基于单片机的太阳能充电器的设计电气工程专业.doc

基于单片机的太阳能充电器的设计 摘 要 随着社会的发展，人们的生活质量逐渐奔向小康，然而此时的空气质量却愈来愈差。近年来，人们对环境的问题逐渐正视起来，开发干净无污染的能源义不容辞。因此挖掘清洁的太阳能源，对人们有着非常重要的意义。 本设计将太阳能板放在太阳光下产生电能，将产生的电压值送到直流变换电路中做处理后再输送到手机电池中，单片机STC12C5A60S2检测手机电池输出的电压值再显示到液晶屏上。其充电器有以下特点 （1） 显示充电电流和电压值，太阳光温度越高，电流值越大，充电速度就越快。 （2） 充电时红灯亮，充满时黄灯亮同时红灯灭。 （3） 可以通过按键来设置充电电流和电压。 实验证明：本设计可以在阳光温度高的情况下可以有效的快速充电，充满时可以自动停止。也可作为直流电源来使用，工作场所在有阳光的地方即可，从而可以解决人们的通信自由，具有一定的应用前景。 关键词：太阳能 ；电池；单片机 Abstract With the development of society, people's quality of life is gradually moving toward a well-off life, but the air quality is getting worse and worse. In recent years, people have faced up to the environmental problems and developed clean and pollution-free energy. So digging up clean solar energy is very important to people. This design put solar panels on the sun to generate electricity, will produce a voltage to the dc conversion circuit do again after processing to the mobile phone batteries, SCM STC12C5A60S2 detection of mobile phone battery output voltage value is displayed on the LCD panel. The charger has the following characteristics (1) the higher the temperature of the sun, the higher the current, the faster the charging speed. (2) the light is red when it is recharged, when the light is full and the lights go out at the same time. (3) the charging current and voltage can be set by the key. The experiment shows that this design can be recharged effectively when the sun temperature is high, and it can be automatically stopped when full. It can also be used as a dc power source, and the workplace can be used in sunny places to solve people's freedom of communication and have a certain application prospect. Key words: solar energy；battery；single chip 目 录 TOC \o "1-3" \h \z \u 摘 要 I Abstract II 1 绪论 1 1.1 背景意义 1 1.2 国内外研究现状 1 2 常用软硬件介绍 2 2.1 软件 2 2.2 硬件 2 3硬件系统的设计 4 3.1 系统总体设计方案 4 3.2 方案选择 4 3.3 硬件电路设计 6 4 太阳能充电器的软件系统设计 10 4.1 系统的总设计 10 4.2 电路启动初始化程序 10 4.3 按键采集程序 11 4.4 液晶显示程序 11 4.5模数转换程序 11 4.6 充电子程序的设计 11 5.1 仿真 12 5.2 调试 14 总结 16 参考文献 17 谢辞 18 1 绪论 1.1 背景意义 随着社会的发展，人们的生活质量逐渐奔向小康，然而此时的空气质量却愈来愈差。近年来，人们对环境的问题逐渐正视起来，开发干净无污染的能源义不容辞。其实早在古代时候，人们就开始用钢制四面镜聚集太阳光来生火，农产品也都是靠太阳光来风干的。在当下，煤、石油等其他的不可再生能源逐日减弱的情况下，能源问题已经成为国际社会经济发展的关口。多数国家也开始效仿古人的良策妙计：推行且实施“阳光计划”，开发清洁无污染的太阳能，让其成为社会经济发展的新方向。 由于它自身无污染的特点，所以在军事和航天领域被应用，在通信、家用电器和公共设施等地方也被推广。太阳能电池制造技术有很大的发展领域,光电转换装置也同样如此,多数国家对环境的保护和对清洁能源的开发都有非常大的需求。所以太阳能的确是切实可行的能源，它能带人们走向新的领域。 1.2 国内外研究现状 法国科学家贝克雷尔在1839年发明了“光伏效应”。美国科学家恰宾和皮尔松在1954年成功地研发了单晶硅太阳能电池，由此产生了一种实用性的光伏发电技术，即太阳能转化为电能。 不管在国内还是在国外，太阳能自身都存在以下优点：第一它的资源遍及全世界,是很广泛的、第二它非常洁净并且无污染、第三价格很便宜。太阳能传给地面的能量几乎能达到79千瓦/秒钟，将近80万。倘若将其百分之二的太阳能变成电能，其转变率大约在百分之六左右，每年发电量大约5.5×1012千瓦/小时，等于全球能耗的四十几倍。 现如今，太阳能电池的种类繁多，也有宽广的应用范围、市场规模也在增大。国内、外的太阳能转换率基本不相上下，最高的转换效率大约有百分之二十四。 2 常用软硬件介绍 2.1 软件 2.1.1 keil开发软件 Keil Software公司是美国的单片机开发类最热门的开发软件公司。Keil就是其公司出品的开发系统，简单易学易操作，最适合用在汇编语言和C语言中。本论文使用C语言进行程序编程，所以Keil是很好的选择。使用Keil软件时，首先得建立工程，接着再添加文件，然后编写程序，编完程序之后再进行一系列的编译、连接、调试等，最终运行后得到（.hex）文件即可。 2.1.2 proteus仿真软件 目前使用最多的仿真软件非属Proteus软件不可，因为它内部的元器件相比其他的仿真软件较为全面。并且它不但可以给单片机提供原理图的仿真功能，也能给外部的其他电路提供仿真的功能，与此同时也支持keil编译软件。我的设计就用Proteus软件来进行仿真，先在Proteus软件的元器件库中找到所要用到的元器件，再根据自己的设计方案图来放置元器件所在的位置，然后再将各个元器件连线，待整个原理图连接完毕后再将keil中生成的hex文件加到所选的单片机中，最后进行仿真。 2.2 硬件 2.2.1 STC12C5A60S2单片机 8051系列单片机STC12C5A60S2是STC公司生产的最新的一款单片机，也是最实用的，对普通的单片机来说，它具有性价比高,运行速度快，而且增加了2个定时器，并且自带PWM的功能，除了这些以外，相对普通的单片机来说还有1024个字节空间的RAM，八路十位模数转换功能，看门狗定时器，输入输出端口可以自行定义，共有四种状态等等一系列特点。 2.2.2 LCD 液晶显示器 液晶显示器在生活中对人们来说比较常见，很多产品的常用器件都包含液晶显示器。显示比较多的有图形和数字，在单片机中的输出方式有LED数码管、发光管、液晶显示等等。本论文选用字符型显示器，常用字符型液晶显示器的规格有16*1，16*2，20*2。液晶显示器如下图所示： 图表 1液晶显示器 2.2.3 太阳能电池板 非晶硅薄膜太阳能电池和单晶硅晶硅以及多晶硅薄膜都属于硅太阳能电池。首先，单晶硅转换太阳能效率最高，技术也相对来说最稳定,因此应用比较多。其次是多晶硅薄膜太阳能，效率和成本都相比较低，但和非晶硅比，它的效率还是很高的。最后是非晶硅，成本最小，重量也轻，转换效率较高，适合大规模的生产。但由于自身设计的问题，使得它很不稳定，在实际使用中不太成熟。在设计中，我用的是KDS单晶硅太阳能板，把太阳光的辐射能转变为电能是其最主要的用途。由于本设计用于手机、平板电脑等常用的小功率电子产品，因此太阳能电池板选用的尺寸为270cm×175cm，峰值电流为500mA，电压为5V。 3硬件系统的设计 3.1 系统总体设计方案 本设计的太阳能充电器要实现显示充电时的电压和电流值，并且通过按键可以设置其充电电流和电压值，最后在充电器充电的过程中红灯亮；充满电时黄灯亮，同时红灯灭。用单片机STC12C5A60S2来进行控制，充电时，直接把太阳能放在太阳下吸收，当太阳温度偏低时，输出的电压值不稳定，输出电流值较小。会导致充电速度特别慢或者停止充电。反之，当太阳光温度比较高的情况下，电流值在设定值的前提下越来越大时，它的充电速度就越快。方案中包括有以下几个模块分别为：单片机控制模块、按键模块、显示电路、DC/DC转换模块。单片机主要控制输出电压和最大充电流，把太阳能板中产生的电压输送到直流变换电路中，再将变换后的电压值输送至手机电池，最后再把手机输出的电压值经过单片机检测以后送到液晶显示器中显示。按键可以设置电压和电流值，由单片机采集按键信号改变电压电流的参数值，再将改变后的参数值显示在液晶屏上。系统的总设计图如下图所示： 图表 2系统总设计框图 3.2 方案选择 本系统是由输入、输出以及单片机控制部分组成的。太阳能电池板是其输入部分，其主要作用是在太阳光照的前提下，把太阳能转化为电能。单片机STC12C5A60S2控制输出电压和最大充电电流，把太阳能板中产生的电压送给直流变换电路，然后再将变换后的电压值输送至手机电池，再将手机中输出的电压值经过单片机检测后送到液晶显示器中显示。LCD1602液晶显示器负责输出部分，其作用是显示充电时的电压值和电流值，以及显示由按键设置后的电压和电流的参数值。 3.2.1 控制器的选择 方案一：AT89C51单片机 单片机AT89C51是一款低电压、高性能微处理器，其内部有4K字节的可编程FLASH存储器，有程序保密锁定的作用，其使用的生产技术和标准的工业MCS-51指令集和输出管脚互相兼容，在下载用户程序时，必须要增加一个驱动 方案二：STC12C5A60S2单片机 STC12C5A60S2属于增强型的8051单片机，指令代码能实现对之前传统的8051的兼容，其内部具有60K FLASH ROM,有看门狗的用途，能以用电的形式进行瞬间擦除和改写，并且自身带有PWM的功能，和串口程序烧写的作用，输入输出端可以自行定义，性价比高，运行速度快。 STC12C5A60S2具有运行速度快，性价比高，实用性最强，存储容量大的特点，最重要的是STC12C5A60S2具有PWM的功能。综上所述，本设计采用方案二。 3.2.2 太阳能板的选择 方案一：单晶硅太阳能板 单晶硅太阳能的转换太阳能效率最高能达到百分之二十五左右，其技术也很稳定,因此不管在工业中还是实验中应用的地方都