毕设-智能太阳能电子钟.doc

本科毕业设计 论文 本科毕业设计 论文 智能太阳能电子钟智能太阳能电子钟 Smart solar power electronic clock 学 院 电气工程 专 业 电气工程及其自动化 学生姓名 学 号 指导教师 北京交通大学北京交通大学 2020 年 1 月 学士论文版权使用授权书 本学士论文作者完全了解北京交通大学有关保留 使用学士论文的规定 特授权 北京交通大学可以将学士论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 提供阅览 服务 并采用影印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编以供查阅和借阅 保密的学位论文在解密后适用本授权说明 学位论文作者签名 指导教师签名 签字日期 年 月 日 签字日期 年 月 日 北京交通大学毕业设计 论文 中文摘要 中文摘要 摘要 摘要 随着社会和科学技术的发展 人类得知时间的方法一直在不断研究 创新 从观测太阳 钟摆发展到现在的电子钟 电子钟相比于传统时钟具有读取方便 显示 直观 功能多样等诸多优点 具有广阔的市场前景 虽然现在电子钟的技术已经比较成熟 但市场上电子钟大部分还是以传统电池为 电源 传统电池的使用对环境污染大 难以降解 成本高 而智能太阳能电子钟则与 之相反 作为一种新能源 太阳能不会产生废渣 废水 废气 可以长期使用 不会 造成环境污染 成本低廉 而且也免去了不断更换电池的麻烦 本课题研究的是以太阳能为主要供电源的智能太阳能电子钟 系统由主控制器 STC89C51 时钟电路 液晶显示电路 按键电路 复位电路 太阳能供电系统及备用 电池供电系统等部分构成 能实现日历显示的功能 能进行时 分 秒的显示与调节 关键词 关键词 电子钟 单片机 太阳能 北京交通大学毕业设计 论文 英文摘要 i ABSTRACT ABSTRACT Along with the development of the society science and technology the methods humans use to know time develop from the point of view of the sun and the pendulum to the electronic clock presently continuing researching and innovating Compared with traditional clock electronic clock is convenient intuitive display multiple functions and many other advantages with electronic instrumentation the trend of development which has a broad market prospect Although electronic clock technology is relatively mature however most electronic clocks on the market are supplied by traditional battery power The use of traditional battery can cause a lot of pollution to the environment and it is also expansive and difficult to degradate On the contrary the smart solar power electronic clock has its natural advantage As a kind of new energy the solar power would not produce waste residue waste water or waste gas and it can be used for a long time It may cause no pollution to the environment and the cost is low It also avoids the trouble of change the battery This topic is about the smart electronic clock which is supplied by solar power The system consists of STC89C51 maincontroller clock circuit liquid crystal display circuit key circuit reset circuit solar power supply system and battery backup power supply system components which can realize the clock calendar display function and can carry out the time display by hour minute and second KEYWORDS electronic clock single chip microcomputer solar power 北京交通大学毕业设计 论文 目录 ii 目 录 中文摘要 I ABSTRACT II 目 录 III 1 引言 1 2 系统硬件设计 2 2 1 硬件选择 2 2 1 1 单片机 2 2 1 2 显示模块 4 2 1 3 键盘模块 5 2 1 4 时钟芯片模块 5 2 1 5 充电管理模块 6 2 2 系统硬件框图 9 2 3 电路设计 9 2 4 太阳能板及电池 12 2 4 1 太阳能发电原理 12 2 4 2 太阳能发电的优缺点 12 2 4 3 锂离子电池充放电原理 13 2 4 4 太阳能板及锂电池选择 13 3 系统软件设计 14 4 仿真与实物 15 5 结论 21 参考文献 22 致 谢 23 附 录 24 北京交通大学毕业设计 论文 正文 0 1 引言 近年来 太阳能作为可再生能源越来越受到人们的重视 人类对化石能源枯竭 能源安全和环境恶化的担忧导致对清洁 可再生能源的需求增大 许多国家已经做出 大规模开发利用太阳能发电 风力发电的决策和规划 我们可以看到 一个以新能源 发电为标志的电力系统新时代似乎已经到来了 独立太阳能光伏电源系统 在大多数国家主要用在离电网遥远的分散居民的地区 作电站或户用发电装置 我国的光伏发电应用始于 20 世纪 70 年代 在 20 世纪末 我 国太阳能电池的研究和生产还处于基础和小规模阶段 然而进入 21 世纪 已建成 7 个 初具规模的光伏电池生产厂 光伏电池组件的年生产能力为 4 5MW 左右 其中 单晶 硅电池为 2 5MW 非晶硅电池为 2MW 但多晶硅电池只有少量的中试产品 远远满 足不了需要 新世纪以来 在国家重视环保 大力开发利用新能源和可再生能源的政 策环境下 我国太阳能电池的研究和开发明显加快了步伐 在当前国际国内能源日趋 紧张的形势下 受西方发达国家大力推广太阳能光伏发电应用并取得显著成效的鼓舞 我国在 2005 年 3 月正式颁布了 中华人民共和国可再生能源法 并于 2006 年开始 实施 该政策的出台 将促进我国太阳能光伏发电产业的大发展 使太阳能光伏发电 量上升到一个新的水平 中国西部地区已进行的 乡通电 计划 已建立了近 20 兆瓦 的这样的系统 这些大型光伏电源系统大多耗资大 需要专员维护 而且需要广阔的 地域空间 而相对于大型光伏发电系统而言 小型光伏发电系统的应用似乎更贴近于大多数 人的生活 更容易被人们认知 如太阳能钟表 太阳能热水器等 在大型光伏发电系 统已有一套基本完备的体系和架构的现在 小型光伏发电系统无疑更具有发展潜力 太阳能电子钟是太阳能光伏显示装置的一种 它需要一天 24 小时都正常工作 因 此 除光伏器件外 还需有蓄电池做储能装置 有光照射时 光伏发电系统工作 将 光能转化为电能储存在蓄电池中 同时供给时钟工作 无光照时 由蓄电池供给电能 使时钟仍能正常工作 相比于使用传统电源的电子钟而言 智能太阳能电子钟具有清洁 无污染 成本 低廉 便捷等优点 小型智能太阳能电子钟置于有光处即可工作 无需更换电池 大 型智能太阳能电子钟无需供电 节能环保 本课题以光伏发电理论为基础 以太阳能电池板为主要供电源并配以储能电路 以 STC89C51 来实现时钟等功能设计 达到采用太阳能电磁板吸收光能并转化为蓄电 池电能并驱动时钟正常工作的设计要求 满足没有太阳光的时候时钟能继续正常运转 实现自动化 智能化的目的 北京交通大学毕业设计 论文 正文 1 2 系统硬件设计 2 1 硬件选择 2 1 1 单片机 采用 STC89C51 芯片 算术运算功能强 软件编程灵活 自由度大 可用软件编 程实现各种算法和逻辑控制 并且由于其功耗低 体积小 技术成熟和成本低等优点 使其在各个领域应用广泛 STC89C51 是采用 8051 核的 ISP In System Programming 在系统可编程芯片 最 高工作时钟频率为 80MHz 片内含 8K Bytes 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存 储器 器件兼容标准 MCS 51 指令系统及 80C51 引脚结构 芯片内集成了通用 8 位中 央处理器和 ISP Flash 存储单元 具有在系统可编程 ISP 特性 配合 PC 端的控制程 序即可将用户的程序代码下载进单片机内部 省去了购买通用编程器 而且速度更快 图 2 1 STC89C51 引脚图 管脚说明 VCC 供电电压 北京交通大学毕业设计 论文 正文 2 GND 接地 P0 口 P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I O 口 每脚可吸收 8TTL 门电流 当 P1 口的管脚第一次写 1 时 被定义为高阻输入 P0 能够用于外部程序数据存储器 它可 以被定义为数据 地址的第八位 在 FIASH 编程时 P0 口作为原码输入口 当 FIASH 进行校验时 P0 输出原码 此时 P0 外部必须被拉高 P1 口 P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流 P1 口管脚写入 1 后 被内部上拉为高 可用作输入 P1 口被外部下拉 为低电平时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 在 FLASH 编程和校验时 P1 口作为第八位地址接收 P2 口 P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 口缓冲器可接收 输出 4 个 TTL 门电流 当 P2 口被写 1 时 其管脚被内部上拉电阻拉高 且作为输入 并 因此作为输入时 P2 口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时 P2 口输出地址 的高八位 在给出地址 1 时 它利用内部上拉优势 当对外部八位地址数据存储器 进行读写时 P2 口输出其特殊功能寄存器的内容 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收 高八位地址信号和控制信号 P3 口 P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I O 口 可接收输出 4 个 TTL 门电 流 当 P3 口写入 1 后 它们被内部上拉为高电平 并用作输入 作为输入 由于 外部下拉为低电平 P3 口将输出电流 ILL 这是由于上拉的缘故 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口 如下表所示 口管脚 备选功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INT0 外部中断 0 P3 3 INT1 外部中断 1 P3 4 T0 记时器 0 外部输入 P3 5 T1 记时器 1 外部输入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 RESET 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持 RST 脚两个机器周期的高电平 时间 ALE PROG 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE 端以不变的 北京交通大学毕业设计 论文 正文 3 频率周期输出正脉冲信号 此频率为振荡器频率的 1 6 因此它可用作对外部输出的脉 冲或用于定时目的 然而要注意的是 每当用作外部数据存储器时 将跳过一个 ALE 脉冲 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0 此时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 另外 该引脚被略微拉高 如果微处理器在外 部执行状态 ALE 禁止 置位无效 PSEN 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个机器周 期两次 PSEN 有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN 信号将不出现 EA VPP 当 EA 保持低电平时 则在此期间外部程序存储器 0000H FFFFH 不管是否有内部程序存储器 EA 将内部锁定为 RESET 当 EA 端保持高电平时 此间 内部程序存储器 在 FLASH 编程期间 此引脚也用于施加 12V 编程电源 VPP XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路输入 XTAL2 来自反向振荡器的输出 2 1 2 显示模块 方案一 使用 LCD1602 液晶显示屏显示 LCD1602 能够同时显示 16x02 即 32 个 字符点阵的 LCD 液晶显示 轻薄短小 低耗电量 无辐射危险 平面直角显示以及影 像稳定不闪烁等优点 可视面积大 画面效果好 分辨率高 抗干扰能力强 方案二 采用点阵数码管显示 点阵数码管是有八行八列的发光二极管组成 对 于显示文字比较适合 如采用在显示数字则太浪费 且价格也相对较高 方案三 使用传统的 LED 数码管显示 数码管具有 低功耗 低损耗 寿命长 耐老化 防晒 防潮 防火 防高温 对外界环境要求低 易于维护 同时其精度比 较高 称重轻 精确可靠 操作简单 数码管采用 BCD 编码显示数字 程序编译容易 资源占用较少 根据各方案优劣对比 采用方案一 1602 采用标准的 16 脚接口 如图 2 2 所示 图 2 2 LCD1602 引脚图 北京交通大学毕业设计 论文 正文 4 1 VSS 为电源地 2 VCC 接 5V 电源正极 3 V0 为液晶显示器对比度调整端 接正电源时对比度最弱 接地电源时对比度最高 对比度过高时会 产生 鬼影 使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度 4 RS 为寄存器选择 高电平 1 时选择数据寄存器 低电平 0 时选择指令寄存器 5 RW 为读写信号线 高电平 1 时进行读操作 低电平 0 时进行写操作 6 E 或 EN 端为使能 enable 端 高电平 1 时读取信息 负跳变时执行指令 7 D0 D7 为 8 位双向数据端 8 BLA 为背光正极 9 BLK 为背光负极 2 1 3 键盘模块 选择独立式键盘独立式按键就是各按键相互独立 每个按键单独占用一根 I O 口 线 每根 I O 口线的按键工作状态不会影响其他 I O 口线上的工作状态 因此 通过检 测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了 优点是电路配置灵活 软件 结构简单 2 1 4 时钟芯片模块 采用 DS1302 时钟芯片 它是一种高性能 低功耗的实时时钟芯片 附加 31 字节 静态 RAM 可采用突发方式一次性传送多个字节的时钟信号和 RAM 数据 实时时钟 可提供秒 分 时 日 星期 月和年 且具有闰年补偿功能 工作电压宽达 2 5 5 5V 使用双电源供电 可设置电源充电方式 用于数据记录 特别是对某些具有 特殊意思的数据点的记录上 能实现数据与出现该数据的时间同时记录 其所使用的 32678Hz 外部晶振较单片机内部的 RC 振荡器精确度高很多 图 2 3 DS1302 引脚图 北京交通大学毕业设计 论文 正文 5 DS1302 的引脚排列 其中 Vcc1 为后备电源 VCC2 为主电源 在主电源关闭 的情况下 也能保持时钟的连续运行 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者 供电 当 Vcc2 大于 Vcc1 0 2V 时 Vcc2 给 DS1302 供电 当 Vcc2 小于 Vcc1 时 DS1302 由 Vcc1 供电 X1 和 X2 是振荡源 外接 32 768kHz 晶振 32768 2 15 15 分频后就变为 1HZ t 1 f 1s 即 1s 计数一次 CE 是复位 片选线 通过把 CE 输入驱 动置高电平来启动所有的数据传送 CE 输入有两种功能 首先 CE 接通控制逻 辑 允许地址 命令序列送入移位寄存器 其次 CE 提供终止单字节或多字节数据 的传送手段 当 CE 为高电平时 所有的数据传送被初始化 允许对DS1302 进 行操作 如果在传送过程中 CE 置为低电平 则会终止此次数据传送 I O 引脚变 为高阻态 上电运行时 在 Vcc 2 0V 之前 CE 必须保持低电平 只有在 SCLK 为低电平时 才能将 CE 置为高电平 I O 为串行数据输入输出端 双向 SCLK 为时钟输入端 DS1302 的控制字如图 2 4 所示 控制字节的最高有效位 位 7 必须是逻辑 1 如果 它为 0 则不能把数据写入 DS1302 中 位 6 如果为 0 则表示存取日历时钟数据 为 1 表示存取 RAM 数据 位 5 至位 1 指示操作单元的地址 最低有效位 位 0 如为 0 表示要 进行写操作 为 1 表示进行读操作 控制字节总是从最低位开始输出 图 2 4 DS1302 控制字 在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时 数据被写入 DS1302 数据 输入从低位即位 0 开始 同样 在紧跟 8 位的控制指令字后的下一个 SCLK 脉冲的下 降沿读出 DS1302 的数据 读出数据时从低位 0 位到高位 7 DS1302 有 12 个寄存器 其中有 7 个寄存器与日历 时钟相关 存放的数据位为 BCD 码形式 此外 DS1302 还有年份寄存器 控制寄存器 充电寄存器 时钟突发 寄存器及与 RAM 相关的寄存器等 时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外 的所有寄存器内容 DS1302 与 RAM 相关的寄存器分为两类 一类是单个 RAM 单元 共 31 个 每个单元组态为一个 8 位的字节 其命令控制字为 C0H FDH 其中奇数为 读操作 偶数为写操作 另一类为突发方式下的 RAM 寄存器 此方式下可一次性读写 所有的 RAM 的 31 个字节 命令控制字为 FEH 写 FFH 读 2 1 5 充电管理模块 北京交通大学毕业设计 论文 正文 6 采用 CN3063 充电管理芯片 CN3063 是可以用太阳能电池供电的单节锂电池充电 管理芯片 该器件内部包括功率晶体管 应用时不需要外部的电流检测电阻和阻流二 极管 内部的 8 位模拟 数字转换电路 能够根据输入电压源的电流输出能力自动调整 充电电流 用户不需要考虑最坏情况 可最大限度地利用输入电压源的电流输出能力 非常适合利用太阳能电池等电流输出能力有限的电压源供电的锂电池充电应用 图 2 5 CN3063 及其外接电路 如图 2 5 所示 CN3063 输入电压范围为 4 35V 6V 并可通过调节 Rx 的大小来调 节充电电压 同时具有温度监测功能 充电电压与 Rx 的关系为 x 6 R1004 32 4U 管脚功能 1 TEMP 为电池温度检测端 将 TEMP 管脚接到电池的温度传感器的输出端 如 果 TEMP 管脚的电压比输入电压的 46 VIN 小超过 0 15 秒 则证明电池的温度过低 或者过高 然后充电过程将被暂停 如果 TEMP 管脚的电压比输入电压的 46 VIN 大超过 0 15 秒 则电池故障状态将被清除 充电将继续 如果将 TEMP 管脚接到地 电池温度监测功能将被禁止 2 ISET 为恒流充电电流设置和充电电流监测端 从 ISET 管脚连接一个外部电阻 北京交通大学毕业设计 论文 正文 7 到地端可以对充电电流进行编程 在预充电阶段 ISET 管脚的电压被调制在 0 2V 在 恒流充电阶段 此管脚的电压被调制在 2V 在充电状态的所有模式 此管脚的电压都 可以根据下面的公式来监测充电电流 3 GND 管脚为电源地 4 VIN 管脚为输入电压正输入端 此管脚上所加的电压为内部电路的工作电源 当 VIN 管脚与 BAT 管脚的电压之差小于 20mV 时 CN3063 芯片将进入功耗较低的睡 眠模式 此时 BAT 通过管脚的电流将小于 3 A 5 BAT 管脚为充电电池连接端 将此管脚连接到电池的正极 在电源电压低于锁 存阈值或者睡眠模式时 BAT 管脚的电流将小于 3 A BAT 管脚向电池提供充电电流 和恒压充电电压 6 DONE 管脚为漏极开路输出的充电结束状态指示端 在充电结束时 管脚将被 内部开关拉到低电平 这表示充电已经结束 在充电未结束时管脚则处于高阻态 7 CHRG 管脚为漏极开路输出的充电状态指示端 当充电器向电池充电时 管脚 被内部开关拉到低电平 这表示充电正在进行 在充电结束后管脚将处于高阻态 8 FB 管脚为电池电压 Kelvin 检测输入端 此管脚可以 Kelvin 检测电池正极的电 压 从而精确调制恒压充电时电池正极的电压 避免了从电池的正极到 CN3063 的 BAT 管脚之间的导线电阻或接触电阻等寄生电阻对充电的影响 如果在 FB 管脚和 BAT 管脚之间接一个电阻 可以调整恒压充电电压 ISET ISET CH R 900V I 北京交通大学毕业设计 论文 正文 8 2 2 系统硬件框图 2 3 电路设计 总电路图如图 2 6 所示 北京交通大学毕业设计 论文 正文 9 图 2 6 电子钟总电路图 图 2 7 按键模块电路图 图 2 7 所示为键盘模块 第一个按键对应光标 第二个按键实现加一 第三个按 键实现减一 图 2 8 时钟模块电路图 北京交通大学毕业设计 论文 正文 10 图 2 8 所示为时钟模块 其中外接晶振选择为 32 678KHz Vcc1 接太阳能供电 Vcc2 接备用电源 两个电容均为 30pF 图 2 9 显示模块电路图 图 2 9 所示为显示模块 其中 10k 滑动变阻器用来调节液晶显示亮度 16 2 液 晶显示上第一行显示日期和星期 第二行显示时间 RP1 为 10k 排阻 其作用为增大 D0 至 D7 的电流 图 2 10 STC89C51 及其外接电路 图 2 10 所示为单片机外接电路 其中 C1 C2 为 22pF C3 为 10 F 晶振为 12MHz 按键实现复位功能 北京交通大学毕业设计 论文 正文 11 2 4 太阳能板及电池 2 4 1 太阳能发电原理 太阳能发电有两种方式 一种是光 热 电转换方式 另一种是光 电直接转换 方式 光 热 电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电 一般是由太阳能集热器 将所吸收的热能转换成工质的蒸气 再驱动汽轮机发电 前一个过程是光 热转换过 程 后一个过程是热 电转换过程 与普通的火力发电一样 太阳能热发电的缺点是 效率很低而成本很高 它的投资至少要比普通火电站贵 5 10 倍 光 电直接转换方式是利用光伏效应 将太阳辐射能直接转换成电能 光伏发电 的主要原理是半导体的光电效应 硅原子有 4 个电子 如果在纯硅中掺入有 5 个电子 的原子如磷原子 就成为 N 型半导体 若在纯硅中掺入有 3 个电子的原子如硼原子 形成 P 型半导体 当 P 型和 N 型结合在一起时 接触面就会形成电势差 成为太阳能 电池 当太阳光照射到 P N 结后 空穴由 N 极区往 P 极区移动 电子由 P 极区向 N 极区移动 形成电流 这种技术的关键元件是太阳能电池 太阳能电池经过串联后进 行封装保护可形成大面积的太阳电池组件 再配合上功率控制器等部件就形成了光伏 发电装置 根据课题的设计要求及实际情况考虑 本设计选用光 电直接转换的形式 2 4 2 太阳能发电的优缺点 与常用的发电系统相比 太阳能光伏发电的优点主要体现在 1 可持续发展 无资源枯竭危险 2 安全可靠 无噪声 无废气 废液 绝对干净 无公害 3 不受资源分布地域的限制 免去交通运输的不便及成本 可利用建筑屋面的优势 4 无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电 5 能源质量高 6 建设周期短 获取能源花费的时间短 成本低 主要缺点 1 照射的能量分布密度小 即要占用巨大面积 若是大型太阳能发电设备则更是要占 用广阔的地域空间 条件很难满足 2 获得的能源同四季 昼夜及阴晴等气象条件有关 日发电量不如传统能源稳定 利 北京交通大学毕业设计 论文 正文 12 用太阳能来发电 设备 即太阳能电池板 成本高 太阳能利用率较低 无法广泛应 用于各种极端环境 2 4 3 锂离子电池充放电原理 锂离子电池内部成螺旋型结构 正极与负极之间由一层具有许多细微小孔的薄膜 纸隔开 锂离子电芯是一种新型的电池能源 它不含金属锂 在充放电过程中 只有 锂离子在正负极间往来运动 电极和电解质不参与反应 锂离子电芯的能量容量密度 可以达到 300Wh L 重量容量密度可以达到 125Wh L 锂离子电芯的反应机理是随着 充放电的进行 锂离子在正负极之间嵌入脱出 往返穿梭电芯内部而没有金属锂的存 在 因此锂离子电芯更加安全稳定 锂离子电池的正极采用钴酸锂 正极集流体是铝 箔 负极采用碳 负极集流体是铜箔 锂离子电池的电解液是溶解了 LiPF6 的有机体 锂离子电池的正极材料是氧化钴锂 负极是碳 当对电池进行充电时 电池的正 极上有锂离子生成 生成的锂离子经过电解液运动到负极 而作为负极的碳呈现层状 结构 它有很多微孔 到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中 嵌入的锂离子越多 充电容量越高 同样道理 党对电池进行放电时 即我们使用电池的过程 嵌在负 极碳层中的锂离子脱出 有运动回到正极 回到正极的锂离子越多 放电容量越高 我们通常所说的电池容量指的就是放电容量 2 4 4 太阳能板及锂电池选择 主要参数 1 根据电子钟电路可以算出其正常工作的功率约为 W1 0502 0 2 考虑到实际生活使用情况 需要蓄电池满电量时可保证电子钟工作 3 天 3 每天光照数约为 6 小时 根据公式 IUP tPW 计算得 Wh2 72431 0 W2 162 7 结合市面上现有产品 选择的锂电池型号为 3 7V2200mAh 通过升压的方式将输 北京交通大学毕业设计 论文 正文 13 入电压变为 5V 选择太阳能电池板的型号为 6V2W 北京交通大学毕业设计 论文 正文 14 3 系统软件设计 采用 C 语言进行编程 程序代码如附录 A 所示 北京交通大学毕业设计 论文 正文 15 4 仿真与实物 仿真结果如图 4 1 所示 图 4 1 仿真结果 可见 该设计可以正常实现时钟显示功能 并可以通过左下三个按键进行时间和 日期的调节 实物如图 4 2 所示 北京交通大学毕业设计 论文 正文 16 图 4 2 实物 左端按键可实现光标 如图 4 3 所示 北京交通大学毕业设计 论文 正文 17 图 4 3 实现光标选择 中间按键可实现加一功能 如图 4 4 所示 北京交通大学毕业设计 论文 正文 18 图 4 4 实现光标选取位置加一 右边按键可实现减一功能 如图 4 5 所示 北京交通大学毕业设计 论文 正文 19 图 4 5 实现光标选取位置减一 在无光照时 依靠锂电池内储存的电量 电子钟仍能继续工作 如图 4 6 所示 北京交通大学毕业设计 论文 正文 20 图 4 6 无光时仍可正常工作 综上所述 本设计可实现课题的基本目的 实现电子钟正常运作与调节 在有光 时太阳能电池板吸收光能并转化为蓄电池电能 并驱动时钟正常工作 没有太阳光的 时候时钟能继续正常运转 北京交通大学毕业设计 论文 正文 21 5 结论 本课题的主题是智能太阳能电子钟 本设计采用 STC89C51 单片机为控制核心 DS1302 时钟芯片提供时钟 LCD1602 液晶屏显示 太阳能电池板作为电源 蓄电池及 CN3603 作为充电管理 具有较高的精确度 实现了自动化 智能化 体现了环保 节 能 无污染 可持续的主要思想 太阳能作为一种尚未被广泛使用的清洁能源 具有着极为广阔的发展前景 其清 洁 环保 无污染等特点对于未来的电力设备和电子产品有着重要意义 通过对本课 题的研究可发现 太阳能可以在一定程度上替代传统能源 并有着传统能源无法比拟 的优势 但同时 太阳能板的成本 发电受到气候的制约等弊端尚无法解决 因此 太阳能更大规模 更广泛的应用还有待商榷 设计尚有以下几点不足之处 1 功能还可以增加 诸如温度 秒表等 2 设计可以更加美观 随着社会和科学技术水平的不断发展 人们思想的不断进步 对环境保护的重视 可持续发展将是大势所趋 太阳能的利用有很广阔的发展空间 在不久的将来 太阳 能等清洁能源产品将占据更多市场 走进千家万户 北京交通大学毕业设计 论文 参考文献 22 参考文献 1 刘晓波 光伏电源钟表的设计原理 C 中国太阳能光伏进展 2006 478 483 2 丁明 王伟胜 王秀丽等 大规模光伏发电对电力系统影响综述 J 中国电机工程学报 2014 1 1 14 3 蒋荣竿 邓良平 冯地直等 我国硅太阳能电池的新发展 J 新材料产业 2008 2 39 45 4 林红 李鑫 刘忆翥等 太阳能电池发展的新概念和新方向 J 稀有金属材料与工程 2009 38 z2 722 725 5 张可菊 赵丹 浅谈数字电子钟的设计 J 电子制作 2014 9 18 18 6 朱曾志 数字电子钟的设计与仿真 J 计算机光盘软件与应用 2013 8 25 26 7 刘翠玲 吕娣 丛俊玲等 基于 AT89S51 单片机数字电子钟设计与实现 J 信息系统工程 2011 12 16 17 8 袁秋凤 基于 Proteus 和 Keil 的数字电子钟的设计与仿真 J 宁德师专学报 自然科学版 2011 23 2 164 167 9 陈刚 张天鹏 数字电子钟的分析与设计 C 2010 年 OA 办公室自动化国际学术研讨会论 文集 2010 130 131 10 罗佳 基于单片机的数字电子钟及其实现 J 常州信息职业技术学院学报 2010 9 2 17 19 22 11 余亮 李超 基于 AT89C52 的电子钟设计与实现 J 军民两用技术与产品 2014 11 131 131 12 谢家兴 王建 刘洪山等 L ED 点阵显示式多功能数字电子钟设计 J 软件导刊 2014 4 93 95 13 张红元 基于单片机多功能电子钟的研究与开发 J 中国电子商务 2014 12 84 14 谢侠飞 AT89C2051 单片机电子时钟设计 J 科学时代 2014 12 311 314 15 李刚仁 王进 基于单片机 AT89S52 的实时电子钟的 Proteus 仿真 J 公路与汽运 2011 2 20 22 54 16 任航 叶林 太阳能电池的仿真模型设计和输出特性研究 J 电力自动化设备 2009 29 10 112 115 北京交通大学毕业设计 论文 致谢 23 致 谢 北京交通大学毕业设计 论文 附录 24 附 录 附录 A 程序代码 include include define uchar unsigned char define uint unsigned int define LCDIO P0 sbit rs P2 5 sbit rd P2 6 sbit lcden P2 7 sbit acc0 ACC 0 移位时的第 0 位 sbit acc7 ACC 7 移位时用的第 7 位 uchar second minute hour day month year week count 0 uchar ReadValue num time uchar code table 2010 11 29 MON uchar code table1 uchar code table2 THUFRISATSUNMONTUEWES uchar data disdata 5 sbit DATA P2 2 时钟数据接口 sbit RST P2 3 sbit SCLK P2 1 sbit menu P1 0 菜单 sbit add P1 1 加一 sbit dec P1 2 减一 void delay uint z uint x y for x z x 0 x for y 120 y 0 y 北京交通大学毕业设计 论文 附录 25 void delay1 uint z for z 0 z void write com uchar com rs 0 rd 0 lcden 0 P0 com delay 5 lcden 1 delay 5 lcden 0 void write date uchar date rs 1 rd 0 lcden 0 P0 date delay 5 lcden 1 delay 5 lcden 0 void init uchar num lcden 0 write com 0 x38 北京交通大学毕业设计 论文 附录 26 write com 0 x0c write com 0 x06 write com 0 x01 write com 0 x80 delay 5 write com 0 x80 for num 0 num 15 num write date table num delay 5 write com 0 x80 0 x40 for num 0 num 15 num write date table1 num delay 5 void Write1302 uchar dat uchar i SCLK 0 拉低 SCLK 为脉冲上升沿写入数据做好准备 delay1 2 稍微等待 使硬件做好准备 for i 0 i 1 将 dat 的各数据位右移 1 位 准备写入下一个数据位 北京交通大学毕业设计 论文 附录 27 void WriteSet1302 uchar Cmd uchar dat RST 0 禁止数据传递 SCLK 0 确保写数居前 SCLK 被拉低 RST 1 启动数据传输 delay1 2 稍微等待 使硬件做好准备 Write1302 Cmd 写入命令字 Write1302 dat 写数据 SCLK 1 将时钟电平置于已知状态 RST 0 禁止数据传递 uchar Read1302 void uchar i dat delay 2 稍微等待 使硬件做好准备 for i 0 i 1 将 dat 的各数据位右移 1 位 因为先读出的是字节的最低位 if DATA 1 如果读出的数据是 1 dat 0 x80 将 1 取出 写在 dat 的最高位 SCLK 1 将 SCLK 置于高电平 为下降沿读出 delay1 2 稍微等待 SCLK 0 拉低 SCLK 形成脉冲下降沿 delay1 2 稍微等待 return dat 将读出的数据返回 uchar ReadSet1302 uchar Cmd 北京交通大学毕业设计 论文 附录 28 uchar dat RST 0 拉低 RST SCLK 0 确保写数居前 SCLK 被拉低 RST 1 启动数据传输 Write1302 Cmd 写入命令字 dat Read1302 读出数据 SCLK 1 将时钟电平置于已知状态 RST 0 禁止数据传递 return dat 将读出的数据返回 void Init DS1302 void WriteSet1302 0 x8E 0 x00 根据写状态寄存器命令字 写入不 保护指令 WriteSet1302 0 x80 0 10 4 0 10 根据写秒寄存器命令字 写入秒的 初始值 WriteSet1302 0 x82 45 10 4 45 10 根据写分寄存器命令字 写入分 的初始值 WriteSet1302 0 x84 15 10 4 15 10 根据写小时寄存器命令字 写入小 时的初始值 WriteSet1302 0 x86 29 10 4 29 10 根据写日寄存器命令字 写入日的 初始值 WriteSet1302 0 x88 11 10 4 11 10 根据写月寄存器命令字 写入月的 初始值 WriteSet1302 0 x8c 10 10 4 10 10 nian WriteSet1302 0 x8a 4 10 4 4 10 void DisplaySecond uchar x uchar i j i x 10 j x 10 write com 0 xc6 北京交通大学毕业设计 论文 附录 29 write date write date 0 x30 i write date 0 x30 j void DisplayMinute uchar x uchar i j i x 10 j x 10 write com 0 xc3 write date write date 0 x30 i write date 0 x30 j void DisplayHour uchar x uchar i j i x 10 j x 10 write com 0 xc1 write date 0 x30 i write date 0 x30 j void DisplayDay uchar x uchar i j i x 10 j x 10 write com 0 x89 write date 0 x30 i write date 0 x30 j 北京交通大学毕业设计 论文 附录 30 void DisplayMonth uchar x uchar i j i x 10 j x 10 write com 0 x86 write date 0 x30 i write date 0 x30 j void DisplayYear uchar x uchar i j i x 10 j x 10 write com 0 x83 write date 0 x30 i write date 0 x30 j void DisplayWeek uchar x uchar i x x 3 write com 0 x8c for i 0 i 4 10 ReadValue 北京交通大学毕业设计 论文 附录 31 ReadValue ReadSet1302 0 x83 minute ReadValue ReadValue ReadSet1302 0 x85 hour ReadValue ReadValue ReadSet1302 0 x87 day ReadValue ReadValue ReadSet1302 0 x89 month ReadValue ReadValue ReadSet1302 0 x8d year ReadValue ReadValue ReadSet1302 0 x8b 读星期 week ReadValue DisplaySecond second DisplayMinute minute DisplayHour hour DisplayDay day DisplayMonth month DisplayYear year DisplayWeek week void turn val char newval uchar flag uchar newaddr uchar s1num newval ReadSet1302 newaddr 读取 当前时间 newval newval 将 bcd 码转换成十进制 if flag 判断是加一还是减一 newval switch s1num case 1 if newval 99 newval 0 DisplayYear newval break 北京交通大学毕业设计 论文 附录 32 case 2 if newval 12 newval 1 DisplayMonth newval break case 3 if newval 31 newval 1 DisplayDay newval break case 4 if newval 6 newval 0 DisplayWeek newval break case 5 if newval 23 newval 0 DisplayHour newval break case 6 if newval 59 newval 0 DisplayMinute newval break case 7 if newval 59 newval 0 DisplaySecond newval break default break else newval switch s1num case 1 if newval 0 newval 99 DisplayYear newval break case 2 if newval 0 newval 12 DisplayMonth newval break case 3 if newval 0 newval 31 DisplayDay newval break 北京交通大学毕业设计 论文 附录 33 case 4 if newval 0 newval 6 DisplayWeek newval break case 5 if newval 0 newval 23 DisplayHour newval break case 6 if newval 0 newval 59 DisplayMinute newval break case 7 if newval 0 newval 59 DisplaySec