太阳能手机充电器.doc

大 庆 师 范 学 院课 程 设 计 课 程 现代通信电源技术及应用 题 目 太阳能手机充电器 院 系 物理与电气信息工程学院 专业班级 自动化二班 学生姓名 李全序 陈福龙 吕健 李理 指导教师 熊春宇 2011年 5月 5日太阳能手机充电器李全序 陈福龙 吕健 李理摘要：太阳能充电器的设计，以太阳能电池板为能源核心对硬件电路进行供电，控制电路以单片机为核心，整个系统由电源变换电路、采样电路、处理器、脉宽调制控制器和电池组组成。系统对数据的采样及处理都采用单片机来实现。通过脉宽调制对手机电池充电进行智能控制，从而提高太阳能电池输出功率及手机电池的使用效率，达到延长电池使用寿命的目的。关键词：太阳能；单片机；PWM0 引言长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。其次宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影，辐射能量十分稳定。因而发电系统相对说来比地面简单，而且在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也不太高。再者，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致“温室效应”和全球性气候变化，也不会造成环境污染。正因为如此，太阳能的利用收到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能能利用的应用领域。在太阳能的有效利用当中，太阳能利用是近些年来发展最快，最具活力的领域。本文设计开发出一种具有使用价值的太阳能充电系统，可以对电池进行充电，给人们带来了极大的方便，有一定的社会价值和经济价值。太阳能充电技术是目前各国竞相研究的应用技术，同时也是与前沿理论结合得罪紧密的应用技术。太阳能充电技术的主要研究内容，就是如何在给定光-电转换材料和电池的条件下，完成高效充电。1 绪论1.1设计目的使用手机的人都有过这样的经历：在外出时手机电池突然没有电了，因充电器不在身边或找不到可以充电的地方，影响了手机的正常使用。为了解决这一问题，本文介绍了一种太阳能手机充电器，它使用太阳能电池板，经电路进行直流电压变换后给手机电池充电，并能在电池充电完成后自动停止充电。1.2 设计思路和分析太阳能充电器的设计，以太阳能电池板为能源核心对硬件电路进行供电，控制电路以单片机为核心，整个系统由电源变换电路、采样电路、处理器、脉宽调制控制器和电池组组成。系统对数据的采集及处理都采用单片机来实现。本设计采用太阳能电池板对8051单片机进行供电，设计了基于单片机的太阳能充电电路，通过脉宽调制对手机电池充电进行智能控制。1.3 系统总体结构设计充电器主要包括电源变换电路、采样电路、处理器、脉宽调制控制器和电池组等，形成了一个闭环系统。其中，单片机是电路的控制部分，PWM电路是整个电路的核心部分。电路图如图1所示。充 电 电 池电流采样液晶显示太阳能电池板分压电流采样电压采样电源变换PWM控制电路单片机A/D转换电路电压采样图12 硬件电路设计2.1太阳能电池板部分太阳能电池包括一个p-n接点，光能（光子）在此使得电子和空穴从新组合，从而产生电流。在大多数应用中，理想情况是尽可能从太阳能电池获得最大电力。由于输出功率是输出电压于电流的乘积，因此我们应明确电池哪部分工作区能实现最大的输出电压于电流乘积值，即所谓的最大功率点(MPP)，在一种极端请鲁昂下，输出电压为最大值（VOC），但输出电流为零；在另一种极端情况下，输出电流为最大值（ISC），但输出电压为零，在上述两种情况下，输出电压与电流的乘积均为零，因此，MPP必须在两种极端情况之间。2.2单片机部分单片机采用8051系列单片机89C51。单片机内部有两个定时器，两个外部中断和一个串口中断、三个八路的I/O扣，本设计采用12MHz的晶振。单片机最小系统核心部分包括单片机芯片、振荡电路及复位电路。单片机的任务是通过采样电路实时采集太阳能电池板的输出电压和电流以及电池的充电状态，并采用一定的算法寻找最大的功率点。2.3 电路采样部分如果在系统中要对电流进行检测，必须先将电流信号转换为电压信号，然后才能实现A/D转换。常用的转换方法是在电路中加入精密电阻，由此将电流信号转换为电压信号。这种方法的优点是测量简单发辫，但是这种方法当电流很小时，影响测量准确度，因而很难选择一个合适的阻值；其次，所得到的电流检测信号只有通过放大以后才能进入电路中的比较器，从而增加了电路设计调试时的复杂度。因此，可以采用电流电压转换芯片MAX472，客服了常规测量电流方法存在的测量范围小、测量误差大等缺点，可提高测量精度，并且可以用单片机进行精确控制。2.4 PWM控制电路控制器采用脉宽调制(PWM)方式控制供电电流的大小。PWM控制部分是由单片机输出的PWM波通过控制电路实现的，主控制器和它采用中断的方式进行通讯，控制其增大或减小脉宽。PWM信号通过光电隔离驱动主回路上的功率管IF9540.用PWM方式控制的开关电源可以减小功耗，同时便于进行数字化控制，但母线的纹波系数相对较大。2.5 电池充电原理锂离子电池在充电或放电过程中若发成过充、过放或过流时，会造成电池的损坏或降低使用寿命，根据锂离子电流充电曲线可知：分为三个阶段：预充状态、恒流充电和恒压充电阶段。3 软件设计我们采用的太阳能电池板的输出电压是5V，而充电电池的最高输入电压要求是不能高于4.2V，为了保护电池起见，我们先把输出的电压从低到高逐渐增加。其中Ua为充电电池两端电压，Ub为太阳能板两端电压。充电结束恒压充电恒流充电Ib800mAUb4.1VUa4.2VA/D转换采集太阳电池电压和电流系统初始化 否 否MPPT方式充电 是图2产生PWM波：可以采用延时的办法，也可以使用定时器，可以根据需要进行选择。4 结论利用8051单片机作为控制芯片，与外围电路构成太阳能手机充电器，采用PWM方式进行控制，可以自动寻找太阳能电池板的最大输出功率点提高了能量的使用率，具有控制灵活、稳定性高的优点。参考文献1童诗白.华成英.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2001.