存取数存储器(RAM)器件采ATMEL公司高密度非易失性存储技术生产兼容标准MCS51指令系统片置通8位中央处理器(CPU)Flash存储单元功强
    (1)引脚功
    单片机具备CPU程序存储器数存储器输入输出口等硬件资源需供电电源时钟触发复位等控制支持正常工作输入通引脚单片机连接

    图35 单片机引脚图
    图35单片机AT89C51引脚排布图40条引脚致分电源(VccVssVPPVPD)时钟(XTAL1XTAL2)专控制线(ALERSTPROGPSENEA)通功输入输出标准IO口(P0~P3)等4部分该单片机6条引脚保证基工作必须连接:40脚Vcc20脚Vss 整芯片提供电源18脚19脚时钟振荡引脚部连接高增益放器外部接晶振选频产生振荡脉配接电容电感振荡更精确振荡脉整CPU定时等效操作系统提供时钟外两条引脚RST31脚程序存储器片片外选择脚果接低电位CPU片ROM
    中取指接高电位CPU先片程序存储器取指第9脚RST功单片机复位单片机接通5脚第9脚加宽度24振荡周期2机器周期正脉系统复位系统复位意味着CPU里种寄存器等功部分种标准固定状态样利系统设计
    (2)单片机系统:
    单片机系统者称应系统指少元件组成单片机工作系统51系列单片机说系统般应该包括单片机晶振电路复位电路单片机系统复位电路极性电容C1直接影响单片机复位时间般采10~30uF容值越需复位时间越短单片机系统晶振采6MHz者110592MHz正常工作情况采更高频率晶振振荡频率直接影响单片机处理速度频率越处理速度越快单片机系统起振电容C2C3般采15~33pF电容离晶振越越晶振离单片机越越图36示单片机系统
    10K

    图36 单片机系统
    332单片机电路
    系统单片机完成务控制数采集程采集数分析处理生成PWM脉宽调制信号控制开关导通关断控制输出具体工作程电复位查询键确定功然转入相应子程序分析计算PWM占空开始输出电流电压数送显示电路显示输出程中通单片机定时器定时检测输出电流电压设定值较调节PWM占空输出趋设定值电池充电程中通检测电流确定电池充电少改变充电方式决定否停止充电
    通单片机编程实现充电程智控制简化硬件电路设计单片机良重性果需改变电路工作状态电路参数需简单修改程序实现电路升级改造变简单易行

    34 键电路设计
    单片机应系统中键两种形式:独立键矩阵编码键盘独立键键单独接单片机IO口独立键通判断键端口电位识键操作矩阵键盘通行列交叉键编码进行识
    通常键轻触机械开关正常情况键接点断开压钮时机械触点弹性作键开关闭合时会马稳定接通断开时会子断开机械触点闭合断开瞬间均伴连串抖动抖动时间长短键机械特性操作员键动作决定般5ms~20ms键稳定闭合时间长短操作员键压时间长短决定般零点秒数秒等
    设计中键太采独立键法样减编程难度图37设计键接线图

    图37 键接线图
    电路总体考虑ADC0809采集电路接单片机P0口P2口做采集控制样P0口仅接收数发送数P0口硬件构成知道做输出话需接拉电阻做输入接样整体减少电路硬件开支P3口做串口传输等工作电路中键接P1口中P10P16输出功选择键P13电流保护指示灯P16代表手机电池充电P10做普通直流电源中5V输出直接USB连接线手机充电电池充电控制手机提供
    35 数码显示电路设计
    AT89C51单片机串行I/O端口通引脚RXDTXD外部电路进行全双工串行异步通信发送数时TXD端送出接收时数RXD端输入串口四种工作方式通编程设置工作方式满足
    场合中方式08位移位寄存器输入/输出方式外接移位寄存器扩展I/O端口方式 0输出8位串行数通移位寄存器8位串行数变成8位行数输出外部8位行数变成8位串行数输入外接移位寄存器扩展8位行输入/输出接口果想扩展口需外部级连移位寄存器
    设计采基串口LED数码静态显示电路样单片机显示字形代码发送接口电路直显示新数时发送新字形码提供单独锁存I/O接口电路常通串口外接串转换器74LS164扩展行I/O口单片机通串口显示数字形码逐串行移出74LS164输出脚数码显示相应数字
    输 入
    输 出

    CLK
    A
    B
    QA
    QB
    QC
    QD
    QE
    QF
    QG
    QH
    L
    ×
    ×
    ×
    L
    L
    L
    L
    L
    L
    L
    L
    H
    L
    ×
    ×
    QA0
    QB0
    QC0
    QD0
    QE0
    QF0
    QG0
    QH0
    H

    H
    H
    H
    QAn
    QBn
    QCn
    QDn
    QEn
    QFn
    QGn
    H

    L
    ×
    L
    QAn
    QBn
    QCn
    QDn
    QEn
    QFn
    QGn
    H

    ×
    L
    L
    QAn
    QBn
    QCn
    QDn
    QEn
    QFn
    QGn
    表1 74HC164功表

    说明:H高电(稳定态) L低电(稳定态) ×定 ↑低电转换高电
    QA0…QH0稳定态输入条件建立前QA…QH 相应电
    QAn…QHn时钟输入条件(↑)建立前QA…QH 相应电表示移位位


    图38 数码驱动电路
    图38单片机AT89C51串口外接1片74HC164作LED显示器静态显示接口AT89C2051RXD作数输出线TXD作移位时钟脉Q0Q7(第3—610—13引脚)行输出端分接LED显示器ADP段应引脚设计采阳极数码数码公极接电源VCC电路电源LM7805提供采三串联二极降压非电阻降压样保证数码段亮度致显示某字段相应移位寄存器74HC164输出线必须低电
    36 降压斩波电路设计
    太阳电池时太阳光变化较阻较高输出电压稳定防止输出电压高破坏电路烧毁元件者输出电压太低元器件正常工作设计中引入斩波变换电路输出电压进行升压者降压变换优化系统性
    降压斩波电路(Buck Chopper)原理图工作波形图39示图中V全控型器件IGBTD续流二极图39(b)中V栅极电压波形UGE知V处通态时电源Ui负载供电UDUiV处断态时负载电流二极D续流电压UD似零周期T结束驱动V导通重复周期程负载电压均值:
    (31)
    式(31)中tonV处通态时间toffV处断态时间T开关周期α导通占空简称占空导通(αtonT)知输出负载电压均值UOUi减占空αUO减

    (a)电路图 (b)波形图
    图39 降压斩波电路原理图波形



    设计中开关选2N5366PNP型三极2N5551NPN型三极联合2N5366射极电池板正极相连集电极电感相连基极2N5551三极集电极相连2N5551基极单片机P11口相连射极相连P11口输出高电2N5551导通进2N5366导通电压输出P11口输出低电2N5551截2N5366截电压输出通编程控制占空
    图310示
    P11

    图310 降压斩波电路图
    37 AD转换电路设计
    受外界环境素影响太阳电池输出电压极稳定着手机电池充电饱恒压充电电流会着时间推移逐渐降低需采集太阳电池输出电压电流信息模数转换送单片机进行判断否需进行脉宽调节输出接设定值
    ADC0809带8位AD转换器8路路开关微处理机兼容控制逻辑CMOS组件部8通道路开关根址码锁存译码信号选通8路模拟输入信号中进行AD转换单片机直接接口
    (1)ADC0809部逻辑结构
    ADC08098路模拟开关址锁存译码器AD转换器三态输出锁存器组成路开关选通8模拟通道允许8路模拟量分时输入AD转换器进行转换三态输出锁器锁存AD转换完数字量OE高电三态输出锁存器取走转换完数图311
    ST
    CLK

    A
    B
    C
    ALE
    IN0
    IN1
    IN2
    IN3
    IN4
    IN5
    IN6
    IN7
    VREF(+) VREF()
    OE
    EOC

    D0
    D1
    D2
    D3
    D4
    D5
    D6
    D7


    8

    AD



    址锁存译码 器

    三态输出锁存器

    8







    图311 ADC0809部结构
    (2)引脚结构

    图312 引脚结构图
    ADC0809引脚功: D7D0:8位数字量输出引脚IN0IN7:8位模拟量输入引脚VCC:+5V工作电压GND:REF(+):参考电压正端REF():参考电压负端EOC:转换结束信号输出引脚开始转换低电转换结束时高电OE:输出允许控制端开三态数输出锁存器
    ADC0809输入模拟量求:信号单极性电压范围0-5V信号太必须进行放输入模拟量转换程中应该保持变模拟量变化太快需输入前增加采样保持电路
    址输入控制线:4条
    ALE址锁存允许输入线高电效ALE线高电时址锁存译码器ABC三条址线址信号进行锁存译码选中通道模拟量进转换器进行转换ABC址输入线选通IN0-IN7路模拟量输入通道选择表2示

    表2 CBA通道选择表
    C
    B
    A
    选择通道
    0
    0
    0
    IN0
    0
    0
    1
    IN1
    0
    1
    0
    IN2
    0
    1
    1
    IN3
    1
    0
    0
    IN4
    1
    0
    1
    IN5
    1
    1
    0
    IN6
    1
    1
    1
    IN7

    数字量输出控制线:11条
    ST转换启动信号ST端出少100ns宽正脉信号ST跳时部寄存器清零跳时开始进行AD转换转换期间ST应保持低电EOC转换结束信号EOC高电时表明转换结束否表明正进行AD转换OE输出允许信号控制三条输出锁存器单片机输出转换数OE=1输出转换数OE=0输出数线呈高阻状态D7-D0数字量输出线
    CLK时钟输入信号线ADC0809部没时钟电路需时钟信号必须外界提供通常频率500KHZVREF(+)VREF(-)参考电压输入
    (3)电路设计
    设计中单片机P0口接收0809换数P20P21P22次接0809ABC址线P23接0809ALE端P24接STARTP25接OE端时钟信号单片机ALE端74HC74触发器二分频提供单片机采
    12MHz晶振ALE端二分频500KHzADC0809具体工作程:首先P20P21P22输入3位址P23输出高电址存入址锁存器中址译码选通8路模拟输入较器START升逐次逼寄存器复位降启动 A/D转换EOC输出信号变低指示转换正进行直A/D转换完成EOC变高电指示A/D转换结束结果数已存入锁存器信号作中断申请触发单片机动作准备接收数时P25输出高电输出三态门开转换结果数字量输出数总线单片机读取P0口然做步处理操作图313示

    图313 ADC0809接线图
    38 检测电路设计
    ADC0809处理微弱电信号尤手机充电接饱时候电流十分微弱必须放ADC0809处理
    381 MAX471介绍
    MAX471美国MAXIM公司生产双精密电流传感放器置35mΩ精密传感电阻测量电流限3A通输出电阻电流输出转化电压输出根实际情况户根需配置外接传感电阻增益电阻
    MAX471具特点: 具完美高端电流检测功含精密部检测电阻工作温度范围精度2具双检测指示监控充电放电状态部检测电阻检测力3A联时扩检测电流范围
    电源电流100μA关闭方式时电流仅5μA电压范围3~36V
    MAX471引脚结构:

    图314 MAX471引脚结构
    MAX471引脚功说明:SHDN关闭信号正常操作时接高电时供电电流5µARS+传感电阻电源端GND端电源负端SIGN集电极开路逻辑输出SIGN低电表示电流RS-流RS+RS-传感电阻负载端OUT电流输出端该电流正流传感电阻电流
    382 工作原理
    MAX471功框图图315示

    图315 MAX471功框图
    图315示MAX471包含两放器传感器电流I通传感器电阻RS+流RS(反然)输出电流流RG1Q1RG2Q2取决传感电阻中电流方部电路(图中没画出)允许Q1Q2时开
    图315例传感器电流RS+精密传感电阻流R输
    出端OUT通输出电阻Rout接(GND)时Q2断开放器A1工作输出电流Q1发射极流出没电流流RG2交点电位A1开环增益正输入端反输入端基保持电位A1正输入端电位似等RG2交点电位传感电流流产生压降等输出电流流RG1产生压降
    ×RG1×
    (×)RG1
    (×Rout)( ××) RG1
    理传感器电流RS传感电阻流RS+
    ( ××) RG2
    综MAX471输出电压方程
    ( ××) RG
    中———期实际输出电压
    ———传感实际电流
    ——— 精密传感电阻
    ——— 输出调压电阻
    RG——— 增益电阻(RGRG1RG2)
    MAX471设定电流增益 RG500×106500×106 ××
    输出电阻 2kΩ时传感器电流允许变化范围(3A≤≤3A)输出电压变化范围:3V≤≤3V 满标电压3V
    特定满标范围应输出调压电阻Rout:
    Rout(×RG)( ×)
    MAX471 ×500×106
    注意变化时须保证MAX471输出电压电压限超VRS+15V
    MAX471需供电电压3~36V踪电流变化频率达130kHz采8脚封装典型应电路图312示瞬变电流响应非常快减弱噪声输出端产生干扰输出调压电阻两端联电容1µF( 根实验确定)进行旁路电容引入会影响MAX471性
    设计中电阻R4采20K06W精密电阻输出500mA时超5V输出电压便ADC0809采集作数字化处理
    MAX471接线电路图316示
    图316 MAX471接线电路图


    4 太阳充电器软件设计
    41 系统整体程序框架
    设计整体工作单片机程序控制实现工作程:电路启动初始化电路功选择输出选择确定输出单片机采集计算输出PWM信号定时采集数处理调节PWM信号占空等程序整体框架图41示


    初始化
    电流充电
    充电子程序
    电源子程序
    Y
    N
    开始
    结束

    图41 程序整体框架流程





    42 电路启动初始化
    初始化单片机运行设置初始运行环境完成工作:清片次单片机加电时引起单片机电复位操作复位操作完成单片机寄存器会置值值中相部分未知值未知值单片机复位完成正式运行会产生法程序设计员掌握果甚会造成系统损坏单片机运行首先清0置初始参数设定便程序设计员掌握利系统工作设置系统运行需参数设置定时器中断设定图42初始化程序流程













    清片RAM
    初始参数设定
    AD设定
    定时器设定
    中断设定
    返回
    开始

    图42 初始化程序流程

    43 键采集程序
    键盘子程序探测开关否处效开关状态决定否启动系统运转读线读取相连端口值判断处理存相关缓存中中读取端口做定延时排键抖引起误动作图43键子程序结构流程图
    入口


    读IO口


    N

    延时

    Y

    处理存入缓存


    反回


    图43 键子程序结构流程图






    44 数采集模数转换程序
    数采集单片机控制ADC0809完成程序分数初始化发送启动转换命令等转换结束接收数处理存入缓存程序
    数采集单片机控制ADC0809完成程序分数初始化发送启动转换命令等转换结束接收数处理存入缓存程序流程图44示
    Y
    N
    初始化
    启动转化
    转换结束?
    处理存储
    N
    Y
    入口
    返回

    图44 数采集子程序结构流程图






    45充电子程序设计
    充电程分两阶段进行第阶段恒流充电充电电流设定充电电压达4V时转入第二阶段42V恒压充电方式恒压充电电流会着时间推移逐渐降低充电电流降01mA时表明电池已充额定容量93~95时认基充满果继续充充电电流会慢慢降低零电池完全充满充电程中充电指示灯亮充满时充饱指示灯亮充电指示灯灭充电子程序流程图图45示
    电压>4V?
    电流<01mA
    恒流充电
    充电结束
    恒压充电
    入口
    返回
    采集电压电流
    Y
    N
    Y
    N


    图45 充电子程序结构流程图



    46 电源子程序设计
    太阳手机充电器传统充电器相优点仅直接电池充电作普通直流电源中5V直流输出直接手机充电作MP3等电子设备供电电源完善流保护功确保电子产品安全电源子程序流程图图46示
    入口
    采集电压电流
    关断输出
    增占空

    减占空
    电流
    输出电压判断
    返回
    N
    Y


    相等
    图46 电源子程序结构流程图






    5 电路测试
    51软件测试
    启动Keil C51软件进入界面点击Project→new uVision Project新建工程弹出话框中选择单片机型号进入工作界面target文件新建asm文件保存添加工程中编写C程序调试通asm文件文件直接载单片机中运行
    程序Keil中调试图51示



    图51 程序Keil中调试





    程序Debug中调试图52示



    图52 程序Debug中调试

    通程序中调试没发现错误证明汇编程序行然生成asm文件烧录单片机中进行步硬件测试









    52硬件测试
    1 太阳电池连接LM7805输入端时输出端通USB线接手机检查完毕置阳光观察手机否正常充电
    2 结果显示手机充电现象数码LED会亮分析太阳光线强造成太阳电池输入电压没达LM7805起振电压
    3 电压表测量LM7805输入电压太阳电池板输入电压3VLM7805正常起振电压少8V断定太阳电池板没达实际需输入电压求
    4 分析太阳电池输出功率较低LM7805法正常工作通串联更换太阳电池提高工作电压时手电筒着太阳电池板提升光强度电池板输出功率提
    5 新条件次连接线路放太阳光观察充电效果手机数码LED没反应
    6 根情况怀疑电路身出现某种未知障造成整电路出现法正常工作万表检测脚连接情况结果发现单片机VCC电压进步检测原单片机20脚断路排障次进行充电
    7 然没进行充电万表检测模块电压LM7805入手输入电压9V输出电压23V实际LM7805输出电压稳定5V电压
    8验证否LM7805障5V充电器直接加电路断开LM7805模块结果单片机正常工作数码LED正常显示断定LM7805障
    9LM7805板拆万表电阻档测身已短路换新LM7805焊接置太阳手机充电反应时常停止充电数码LED亮度闪烁
    10电压表测电路输入数码LED灯电压发现电压稳定测太阳板输出电压发现电压稳定说明太阳板光电转换稳定太阳光强情况输出电压法供应LM7805工作

    6 结展
    太阳手机充电器系统设计分硬件电路设计程序设计两部分硬件电路设计属前期工作通方案证行性分析终确定89C51单片机完成电路控制设计展开外围电路控制硬件电路设计硬件电路设计电路原理图绘制参数确定硬件电路设计遇问题关DCDC转换PWM脉宽调制信号产生问题反复分析证确定单片机通编程实现样降低硬件成
    软件设计采模块化程序设计方法分程序部分数码显示模块AD转换采集模块PWM脉宽信号产生模块等程序设计参考资料里容相设计说PWM脉宽调制信号产生程序参考网友提供标志位加定时器实现方法程序中关数处理计算设计东西涉具体硬件电路找相关资料数处理中简单单字节算法双字节采巧妙算法效避免出现双字节程序设计变简单
    设计果进行进步研究认应该方面重点考虑:
    (1)考虑显示模块改液晶显示样减电流损耗显示汉字显示更加丰富性化总造价增加
    (2)PWM产生独立芯片完成样减轻单片机负担时间做性化服务提高电路输出精度





    致 谢
    文XX老师亲切关怀悉心指导完成严肃科学态度严谨治学精神精益求精工作作风深深感染激励着文撰写程中特感谢XX老师指导督促时感谢谅解包容
    感谢XX学力帮忙硬件电路汇编程序方面出现问题厌烦指出帮忙解决
    文参考文献资料百度搜索引擎热心网友感谢热心帮忙
    求学历程艰苦快乐四年学期中结识位生活学挚友生笔财富表示衷心感谢
    次文答辩完成意味着学生活落幕初出茅庐高中生变成受高等教育科生学里学感谢湖北科技学院感谢位老师四年中留许美回忆丰富知识拓展视野学会处事













    参考文献
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    [3] 张冬洁王志远刘胜利太阳国应发展前景[J]洛阳工学院学报2001
    22(4)3537
    [4] 张红梅尹云华太阳电池研究现状发展趋势[J]社会科学杂志200883942
    [5] 蒋鸿飞胡淑婷绿色源——太阳充电器[J]海应技术学院学报2007
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    [19] 潘新民丁王燕芳微型计算机控制技术应[M]电子工业出版社2003
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    附录1:电路原理图


    附录2:汇编源程序
    ORG 0000H
    LJMP MAIN
    ORG 000BH
    LJMP PWML PWM波输出
    ORG 001BH
    LJMP TESTOUT 检测输出
    LED EQU 70H 数码显示缓
    PWMF BIT 00H PWM输出标志位
    PWM1H EQU 71H PWM高电缓
    PWM1L EQU 72H
    PWM2H EQU 73H PWM低电缓
    PWM2L EQU 74H
    TESTH EQU 77H 检测周期缓存
    TESTL EQU 78H
    TESTV EQU 79H 输出电压检测缓
    TESTI EQU 7AH 输出电流检测缓
    PWMT EQU 7BH PWM波周期
    OUT BIT 02H 功选择
    TVI BIT 03H 功选择
    程序
    ORG 0100H
    MAIN MOV A#00H
    MOV LEDA
    MOV P1#0FDH
    CLR TESTV
    MOV PWMT#200 PWM周期设50us
    MOV TESTH#0FEH
    MOV TESTL#0CH
    LCALL DISPLAY
    LJMP KEYWORK
    START LCALL TESTIN
    MOV ATESTV
    MOV B#33H
    DIV AB
    JNZ NEXT
    MOV A#01H
    NEXT MOV B#04H
    MUL AB 例出实际输入电压
    MOV BA
    JNB OUTNEXT2
    NEXT1 MOV APWMT
    DIV AB
    MOV BLED
    MUL AB A中低电周期
    MOV R1A
    MOV A#0FFH
    CLR C
    SUBB AR1
    INC A
    MOV PWM2LA
    MOV PWM2H#0FFH
    MOV APWMT
    CLR C
    SUBB AR1 A中高电周期
    MOV R1A
    MOV A#0FFH
    CLR C
    SUBB AR1
    INC A
    MOV PWM1LA
    MOV PWM1H#0FFH
    CLR P20
    CLR P21
    CLR P22
    MOV IE#8AH CPU开中断
    MOV TMOD#11H T模式1定时开始输出
    MOV TH1PWM2H T1赋值
    MOV TL1PWM2L
    MOV TH0TESTH T0赋值
    MOV TL0TESTL
    SETB TR0
    SETB TR1
    LJMP ED
    NEXT2 MOV APWMT
    MOV B#04H
    DIV AB A中低电周期
    MOV R1A
    MOV A#0FFH
    CLR C
    SUBB AR1
    INC A
    MOV PWM2LA
    MOV PWM2H#0FFH
    MOV APWMT
    CLR C
    SUBB AR1 A中高电周期
    MOV R1A
    MOV A#0FFH
    CLR C
    SUBB AR1
    INC A
    MOV PWM1LA
    MOV PWM1H#0FFH
    CLR P20
    CLR P21
    CLR P22
    MOV IE#8AH CPU开中断
    MOV TMOD#11H T模式1定时开始输出
    MOV TH1PWM2H T1赋值
    MOV TL1PWM2L
    MOV TH0TESTH T0赋值
    MOV TL0TESTL
    SETB TR0
    SETB TR1
    ED AJMP ED
    PROTECT
    CLR P11
    LJMP ED
    PWML JB PWMFPWMH PWM输出未完成返回
    CLR TR0
    MOV TH0PWM2H
    MOV TL0PWM2L
    SETB TR0
    SETB PWMF
    CLR P11 PWM输出低电
    RETI
    PWMH SETB P11
    CLR TR0
    MOV TH0PWM1H
    MOV TL0PWM1L
    SETB TR0 PWM输出高电
    CLR PWMF
    RETI
    TESTIN
    SETB P20
    CLR P21
    CLR P22
    LCALL TEST
    RET
    TESTOUT
    CLR TR1
    JNB TVISTCBA
    TEST1 LCALL TEST
    LCALL TEST
    JNB OUTTEST2
    MOV ATESTI
    INC A
    JZ PROTECT
    MOV DPTR#OTVTAB
    MOV ALED
    MOVC A@A+DPTR
    CLR C
    CJNE ATESTVDADA
    LJMP RETURN
    DADA JC XIAO
    MOV APWM2L
    ADD A#01H
    MOV PWM2LA
    MOV APWM1L
    SUBB A#01H
    MOV PWM1LA
    LJMP RETURN
    XIAO CLR C
    MOV APWM2L
    SUBB A#01H
    MOV PWM2LA
    MOV APWM1L
    ADD A#01H
    JNZ RETURN
    MOV PWM1LA
    RETURN
    MOV TH1TESTH
    MOV TL1TESTL
    SETB TR1
    RETI
    TEST2 MOV A#44H
    CJNE ATESTVDXID
    LJMP RETURN
    DXID JC DXIX
    MOV DPTR#OTITAB
    MOV ALED
    MOVC A@A+DPTR
    JNB OUTTEST2
    CJNE ATESTIDADA 恒流充电
    LJMP RETURN
    DXIX MOV A#47H
    CLR C
    CJNE ATESTVDADA 恒压充电
    LJMP RETURN
    STCBA CLR P20
    SETB P21
    CLR P22
    LJMP TEST1
    AD转换子程序
    TEST CLR P25
    SETB P23
    CLR P23
    SETB P24
    CLR P24
    JNB P27
    SETB P25
    JNB TVIMOVI
    MOVV MOV TESTVP0
    SETB TVI
    CLR P25
    MOV P0#0FFH
    RET
    MOVI MOV TESTIP0
    CLR TVI
    CLR P25
    MOV P0#0FFH
    RET
    键采集程序
    KEYWORK
    JNB P16KEY2
    JNB P10KEY3
    LJMP KEYWORK
    KEY2 LCALL DL10MS
    JB P16KEYWORK
    CLR OUT
    LJMP START
    KEY3 LCALL DL10MS
    JB P10KEYWORK
    SETB OUT
    LJMP START
    延时子程序
    DL10MS
    MOV R5#07H
    DL0 MOV R6#0D0H
    DL1 MOV R7#19H
    DL2 DJNZ R7DL2
    DJNZ R6DL1
    DJNZ R5DL0
    RET
    数码显示子程序
    DISPLAY
    MOV DPTR#LEDTAB
    MOV ALED
    MOVC A@A+DPTR
    MOV SBUFA
    RET
    LEDTAB DB 0C0H0F9H0A4H0B0H99H92H82H0F8H80H90H
    OTVTAB DB 00H11H22H33H44H55H66H77H88H99H
    OTITAB DB 00H33H66H99H0CCH0FFH
    END

















    附录3:元器件清单
    序 号
    器件名称
    型号规格
    数量
    1
    单片机
    AT89C51
    1片
    2
    IC座
    40脚
    1片
    3
    芯片
    ADC0809
    1片
    4
    IC座
    28脚
    1片
    5
    芯片
    74HC164
    1片
    6
    IC座
    14脚
    3片
    7
    芯片
    74LS74
    1片
    8
    芯片
    MAX471
    1片
    9
    IC座
    8脚
    1片
    10
    8字形数码

    1
    11
    三端稳压器
    LM7805
    1
    12
    晶振
    12MHz
    1
    13
    陶瓷电容
    30pf
    2
    14
    电解电容
    10uf
    1
    15
    电解电容
    470uf50v
    1
    16
    陶瓷电容
    103 01uf
    1
    17
    电解电容
    47uf10v
    2
    18
    电感
    220uH
    1
    19
    轻触开关

    3
    20
    直插电阻
    10K
    3
    21
    直插电阻
    390
    1
    22
    直插电阻
    56K
    3
    23
    直插电阻
    30K
    1
    24
    直插电阻
    129K
    1
    25
    直插电阻
    62K
    1
    26
    直插电阻
    43K
    1
    27
    直插电阻
    31K
    1
    28
    直插电阻
    20K
    1
    29
    直插电阻
    330
    1
    30
    三极
    2SC9013
    1
    31
    三极
    2N5551
    1
    32
    三极
    2N5366
    1
    33
    二级(发光)

    5(2)
    34
    太阳电池板
    125mm×63mm
    2块
    35
    USB接口(母口)

    1

    附录4: 实物图

    实物图正面

    实物图反面





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    贡献于2020-05-25

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