基于单片机太阳能充放电器的设计

摘要随着的电子产品的普及和电子产品的功能越来越丰富，随之而来的是电子设备耗电量不断增加的问题。例如人们使用的掌上便携设备：手机、掌上电脑、各种播放器等电子产品，在长时间使用的情况下，每天要反复充电两三次才能保证设备的持续运行。电量不足的问题在某种程度上造成了电子产品使用的不便，而充电宝等类似的储能设备在一定时间内解决使用者在电量不足的困扰。但是储能设备的储能能力与体积成正比。这无疑是阻碍电子产品更加小型化的绊脚石。近些年新能源技术开始逐渐进入我们的视野，尤其是太阳能发电技术的应用越来越成熟和普及，小型太阳能发电技术也已经实用化。本设计利用太阳能电池板作为充电电池等小型设备的备用充电方式，使得这些设备在户外处于待机状态且无可用电源的情况下，可以通过太阳能进行充电，以延长单个充电电池的使用时长，减少使用者由于单一充电宝电量不足需要携带多个充电电池的麻烦。设计中选用了89C54单片机对太阳能电池板输入电压的控制，保证充电电池在安全电压下完成充电过程。还配合发光二极、液晶显示器以及蜂鸣器对充电状态实时显示，让使用者可以时刻了解到系统运行的情况。关键词：太阳能电池板， 89C54单片机，光伏发电AbstractWith the popularity and functionality of electronic products, electronic products and more abundant, followed by the increasing consumption of electronic equipment problems. Such as handheld portable devices that people use: mobile phones, handheld computers, various players and other electronic products, in the case of prolonged use, should be recharged every day two or three times in order to ensure continuous operation of the device. Electricity shortage caused inconvenience to some extent used in electronic products, while charging Po and other similar storage devices within a certain period of time to solve the problem of lack of electricity users. However, the storage capacity of the energy storage device and proportional to the volume. This is undoubtedly hinder the miniaturization of electronic products more stumbling block. New energy technologies in recent years began to enter our field of vision, especially the use of solar power technology becomes more mature and popular, small-scale solar power generation technology has practical use.This design uses solar panels as an alternative charging method rechargeable batteries and other small devices, making these devices temporarily not in use outdoors, under no available power supply, can be charged by solar energy, to extend a single rechargeable battery duration, reducing the use of Since a single charge treasure who need to carry multiple power shortage rechargeable battery trouble.89C54 microcontroller design chosen for the solar panel input voltage control, ensuring rechargeable battery charging process is completed in a safe voltage. Also with light-emitting diodes, liquid crystal display and a buzzer on the charge state of the real-time display, so that users can understand the situation the moment the system is running.Keywords: photovoltaic technology, lithium polymer batteries, 89c52 microcontroll目录1绪论 .11.1题目背景及目的 .11.2研究的任务与目标 .22系统设计 .32.1 总体设计方案 .32.2主要硬件的选型 .52.2.1单片机选型 .52.2.2显示方案选择 .52.2.3充电电池 .92.2.4太阳能电池板 .112.3系统硬件设计 .132.3.1主控电路的设计 .142.3.2串口通信电路的设计 .152.3.3液晶显示接口电路的设计 .162.3.4电源接口电路的设计 .182.3.5电源转换控制电路的设计 .192.4程序设计 .222.4.1系统总体流程图 .222.4.2 提示模块流程 .222.4.3 电源转换及控制部分电路流程图 .233仿真及分析结果 .25结论 .28参考文献 .29附录A太阳能充放电系统电路原理图 .30附录B 源程序 .3101绪论1.1题目背景及目的现如今的科技日新月异，各种设备的电气化的普及率越来越高，其功能也在随着人们的需求的增加来增加和完善。还有不少的电气化的设备进入了掌上便携时代。但是至今困扰这些掌上便携设备的一个主要问题就是电量不足，换句话说就是设备本身续航能力随着功能的增加逐渐削弱，虽然有锂离子聚合电池可以一定程度上减少电池体积小电量多的问题。除了掌上便携设备之外，还有不少电器无线化，可任意移动位置的功能的加入也不得不使用锂离子聚合电池或者其他充电电池。但是时至今日也没有找到一个更好的方案来使得电池的体积继续减小的同时可以储存更多的电能。虽然理论上来说锂离子聚合电池的体积可以继续缩小和提高储能能力，但是由于这样做的话会导致电池本身在使用过程中的放热量能力过高，不仅影响到电池本身的安全系数和自身的使用寿命，而且对于温度很敏感的电路来说，长时间暴露在高温下也会加速电路板的氧化过程，造成电路的失灵，短路从而使得电器本身损坏。现如今电气化设备的更新换代速度比起充电电池技术的革新就像汽车和自行车一样，很早开始就呈现一个不平衡的发展状态。为了能延长电子设备的使用时间，人们只能使用额外的外接便携式电源作为补充电能的方式，例如现在大家几乎人手一个的充电宝。而目前最佳的电池一般都选用聚合物锂电池作为电子产品的电源。虽然这种电池实现了体积小储能高的目的，但是由于在使用过程中的发热问题，使得该电池的安全系数不高，作为折中的办法，人们只能限制该电池的体积，使得这种电池的发热能力得到了人为的控制。现在随着关于新能源的技术的开发，例如太阳能发电技术的实用化，可以通过利用太阳能发电来为便携设备或者便携储能设备进行能量的输送。而且又因为太阳能发电生成的是直流电，对于电子设备和便携式储能设备来说简直就是一个福音，减少了整流设备，也间接的提高了设备的便携性。太阳能发电本身无法作为主要能量来源的一点是其本身的功率并不高，但是这个缺点对于大多数的电子器件来说并没有太大的影响，因为不少的电子设备本身的启动电压不高，所以并不需要很高的电压供给，那些由锂离子聚合物电池供电的设备就更是如此。但是因为无法减少变压设备，我们将1利用单片机的电源转换和控制来对输入的电量的电压进行检测和控制，使得电子设备可以在一个安全的电压下来进行充电。1.2研究的任务与目标本设计的任务要求是：1、根据充电电池（二次电池 1）的储能电压来设计充电电路。尽量选择既安全又有效率的充电方案。2、根据电池的特性来设计充电保护电路，使得电池不会受到过充电、深放电以及短路的损害。3、对于所设定的界限值与所使用的太阳能电池板的当前值之间的差异能够进行准确的判断，并且能及时的启动报警装置 （例如指示灯，蜂鸣器）和自动断路保护功能。按设计的任务要求，本设计采用的单片机的主控制器，预留的单片机串口通信，以实现基于不同的二次电池性能参数 2的基础上对充电程序的修改实现高效安全的充电目的，除此之外还有远程通讯 3功能和远程监控 4的功能，这两个功能的存在可以使得该设计能够进行异地监控和控制。本设计使用发光二极管显示工作状态以及故障提示，和预留液晶屏的接口（接入液晶屏后可以通过对单片机的编程实现显示详细的运行或者故障状态的功能），以满足不同用户的需求。大大提高了充放电系统实用性。1 二次电池 :可充电电池又叫二次电池，可在应用中放电，放电后可由充电器对其进行充电。2 二次电池性能参数：工作电压，电池容量，工作温区，循环寿命。3远程通讯：是把信号送到远距离的通讯。现代远距离通讯主要使用电子器件；如电报，电话，无线电，光纤通讯，人造卫星和互联网等 55。4 远程监控：通过网络获得信息，通过网络对远程计算机进行操作的方法，例如对远程计算机进行重启、关机等操作。 32系统设计2.1 总体设计方案本系统主要目的是实现对电池电压（满电电压和欠电电压）以及太阳能电池板输出电压的测量与监控，在液晶屏幕上实时显示出来（预留功能），保证充电电池在安全稳定的条件下进行充电。为了让用户能够及时了解太阳能板电压变化的情况，本系统通过对单片机内的编程设定了安全电压以及危险电压，系统内部会将每天采集的数据的极限值和发生异常状态时的数据自动记录下来，方便调试时更快的找到故障原因。工作状态以及警报提示可以通过发光二极管和蜂鸣器一起共同作用。通过设计好的电路以及单片机程序相结合对电池电压进行采集和分析来确定电池是否处于需要充电的状态，准确的判断当前值与设定值之间的差异，当电池电压低于设定值时即处于欠压状态时将开始充电，充电至电池额定电压时将根据设定对输入电压进行控制，防止过充的情况发生。如果输入电压超过安全电压时候，单片机将通过编好的程序自动关断充电过程，防止电池在持续的高电压下发生故障损坏甚至发生爆炸。当电压恢复到正常水平后，单片机会自动开启充电电路进行充电，并且单片机会实时监控电路电压的状态来确保整个充电过程在安全、高效的情况下完成。最后单片机还会根据实时监控得到的电池电压数据来判断充电电池是否充满并自动切断充电过程，这样可以防止充电电池在过充 5（过度充电）的情况下损坏减少电池寿命。太阳能充电系统原理图如图2.1所示。5 过充：主要指充电电池在充电时，达到充满状态后，还继续充电。这样的做法可能导致电池内压升高、电池变形、漏液等情况发生，电池的性能也会显著降低和损坏。3图2.1 太阳能充电系统原理图 方案一：用数码管进行显示显示效果：由于LED 是电流敏感装置的一部分，该分散体的正向电压降不仅是很大的，并且还与温度，以确保良好的数字亮度均匀性，我们需要一个恒定的电流，而不会受到温度和其它因素。而它的显示单调，不具备数据的直观性。安全性：即使在很短的时间电流过载也可能造成LED永久损坏，所以需要使用恒流驱动电路后，以防止损坏而引起的大面积的数字电流过载故障。方案二：用液晶显示器进行显示显示可靠、精确：性能稳定的液晶显示器，显示数据是可靠的，准确的，小的像素尺寸，高分辨率等，将不重置的错误代码。使用寿命长：液晶数字显示比一般的长寿命，寿命通常可达8-10年。使用环境广泛：小型液晶显示器的结构，重量轻，易于组装，可在全天候环境下使用，和强大的抗紫外线性能。安全节能：液晶显示器每平方米的电流仅仅是需要100m A，驱动电压为20-85V。从上面的比较，用优异的液晶显示屏，这样的设计选择液晶显示器作为显示屏幕，1602液晶显示器具体型号可显示16X2行字符。42.2主要硬件的选型2.2.1单片机选型 本设计选用STC 89C5412AD单片机做主控制器。前文已经介绍了89c5X系列单片机的型号解读，所以根据设计过程中所编辑的程序大小，决定采用89c54 单片机，即可存储16kb大小的程序。但是由于时间问题主要以原理设计为主，没有采购实物。所以将此处将采用89c52单片机为例来简单解释下关于单片机的型号编号的解读。 如图2.2所示。图2.2 STC89C52实物图STC ：前缀，这意味着该芯片公司的产品为STC 。5其他前缀，AT，i,华邦， SST等。 8 ： 8051表示该芯片芯片 9 ：表示内部存储器 FLASH电子 2PROM 。 0以及80C51装置包含一个内部掩膜ROM （掩模ROM）的存储器; 作为 80C51的EPROM含7显示了内部存储器（紫外线可擦除只读存储器） 5 ：固定的。 2 ：表示片上程序存储器空间的大小，1是4KB， 2是8KB ， 3是12KB 4是16KB ，该数乘以芯片的程序存储器空间。程序决定了空间的芯片可以执行的代码加载。在一般情况下，程序存储器空间，较高的芯片的价格。只要程序就可以装下，在同一芯片将不影响使用不同类型的功能。作为数据的量，该程序的设计过大，所以在使用STC 89C5412AD微控制器作为主控制器。 RC- STC ：单片机内部RAM（随机存取存储器）的512B 。 40 ：表示最大访问外部晶振芯片的40MHz 。 C：产品层面，这意味着该芯片的温度范围内。4C表示的温度范围从0至70摄氏度。 PDIP ：产品包装模型。 PDIP表示双列直插式。2.2.2显示方案选择5方案一：用数码管进行显示显示效果：由于LED 是电流敏感装置的一部分，该分散体的正向电压降不仅是很大的，并且还与温度，以确保良好的数字亮度均匀性，我们需要一个恒定的电流，而不会受到温度和其它因素。而它的显示单调，不具备数据的直观性。安全性：即使在很短的时间电流过载也可能造成LED永久损坏，所以需要使用恒流驱动电路后，以防止损坏而引起的大面积的数字电流过载故障。方案二：用液晶显示器进行显示显示可靠、精确：性能稳定的液晶显示器，显示数据是可靠的，准确的，小的像素尺寸，高分辨率等，将不重置的错误代码。使用寿命长：液晶数字显示比一般的长寿命，寿命通常可达8-10年。使用环境广泛：小型液晶显示器的结构，重量轻，易于组装，可在全天候环境下使用，和强大的抗紫外线性能。安全节能：液晶显示器每平方米的电流仅仅是需要100m A，驱动电压为20-85V。从上面的比较，用优异的液晶显示屏，这样的设计选择液晶显示器作为显示屏幕，1602液晶显示器具体型号可显示16X2行字符。1602液晶显示器也叫1602字符型液晶显示器，11模块内部已经预先存储了160个不同的点阵字符图形在字符发生存储器（CGROM）里面，里面包含有阿拉伯数字，英文字母的大小写，常用符号，日文假名等各种字符图形，每个点阵字符位都能显示一个字符。8 每个字符都有它固定的一个代码，例如：大写英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来的时候，我们可以在液晶显示器上看到的字母“A”。1602液晶显示器的主要技术参数如表2.1所示。 6表2.1 1602的主要技术参数工作电压 4.55.5V容量 162个字符最佳工作电压 5.0V工作电流 2.0mA字符尺寸 2.954.35(WH)mm1602主要有两种类型的液晶显示器，一个用于另一种是没有背光，HD44780是它的带背光主控制器，一般比非背光背光厚，应用程序是否没有背光影响使用其基本功能，设计为了在显示器上更清楚地看到的是，温度和湿度，带背光的应用类型，其引脚功能如表2.2所示 8。表2.2 引脚接口说明表编号 符号 引脚说明1 VSS 电源地2 VDD 电源正极3 VL 液晶显示偏压信号4 RS 数据/命令选择端（H/L）5 R/W 读/写选择端（H/L）6 E 使能信号7 D0 Data 1/078 D1 Data 1/0续表2.29 D2 Data 1/010 D3 Data 1/011 D4 Data 1/012 D5 Data 1/013 D6 Data 1/014 D7 Data 1/015 BLA 背光源正极16 BLK 背光源负极VSS：为地电源；VDD：为电源正极，4.55.5V，通常使用其最佳工作电压5V ；VL：LCD 对比度调节端，电压调节范围为0至5 V。接地电源时对比度最高，可是对比度过高会产生 “鬼影”，而接正电源时对比度最弱，所以为了能很好地调整对比度通常接一个10K的电位器或者直接串接一个电阻到地 8；RS： MCU写入数据或者指令选择端。RS为低电平时， MCU写入指令；RS 为高电平时，MCU写入数据；8R/W：读写控制端。R/W为高电平时，读取数据；R/W为低电平时，写入数据；当RS为低电平RW为高电平时，可以读忙信号，当RS 为高电平RW为低电平时，可以写入数据，当RS和RW同时为低电平时，可以写入指令或者显示地址 8；E：LCD模块使能信号端。写入数据的时候，需要下降沿触发模块，才能执行命令；D0D7：8位数据总线，三态双向。如果MCU的I/O口资源紧张的话，该模块也可以只用4位数据线D4D7接口传送数据；BLA： LED背光正极。当处于背光的环境下，BLA与VDD相接，之间还需要串接一个限流电阻，BLK接地。BLK： LED背光地端。其中实物图如图2.3所示图2.3 LCD1602实物图2.2.3充电电池可充电电池的充电电池充电，在充电的数量有限。市场上的5号，7号，同时也对第一次普遍销售。充电电池的经济效益，保护环境，足够的功率为大功率，长时间使用的电器（如随身听，电动玩具等）。13充电时电池电压低于同类型的一次性电池，AA电池（5号充电电池）较低为1.2伏，9V充电电池实际上是8.4伏。充电时间可现在一般1000左右。截止至2012年2月只有五种：镍镉、镍氢、锂离子、铅蓄、铁锂。详细的性能数据见表2.3所示 13。表2.3充电电池性能数据名称 电压 使用寿命 放电温度 充电温度 备注镍镉（Ni-Cd） 1.2V 500次 -20度 60度 0度45度9镍氢（Ni-MH ） 1.2V 1000次 -10度 45度 10度45度 目前国产5号电池最高容量是3000mAh。锂离子（Li-lon） 3.6V 500次 -20度 60度 0度45度 重量比镍氢电池轻30%40%，容量高出镍氢电池60%以上。但是不耐过充，如果过充会造成温度过高而破坏结构=爆炸 13。锂聚合物电池 3.7V 500次 -20度 60度 0度45度 锂电的改良型，没有电池液，而改用聚合物电解质，可以做成各种形状，比锂电池稳定 13。铅酸蓄电池 12V 200300次 0度45度 0度45度 就是一般车用电瓶，免加水的电池使用寿命长达10年，但体积和容量是最大当二次电池正在工作的时候，正极和负极发生的反应均为可逆反应，因此使用电池后，可用充电方式使两个电极的活性恢复到初态，这样电池能再次使用，实现放电过程，二次电池的重要特征就是反复充放电 13。当电池充电时，电能转变为化学能贮存在电池中，同时伴随放热过程。电池工作时，化学能转变为电能，实现向负荷供电，伴随吸热过程。虽然电池反应总带有热量传输，但在实际电池反应式中，旺旺省略热量变化，因为只关心物质组成的变化 13。由于本设计可以根据接入电池的不同类型来替换相应的单片机程序，所以以上所列举的二次电池均可根据使用要求来选择和替换，本次设计就以充电电池电压为12V 的情况来进行分析和设计（不足12V的电池可以通过串联来组成一个 12V的电池组接入系统）。2.2.4太阳能电池板10由太阳能电池板吸收太阳光，太阳辐射通过光电效应或者光化学效应，直接或间接地转化为电能转换装置中，对于大多数的太阳能电池板“硅”的主要物质，但生产成本是很大，因此，它不被很多广泛的和广泛使用。具体可以分为以下几种晶体硅电池板：多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池。非晶硅电池板：薄膜太阳能电池、有机太阳能电池。化学染料电池板：染料敏化太阳能电池、柔性太阳能电池单晶硅太阳能电池的光电转换效率大约为15，最高为24，这是最高的各种太阳能电池的光电转换效率，但是多的制造成本，因此，它不能普遍使用。由于一般使用硅防水树脂封装玻璃的，所以它的坚固耐用，使用寿命一般可达15年至25年 12。多晶硅太阳能电池用硅太阳能电池的生产工艺差不多，但多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少约12的光电转换效率（2004年7月1日的14.8，日本夏普上市效率世界最高效率多晶硅太阳能电池） 12。从生产成本的硅太阳能电池方面比一些简单的材料更便宜，节省电力消耗，降低生产总成本，并因此获得了很大的发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短 12。从成本单晶硅太阳能电池还略好。非晶硅薄膜太阳能电池，是1976年出现了一种新型的太阳能电池，它单晶硅和多晶硅太阳能电池的制造方法是完全不同的，该过程被大大简化，硅材料消耗少，更低的功耗，并且它的主要优点在低光照条件下也能发电 12。但主要问题是无定形硅太阳能电池的转换效率的存在是低，约为国际先进水平的10，并且不够稳定，随着时间的推移，其转换效率衰减。多元化合物太阳能电池是不能与太阳能半导体材料的单个元素。12各种各样的国家研究，大多数尚未工业化生产，主要有以下几种：1）硫化镉太阳能电池二）砷化镓太阳能电池三）铜铟硒太阳能电池（新型多元带隙梯度的Cu（In，Ga）的SE2薄薄膜太阳能电池）Cu（In，Ga） SE2是一个极好的太阳光吸收材料，具有不同的带隙半导体材料梯度（导带和价带的能量差之间），可以扩大太阳能吸收光谱，从而提高了光电转换效率。它被设计成11可以根据比硅太阳能电池的改进的薄膜太阳能电池的光电转换效率。光电转换率能达到18，并且这种薄膜太阳能电池到目前为止发现引起的光辐射效应（SWE）的性能下降，比市售的薄膜太阳能电池面板中，约50至75，最高的光电转换效率在世界上的光电转换效率的薄膜太阳能电池的水平部分 12。柔性薄膜太阳能电池是相对于常规太阳能电池来区分的。常规太阳能电池一般是两层玻璃中间是EVA材料和电池片的结构，这样的组件重量较重，安装的时候需要支架，不易移动 12。柔性薄膜太阳能电池，而无需使用玻璃的背面和盖，重量轻，比双玻璃太阳能电池组件多80，采用PVC 罩背部和ETFE薄膜柔性太阳能电池，甚至可以弯曲，便于携带。不需要特殊的支架的安装可以很容易地安装在屋顶帐篷使用。它的缺点是比传统的晶体硅模块的光电转换效率低。单晶硅太阳能电池最大为24，这是所有种类的太阳能电池最高光电转换效率的光电转换效率。然而，硅太阳能电池的生产成本是很大，因此，它不能大量广泛和普遍使用 12。多晶硅太阳能电池的生产成本来自超过单晶硅太阳能电池更便宜，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也比硅更短太阳能电池。因此，在成本性能方面，单晶硅太阳能电池还略好。研究者发现有一些化合物半导体材料适于作太阳能光电转化薄膜。例如CdS,CdTe；-V化合物半导体：GaAs,AIPInP等；由表现出优异的光电转换效率的半导体薄膜太阳能电池的制造。具有太阳能吸收光谱的半导体材料的多个带隙梯度可以扩展，从而提高了光电转换效率。因此，大量的薄膜太阳能电池的实际应用提出了广阔的前景。在这些多元的半导体材料中Cu(In,Ga)Se2 是一种性能优良太阳光吸收材料 12。以它为基础可以设计出光电转换效率比硅明显地高的薄膜太阳能电池,可以达到的光电转化率为18% 12。综上所述，本设计选用的太阳能电池板的功率选择要配合充电电池的电压来决定，如上一部分所说，本设计以充电电池电压为12V的情况来进行讨论和分析，所以在太阳能电池板的选择上面可以根据使用环境和经济效益来进行选择，但是要确保实际输出的电压要大于12V才可以确保系统的正常运行。122.3系统硬件设计本设计的硬件部分主要包括了89c54单片机核心部分、1602液晶显示部分、MAX232CSE串口通信部分、按键处理部分、蜂鸣器部分、发光二极管指示灯部分、以及晶振电路等部分组成。设计中全部模块都由单片机控制整合，单片机在此处相当于一个微型计算机的功能，通过输入和输出的端口与传感器和显示器等外部端口交换信息，从而控制内部的操作能够按照流程实现功能。系统总方框图如图2.4所示。图2.4 系统总方框图本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。(1)信号采集：由串口芯片组成；(2)信号分析：由单片机STC89C54组成；(3)信号处理：由液晶显示模块、蜂鸣器、发光二极管指示灯组成。单片机对实时电压进行采样显示，并通过判断当前电压是否达到设定值来决定是否处于可充电电压，或者判断当前充电电池是否处于需要充电的状态。蓄电池的电压是通过单片机的精密电阻经过计算测出来的，通过采样和计算得出的蓄电池实际电压再根据当前写入单片机的程序进行分析和判断，然后再根据结果判断单片机应该执行充电操作或者断开操作。这种设计可以使得外部电路大大的简化，减少了电路板上元器件的数量，不仅使得制作过程中的焊点减少了，减少了制作难度，而且还增强了系统的便携系数。也使得系统的安全系数大大提高。2.3.1主控电路的设计13如图2.5所示使用STC89C5412AD主控芯片单片机U1，具有4通道PWM 输出的芯片，这里使用的方式是PWM控制充电MOS晶体管开关。带有8通道10位A / D，需要解决的所有模拟信号采集系统。使用精密电阻器 R1和R2，与主电池电压的充电电压后的张力，由R1和R2之间的大小关系收集来计算实际的电池充电电压，然后根据项目实现相应的控制功能的微控制器。图2.5 主控芯片电路2.3.2串口通信电路的设计如图2.6，MAX232芯片的串行通信部分被唤醒转换中类型的串口TTL电平的RS-232电平主要有三个目的：首先，将程序下载到单片机;其次，随着远程通信或远程监控控制器;第三和限制时，收集的数据每天记录在其内部在电子商务 2PROM控制器的异14常状态数据的发生。图2.6 串口通信电路2.3.3液晶显示接口电路的设计如图2.7所示，此处为预留的1602液晶借口。15图2.7 液晶电路接口如图2.8所示为发光二极管指示灯控制电路，有六个状态指示：充电电池接入指示灯；系统正常工作指示灯；充电电池欠压指示灯；充电电池过压指示灯；充电状态指示灯；负载工作状态指示灯。16图2.8 发光二极管指示灯2.3.4电源接口电路的设计如图2.9所示，这是一个电源接口电路，采用该太阳能电池侧的控制器中，正电荷在电池和负载共享模式的访问控制MOS晶体管由一个可再充电电池与太阳能电池板的负极之间的负极充电开/断由电池的充电与负电极的 ON / OFF之间的MOS管阳极负载控制负载放电。图2.9 电源接口电路图2.9中各电器符号意义如下：PV+:太阳能电池板正极。PV-:太阳能电池板负极。17VCC(12V):充电电池正极。BAT-：充电电池负极。FU+：负载正极。FU-：负载负极。2.3.5电源转换控制电路的设计如图2.10示出了该电路的功率转换和控制部分。从二极管DD6访问，DD6阳极，以防止反向电源可充电电池正极构成一个反向回路设计。 Q3，R16 ，DW2 地级降压电路，在大约9.4V的充电电压钳位点。其原因是降低到9.4V时，晶体管基极电压通过集电极与发射极间电压之间的PN结稳定在10V ，0.6V下降，是9.4V。然后通过2降压电路R17，Q4和DW3将输出电压钳位到5V ，这是用来将电力提供给微控制器系统的5V电压。使用两阶段的降压电路晶体管的作用是扩张的流动，简单地使用相同的调节器可以调节到所需的电压值，但电流的输出将是非常小的，这根本不能带负载。电阻R25 ，R26和二极管DD8太阳能电池板，用于检测电压值，标号“光伏”的太阳能电池板的负面，“JCPV ”连接微控制器的A / D输入端口。当“PV-”电压等于或大于“BAT-”，说明了太阳能电池板充电电池的电压等于或小于电压，则无法打开充电控制。R12， R13， R14，R15， DW1，Q2，T1负载开关控制电路。 DW1使用，以确保最大电压不能超过10V MOS管和 GS之间，否则会损坏MOS晶体管。晶体管 Q2导通，MOS管T1关; Q2不导通，MOS管T1 导通。标签“ADC1”有三大功能，一个用于 MCU来控制负载断开;第二MOS晶体管，用于收集在DS 下降的打开状态，从而检测负载电流消耗量的大小;的过载或短路，“ADC1”由硬件档位自动使MOS盖上防止进一步损坏MOS晶体管和负载。R21用于启动自动关闭的重点，当太阳能电池板的电压充电点，比电池电压低R20的硬件，可以是“光伏”直接控制晶体管Q5，Q6的控制将会失效。T2、T3 两个MOS管对接的有效控制充电电路之前，因为该管本身的内部将是一个MOS二极管，N-18沟道为S点D时，P 沟道为D 点S ，DW4 为T2和T3 MOS管稳压器。 T2 和T3 MOS管的ON / OFF是由两个晶体管Q5和共同Q6确定。19图2.10电源转换及控制部分电路202.4程序设计2.4.1系统总体流程图编程必须根据实际工艺要求进行设计，该要求是由太阳能电池板产生的微控制器的电压准确地，然后由微控制器计算出的实际值之后发送和显示在监视器上。与此同时，我们必须处理的关键设定限值，过压保护。根据温湿度监控系统功能，系统软件流程图如图2.11所示。图2.11系统软件流程图2.4.2 提示模块流程 所谓提示模块，就是以LCD显示模块、蜂鸣器模块以及发光二极管模块共同组成的用于21显示系统实际运行状态的模块。该模块由单片机控制运行，模块流程图见图2.12 所示。图2.12提示模块流程图2.4.3 电源转换及控制部分电路流程图如图2.13所示为电源转换及控制部分电路流程图。22图2.13电源转换及控制部分电路流程图233仿真及分析结果由于时间问题无法制成成品，采用了multisim软件对本设计进行仿真，仿真电路图如图3.1所示。图3.1 仿真用电路仿真结果分别为太阳能无电压、5v电压、12v电压情况下的电源转换及控制电路保护充电电池以及充电的作用，如图3.23.4。由结果可以看到，在以充电电池组为12V的前提下，当接入的太阳能电池板尚未工作时（0V），如图3.2所示，此时Q6处的电压V(15) 为12V即充电电池的电池电压，此时该电路的负载由电池电压提供。此时可以看到负载启动，液晶显示器显示电源电量（预留功能），指示电池接入系统的发光二极管也会同时点亮。24图3.2 太阳能无电压由于软件原因无法模拟太阳能电池板接入次电路为负极的状态，所以以正极接入的方式进行模拟。以下结论是以此为基础进行分析的。当太阳能电池板工作并产生5V电压时，如图3.3所示，此时电池电压大于太阳能板电压，由仿真数据可以看到Q5处的电压V（10）可以得出，此时获得了一个正向的电压导通了三极管Q5，因此由R21,R20启动的硬件自动关闭功能成功启动，此时Q5 处于导通状态由太阳能电池板电压控制，此时的Q6的控制处于失效状态。此时负载由太阳能电池板提供能量，防止了电池放电现象的发生。图3.3太阳能5v电压当太阳能电池工作并产生12V电压时，如图6.4所示，此时电池电压等于太阳能板电压，由仿真数据可以看到Q5处的电压V（10）可以得出，此时生成了一个比较大的反向电压，无法导通三极管Q5，所以由R21,R20启动的硬件自动关闭功能成功启动，此25时Q5失效，Q6进入控制状态，此时的电压可以送入单片机进行下一步的分析并进行控制。而当电压超过12v之后该电路依然会按照12v电压的仿真效果继续运行，但是由于接入了单片机，通过单片机的配合可以阻止过高的输入电压作为充电电压，防止了电池受到损坏。图3.4 太阳能12v 电压通过以上仿真数据可以看出，本设计的关键部分-电源转换及控制电路主要通过电路控制的方式将低于充电电压的部分进行阻截，防止了由于充电电压的不足造成充电电池持续放电（对负载进行供电）的情况发生。对保护充电电池以及充电起到了关键性的作用。26结论在本次的设计过程中，以程序大小为前提选择了89c54单片机作为主控制器，控制充电电压保证在安全电压。然后附加了发光二极管作为系统运行状态的指示灯。且预留了液晶接口使该系统能够更加精确详尽的显示当前的工作状态。最后配备蜂鸣器作为警报装置，让使用者在故障的第一时间被系统发出的警报声提醒，防止故障的继续恶化。完成上述设计之后对该系统进行继续分析发现以下几点需要改进的地方：1、单片机体积过大，使整体系统便携效果变差，之后需要选取体积更小的单片机作为主控制器。2、通信串口功的导入程序功能不适合非专业人士使用，应当取消该项功能，但应继续保留记录系统数据的功能。3、对充电电池以及太阳能板的选择根据具体情况确定适当的组合搭配，提高该系统的实用率。4、应当在充电电池端加入一个温度传感器，确保充电电池能够在其正常工作温区内进行充电过程。27参考文献1. 刘涳主编.电气及自动化专业毕业设计宝典M.西安电子科技大学出版社. 2010.08.2. 楼然苗、李光飞编著.单片机课程设计指导M.北京航空航天大学出版社. 2012.01.3. 孙育才、孙华芳编著.MCS-51系列单片机及应用M. 东南大学出版社.2012.06.4. 周向红编著.51系列单片机应用与实践教程M.北京航空航天大学出版社. 2010.09. 5. 郭天祥主编.新概念51单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略M.电子工业版社. 2012.07. 6. 谭浩强、张基温编著.C语言程序设计教程（第三版）M.高等教育出版社.2010.12.7. 杨素行主编.模拟电子技术基础简明教程（第三版）M.高等教育出版社,2010.10.8. 孙俊喜编著.LCD驱动电路、驱动程序设计及典型应用M, 高等教育出版社,2010.04.9. 王宏伟主编.电力电子技术M.高等教育出版社,2012.03.10. 王兴贵等编著.现代电力电子技术M, 电子工业版社.2010.08.11. 张新强编著.点阵LCD驱动显控原理与实践M, 电子工业版社.2010.03.12. /wiki/Solar_power 2010.10.08/2014.5.113. /view/127494.htm?fr=aladdin 2011.12.30/2014.04.1628附录A电路原理图29附录B 源程序#include#include #include define.h#include#include ad.h#include writeyejing.h#include pvgz.h#include init.hvoid int_t1() interrupt 3TH1=(65536-50000)/256; /定时器初始化TL1=(65536-50000)%256;t1_num+;t1_numgz+;if(t1_num=jcjg