一種太陽(yáng)能充電器的設(shè)計(jì)

王聰　趙娟

摘? 要：為滿足社會(huì)發(fā)展的需求，節(jié)能環(huán)保成為人類文明的必然之路。充分利用太陽(yáng)能來代替有限資源充電是節(jié)能環(huán)保的有效手段之一。該設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)控制的太陽(yáng)能充電器，對(duì)充放電的過程做了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)的管理，具有過充保護(hù)、電壓補(bǔ)償?shù)墓δ?，?duì)于續(xù)航能力低的電子產(chǎn)品，有著方便節(jié)能的特點(diǎn)，且充電靈活、快捷、攜帶方便、顯示清晰、性能良好，能夠充分實(shí)現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，為其他節(jié)能產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了借鑒意義。

關(guān)鍵詞：光生伏特效應(yīng)? 單片機(jī)控制? 數(shù)據(jù)監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TM910.6 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）02（c）-0033-02

隨著人類的進(jìn)步和工業(yè)的發(fā)展，對(duì)電的需求越來越多、對(duì)電的供應(yīng)需求越來越高，傳統(tǒng)發(fā)電方式過于依賴化學(xué)能源，而如今世界資源短缺和環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，一種利用自然資源的發(fā)電方式即光伏發(fā)電無疑可以解決此類問題。該文針對(duì)目前市場(chǎng)上太陽(yáng)能充電控制器在充電過程中性能分析的欠缺，控制方式太單一，沒有針對(duì)性地控制某個(gè)模塊的工作狀態(tài)，在充電的過程中對(duì)蓄電池保護(hù)不足，長(zhǎng)時(shí)間使用容易損壞蓄電池的情況下，設(shè)計(jì)確定了一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能充電控制器。利用單片機(jī)作為電池充放電的過程作了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)的管理，對(duì)于續(xù)航能力低的電子產(chǎn)品，有著方便節(jié)能的特點(diǎn)。

1? 太陽(yáng)能充電器的方案設(shè)計(jì)

利用太陽(yáng)能充電，由于光線強(qiáng)度變化的原因點(diǎn)煙能電池內(nèi)阻較高，輸出電壓就會(huì)不穩(wěn)定，輸出電流比較小，因此在必須通過控制充電控制電路，將充太陽(yáng)能板輸出電壓或電流變成穩(wěn)定電壓或電流后才能夠?qū)﹄姵剡M(jìn)行充電。為了獲取最高效的充電效率，常用的方法是采用大電流快充，但有一個(gè)問題就是電池充滿后不及時(shí)拔電源會(huì)使電池發(fā)熱，同時(shí)影響電池壽命。未解決這個(gè)問題，需要添加一個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能充電控制。太陽(yáng)能充電的原理是在太陽(yáng)光的照射下充電板產(chǎn)生電荷，然后利用電容電路存儲(chǔ)這些電荷，經(jīng)過穩(wěn)壓電路TP4056芯片提供電源和充電電池充電。根據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器采集到的系統(tǒng)充放電過程中電池電壓參數(shù)，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳遞給中央控制器，再通過中央控制器進(jìn)行檢測(cè)和判斷，發(fā)出各種控制指令，然后通過顯示電路在液晶顯示屏上顯示輸出的狀態(tài)及電池電壓大小和充電的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)了電路的智能輸出與控制。通過編程實(shí)現(xiàn)PWM波控制開關(guān)管從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的改變。利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器采集充電電池的電壓并在液晶顯示屏上顯示充電電壓值。該設(shè)計(jì)主要包括控制模塊、轉(zhuǎn)換模塊、報(bào)警模塊和顯示模塊等模塊組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

2? 太陽(yáng)能充電器的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括控制電路、轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)采集電路、充電電路、報(bào)警電路、電源電路和顯示單路等電路設(shè)計(jì)。主控電路采用STC89C52單片機(jī)芯片，實(shí)現(xiàn)將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制和定性分析的功能。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括控制電路、轉(zhuǎn)換電路、報(bào)警電路和顯示單路等電路設(shè)計(jì)。

主控電路采用STC89C52單片機(jī)芯片，實(shí)現(xiàn)將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制和定性分析的功能。主控制芯片工作電壓再4～5.5V之間，故采用外接5V直流電源。具體鏈接時(shí)40腳VCC接+5V，20腳VSS接地。轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，該設(shè)計(jì)采用ADC0832芯片來完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，具有轉(zhuǎn)換速度、效率高、兼容性好，電路比較簡(jiǎn)單，性價(jià)比高、體積小等特點(diǎn)。顯示電路采用LCD1602芯片，該芯片是液晶顯示器直接與單片機(jī)相連，操作簡(jiǎn)單、功耗低、成本小，直接將RS接單片機(jī)P1.4腳，RW接單片機(jī)P1.5腳，EN接單片機(jī)P1.6腳進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)腳D0～D7分別接單片機(jī)的P0口。

充電電壓數(shù)據(jù)采集電路是將ADC0832與單片機(jī)相連進(jìn)行采集電壓。通常單片機(jī)與ADC0832連接時(shí)接口為CLK、CS、DO和DI，但DO和DI在通信時(shí)不能同時(shí)激活，而單片機(jī)接口實(shí)現(xiàn)的是雙向通信，故利用單線并聯(lián)連接DO和DI。太陽(yáng)能充電過程是利用太陽(yáng)能充電板在陽(yáng)光的照耀下產(chǎn)生電荷的原理進(jìn)行充電的，該充電電路采用1000μF電容存儲(chǔ)太陽(yáng)能電池板的電荷，經(jīng)過LM1117-5穩(wěn)壓芯片給TP4056芯片提供電源和充電電源。

太陽(yáng)能充電器本身需要供電，為了更加高效地實(shí)現(xiàn)充電控制和充電功能，采用鋰電池作為該充電器的電源，實(shí)現(xiàn)供電和充電雙向控制。當(dāng)太陽(yáng)光照射到太陽(yáng)能板子上的時(shí)候通過穩(wěn)壓電路進(jìn)行充電，當(dāng)沒有陽(yáng)關(guān)照射的時(shí)候利用鋰電池對(duì)內(nèi)置電池進(jìn)行充電，提高其壽命，穩(wěn)定充電器的電壓。鋰電池通過繼電器進(jìn)行過充保護(hù)，電壓一般在3.3～3.7V之間，充電控制器可通過一個(gè)升壓電路外接USB接口對(duì)電子產(chǎn)品充電，在顯示器上監(jiān)測(cè)充電電壓和已進(jìn)行充電的時(shí)間。而且電池更換方便。電池接口采用DC5V，并利用電容進(jìn)行濾波。

3? 太陽(yáng)能充電器的軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能充電器因?yàn)樯婕暗絾纹瑱C(jī)控制芯片，因此采用Keil4對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，利用STC-ISP進(jìn)行單片機(jī)下載編程燒錄，并利用Proteus對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行電路圖制作和仿真。該太陽(yáng)能充電控制器的設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，面向過程的編程思想，C語言可以直接訪問物理地址，具有高效的執(zhí)行效率，所以將復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)和程序處理分為POWER模塊、單片機(jī)主控CPU模塊、電池電壓檢測(cè)模塊、繼電器模塊、太陽(yáng)能電池充放電模塊、LCD顯示模塊加以解決。由于該文完成的功能是通過單片機(jī)來控制太陽(yáng)能充電系統(tǒng)，核心模塊是單片機(jī)的控制區(qū)域，包括各個(gè)芯片的連接使用，詳細(xì)介紹了太陽(yáng)能通過硅板轉(zhuǎn)化成電能過程中電壓的變換問題，同時(shí)簡(jiǎn)要介紹了其他模塊。

4? 結(jié)語

太陽(yáng)能充電器以單片機(jī)為核心部件的控制系統(tǒng)，充分地利用太陽(yáng)能充電板給電池充電，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832采集充電電池的充電電壓在液晶LCD1602上顯示出來。太陽(yáng)能充電器在充電時(shí)，充電指示燈點(diǎn)亮，充滿時(shí)指示燈熄滅，當(dāng)充電電池電壓低于3V時(shí)，報(bào)警指示燈閃爍。太陽(yáng)能充電器利用軟件編程，最終基本上實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)要求。

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