便攜式太陽能充電器的設計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　電子與信息工程學院</b></p><p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　論文題目 便攜式太陽能充電器的設計 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　學 號

2、 </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級 </p><p>　　指導教師 xx </p><p><b>　　2013年5月</b></p>&l

3、t;p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前對太陽能利用主要體現(xiàn)在兩方面：光熱轉換與光電轉換，本文利用太陽能光電轉換特性，設計了一種在沒有電源的情況下也能隨時隨地給各種移動設備充電的便攜式太陽能充電器。</p><p>　　本文設計是以ATMEL公司的AT89C51單片機作為控制核心,由按鍵指示電路、數(shù)碼管顯示電路、BUCK斬波電路和A/D采集電

4、路等組成的，實現(xiàn)了將太陽能轉化為電能，然后由LM7805提供穩(wěn)定電壓，經(jīng)過DC/DC變換電路處理后，由充電電路為負載供電。系統(tǒng)還加入了單片機控制按鍵，以便自由選擇充電模式，具有根據(jù)返回手機電流情況，來控制降低電流的輸入和停止充電功能，以免過分充電會損壞電池，反饋輸出電流的情況，達到充電智能化的效果。</p><p>　　關鍵詞：太陽能；單片機；BUCK變換器 </p><p>　　ABST

5、RACT </p><p>　　At present the use of solar energy is mainly embodied in two aspects: the sunlight transformation and photoelectric, this paper, by using solar photoelectric characteristics, design a way th

6、at there is no power, it can also charger for various mobile anywhere at any time. </p><p>　　The design takes AT89C51 produced by ATMEL as the control core and is composed of buttons, digital pipe display ci

7、rcuit, BUCK chopper circuit and A/D acquisition circuit, which can transfer solar energy into electric power. With stable electric pressure and then processed by DC/DC transform circuit, it can supply electricity through

8、 charging circuit. The system is added with single-chip control buttons for free choice of charging mode. It will control the input of low current and stop charging a</p><p>　　KEY WORDS: Solar energy；Single

9、chip；BUCK converter</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 本課題研究背景1</p><p>　　1.2 本課題研究目的與意義1</p><p>　　1.3 本課題研究

10、的總體思路1</p><p>　　1.4 本課題研究的主要任務2</p><p>　　2 太陽能電池的研究和分析3</p><p>　　2.1 太陽能電池的原理3</p><p>　　2.2 太陽能電池的等效電路4</p><p>　　2.3 太陽能電池板的輸出特性及影響因素5</p><

11、;p>　　2.3.1太陽的光照強度對光伏電池轉換效率的影響6</p><p>　　2.3.2溫度對光伏電池輸出特性的影響7</p><p>　　2.4本系統(tǒng)所采用的光伏電池8</p><p>　　3 太陽能充電器硬件設計9</p><p>　　3.1 系統(tǒng)總體設計方案9</p><p>　　3.2電源電

12、路設計9</p><p>　　3.2.1 LM7805芯片介紹9</p><p>　　3.2.2 LM7805應用電路10</p><p>　　3.2.3電源模塊設計11</p><p>　　3.3控制電路設計12</p><p>　　3.3.1單片機簡介12</p><p>　　3

13、.3.2單片機電路13</p><p>　　3.4 按鍵電路設計14</p><p>　　3.5 數(shù)碼管顯示電路設計14</p><p>　　3.6 降壓斬波電路設計16</p><p>　　3.7 A/D轉換電路設計17</p><p>　　3.8 檢測電路設計20</p><p>

14、;　　3.8.1 MAX471介紹20</p><p>　　3.8.2 工作原理21</p><p>　　4 太陽能充電器軟件設計25</p><p>　　4.1 系統(tǒng)整體程序框架25</p><p>　　4.2 電路啟動初始化26</p><p>　　4.3 按鍵采集程序27</p><

15、;p>　　4.4 數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉換程序28</p><p>　　4.5充電子程序的設計29</p><p>　　4.6 電源子程序的設計30</p><p><b>　　5 電路測試31</b></p><p>　　5.1軟件測試31</p><p>　　5.2硬件測試33&l

16、t;/p><p>　　6 結論與展望34</p><p><b>　　致 謝35</b></p><p><b>　　參考文獻36</b></p><p>　　附錄1：主電路原理圖37</p><p>　　附錄2：匯編源程序38</p><p>

17、　　附錄3：元器件清單46</p><p>　　附錄4：實物圖47</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 本課題研究背景</p><p>　　隨著電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，開發(fā)太陽能資源，

18、減少不可再生資源的消耗和環(huán)境污染，緩解能源壓力，而且太陽能居家旅行使用方便，經(jīng)濟實用，光能開發(fā)勢必會成為經(jīng)濟發(fā)展的新動力。</p><p>　　太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產(chǎn)生電能，不需要消耗燃料和水等物質，使用中不釋放包括二氧化碳在內(nèi)的任何氣體，是對環(huán)境無污染的可再生能源。這對改善生態(tài)環(huán)境、緩解溫室氣體的有害作用具有重大意義。</p><p>　　目前，太陽能電池的應用已從軍

19、事領域、航天領域進入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設施等部門。而且隨著太陽能電池制造技術的改進以及新的光—電轉換裝置的發(fā)明，各國對環(huán)境的保護和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用太陽輻射能比較切實可行的方法，可為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟廣闊的前景[1]。</p><p>　　1.2本課題研究目的與意義</p><p>　　使用手機的人都有過這樣的經(jīng)歷，外出或旅游時

20、電池突然沒電了，特別是在火車、汽車、輪船等沒有電源的交通工具上，沒電、電量不足，使手機變成了信息交流的盲區(qū)，造成不必要的麻煩和經(jīng)濟損失。為了解決這樣的問題，本課題研究了一種太陽能充電器，它可以很好的解決上述問題，給你的生活帶來很大的方便。既節(jié)約了能量，又使用方便，是居家旅行的必備品。</p><p>　　通過本課題的研究，除了對所學知識的進一步鞏固外，還可以把理論與實踐結合起來，把知識轉變成生產(chǎn)力，創(chuàng)造使用價值，

21、給人們的生活帶來方便。</p><p>　　1.3 本課題研究的總體思路</p><p>　　本充電器通過太陽能電池板將太陽能轉化為電能，經(jīng)過DC/DC變換電路處理后，由充電電路為負載供電。鋰電池一般不宜采用全過程恒流充電方式，而是采取開始恒流快速充電，待電池電壓上升到設定值時，自動轉入恒壓充電的方式，并且這樣有利于保存電池容量。充電過程中采用LED燈、數(shù)碼管指示，系統(tǒng)中設計有完備的過流過

22、壓保護，避免因電池過度充電而損壞，并且充電器采用模塊式結構和USB接口，可對手機、MP3、攝像機等多種數(shù)碼產(chǎn)品充電。</p><p>　　文中介紹設計的太陽能手機充電器，與普通的手機充電器相比，它的特殊之處除了能源的供應來自太陽能電池板外，充分利用單片機的智能性，設有完備的</p><p>　　電壓電流檢測保護電路，并通過LED顯示電路的狀態(tài)，當光線不夠強時，指示燈不亮，蓄電池為手機充電，

23、光線足夠強時，指示燈亮，由太陽能電池板供電，同時可為充電電池充電。把太陽能電池板放在一個有陽光的地方，即可以為手機提供一個方便的太陽能充電點。這種便捷的太陽能充電器幾乎可以在任何地方補充電力，從而獲得通信的自由。</p><p>　　1.4 本課題研究的主要任務</p><p>　　結合系統(tǒng)設計的總體思路和任務要求，我設計了一種基于單片機控制的多功用太陽能手機充電器，設計的主要任務有：&l

24、t;/p><p>　　硬件設計：電源模塊設計，單片機控制模塊設計，顯示電路模塊設計，降壓斬波電路模塊設計，檢測模塊設計，A/D轉換模塊設計以及太陽能手機充電器電路原理圖設計。</p><p>　　軟件設計：電路啟動初始化程序設計，按鍵采集程序設計，數(shù)碼管顯示程序設計，數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉換程序設計，充電子程序設計，電源子程序設計。</p><p>　　2 太陽能電池的研究和

25、分析</p><p>　　2.1 太陽能電池的原理</p><p>　　太陽能光伏電池表面有一層金屬薄膜似的半導體薄片。當太陽光照射時，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半導體吸收或透過。被吸收的光，當然有一些變成熱，另一些光子則同組成半導體的原子價電子碰撞，于是產(chǎn)生電子——空穴對。這樣，光能就以產(chǎn)生電子——空穴對的形式轉變?yōu)殡娔?。薄片的另一側和金屬薄膜之間將產(chǎn)生一定的電壓，這一現(xiàn)象稱為光

26、伏效應。太陽能光伏電池正是一種利用光伏效應直接將光能轉化為電能的裝置。對于半導體P-N結，光伏效應更明顯。因此，太陽能光伏電池都是由半導體構成的。</p><p>　　圖2-1 摻入硼原子的硅晶體結構圖（P型） 圖2-2 摻入磷原子的硅晶體結構圖（N型）</p><p>　　太陽能電池的基本結構相當于一個大面積二極管，其基本特性也與二極管類似。當用適當波長的太陽光照射到半導體上時，光

27、能被半導體吸收后，在導帶和價帶中產(chǎn)生非平衡載流子--電子和空穴。半導體內(nèi)在P型和N型交界面（圖2-3）兩邊形成勢壘電場，能將電子驅向N區(qū)，空穴驅向P區(qū)，從而使得N區(qū)有過剩的電子，P區(qū)有過剩的空穴，在P-N結附近形成與勢壘電場方向相反的光生電場。光生電場的一部分除抵消勢壘電場外，還使P型層帶正電，N型層帶負電，在N區(qū)與P區(qū)之間的薄層產(chǎn)生所謂光生伏特電動勢。若分別在P型層和N型層焊上金屬引線，接通負載，外電路則有電流通過。如此形成的一個個電

28、池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能輸出一定的電壓、電流和功率。這樣，太陽的光能就直接變成了可付諸實用的電能。圖2-1所示為P型區(qū)結構圖，圖2-2所示為N型區(qū)結構圖。</p><p>　　圖2-3 半導體P型與N型交界面</p><p>　　另外，在受光面上，覆蓋著一層很薄的天藍色氧化硅薄膜以減少入射太陽光的反射，提高太陽能電池對于入射光的吸收率[6]。</p><p&g

29、t;　　2.2 太陽能電池的等效電路</p><p>　　光伏電池受光的照射便產(chǎn)生電流。這個電流隨著光強的增加而增大，當接</p><p>　　受的光強度一定時，可以將光伏電池看作恒流電源。目前使用的光伏電池可看作P-N結型二極管，因為在光的照射下產(chǎn)生正向偏壓，所以在P-N結為理想狀態(tài)的情況下，可根據(jù)圖2-4表示的等效電路來考慮。</p><p>　　圖2-4 理想

30、狀態(tài)的太陽能電池等效電路圖</p><p>　　在這種等效電路中，加給負荷的電壓V和流過負荷的電流I之間的關系式，可由下式給出。太陽能</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　當I=0時，可以得到太陽能電池的開路電壓</p><p><b>　　(2-2)</b><

31、/p><p>　　其中I為電池單元輸出電流；IL為PN結電流(A)；IO為二極管的反向飽和電流(A)；V為外加電壓(V)；q是單位電荷(1.6×10-19K庫侖)；K是玻耳茲曼常數(shù)(1.38×10-23J/K)；T是絕對溫度(T=t+273K)；n為二極管指數(shù)。</p><p>　　但是在實際的光伏電池中，由于電池表面和背面的電極和接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，流經(jīng)負

32、載的電流經(jīng)過它們時，必然引起損耗，在等效電路中可將它們的總效果用一個串聯(lián)電阻RS來表示。同時，由于電池邊沿的漏電，在電池的微裂痕、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本該通過負載的電流短路，這種作用可用一個并聯(lián)電阻RSH來等效表示。此時的等效電路可根據(jù)圖2-5來描述，其伏安特性可由（2-3）式給出。</p><p>　　圖2-5 實際光伏電池等效電路</p><p><b>

33、　　(2-3)</b></p><p>　　此式叫做光伏電池的超越方程式。</p><p>　　2.3 太陽能電池板的輸出特性及影響因素</p><p>　　光伏電池的輸出特性包括伏安特性、溫度特性和光譜特性，其中伏安特性和溫度特性主要通過I-V和P-V特性曲線來加以體現(xiàn)。而光譜特性主要研究光伏電池與入射光譜的關系，所以本文不對其進行討論。本節(jié)將著重探討

34、前兩種特性及其相關參數(shù)。光伏電池的幾個重要技術：</p><p>　?、?短路電流ISC：在給定日照強度和溫度下的最大輸出電流。</p><p>　　② 開路電壓VCC：在給定日照強度和溫度下的最大輸出電壓。</p><p>　　③ 最大功率點電流(IM)：在給定日照強度和溫度下相應于最大功率點的電流。</p><p>　?、?最大功率點電壓

35、(VSC)：在給定日照和溫度下相應于最大功率點的電壓。</p><p>　?、?最大輸出功率(PM)：在給定日照和溫度下光伏電池可能輸出的最大功率</p><p>　　⑥ 填充因子 (2-4) </p><p>　?、?光伏電池的轉換效率：輸出功率PM與陽光投射到電池表面上的功率

36、PS之比，其值取決于工作點。通常采用光伏電池的最大效率值作為其效率η， </p><p>　　以上各個參數(shù)可以在圖2-6中表示如下。</p><p>　　圖2-6 太陽能電池的I-V特性關系曲線</p><p>　　圖2-6中，在I-V曲線上總可以找到一個工作點，此點處的輸出功率最大，此點就是最大功率點(MPPT)，即圖中M點。M點所對應的電流IM為最佳工作電流，

37、VM為最佳工作電壓，PM為最大輸出功率，由圖和公式還可以看出，光伏電池不工作于最大功率點時，其效率都低于按此定義的效率值，甚至會低到零。原則上講，可對輸出功率求導使其為0，即可得到該電池的最佳工作點IM，VM，從而求出最大輸出功率：PM=IM×VM。但是要求出其解析解，幾乎不可能。因為它受太陽能電池內(nèi)部等效的串、并聯(lián)電阻的影響，其特性方程由公式（2-3）可知一個超越指數(shù)方程，無法用線性方程表示，具有非線性。圖2-6可表示太陽能

38、電池的P-V曲線。</p><p>　　從圖2-6可見，IM和VM的乘積就是最佳工作點的縱橫坐標所確定的矩形面積，在曲線范圍內(nèi)這個面積越大，表明電池的輸出特性越優(yōu)越。如果在一定光照下的I-V特性曲線是理想的矩形，那么IM和VM乘積就等于ISC和VCC的乘積。對實際光電池，引人填充因子FF(Fill factor)概念來表征光電池的這一特性，F(xiàn)F定義為式（2-4）。它表示最大輸出功率的值所占的以VCC和ISC為邊長

39、的矩形面積的百分比，填充因子是表征光電池的輸出特性好壞的重要參數(shù)之一。它的值越大，表明輸出特性曲線越“方”，電池的轉換效率也越高。</p><p>　　2.3.1太陽的光照強度對光伏電池轉換效率的影響</p><p>　　圖2-7、圖2-8分別是太陽能電池陣列在溫度為25℃時，不同日照(S)下表現(xiàn)出的電流-電壓(I-V)和功率-電壓(P-V)特性。從圖2-7可知，太陽能電池陣列的輸出短路電

40、流(ISC)和最大功率點電流(IM)隨日照強度的上升而顯著增大，也就是說式(2-3)中ISC強烈地控制著I的大小。雖然日照的變化對陣列的輸出開路電壓影響不是那么大，但對為電流與電壓相乘的結果最大輸出功率來說，變化顯著，</p><p>　　如圖2-8中虛線與各實線的交點所示。</p><p>　　圖2-7 不同日照下的I-V關系曲線圖 圖2-8 不同日照下的P-V

41、曲線圖 </p><p>　　2.3.2溫度對光伏電池輸出特性的影響</p><p>　　圖2-9，圖2-10分別給出了太陽能電池陣列在日照射為1000W/m2，和在變化溫度(T)的情況下，表現(xiàn)出典型的I-V和P-V特性。可以看出，溫度對太陽能電池陣列的輸出電流影響不大，但對它的輸出開路電壓影響較大。因而對最大輸出功率影響明顯，見圖2-10中各實線的波峰的幅值變化。&

42、lt;/p><p>　　圖2-9 不同溫度下的I-V特性曲線 圖2-10 不同溫度下的P-V特性曲線</p><p>　　綜上，太陽能電池板的輸出特性具有以下特點：</p><p>　　① 太陽能電池的輸出特性近似為矩形，即低壓段近似為恒流源，接近開路電壓時近似為恒壓源；</p><p>　?、?開路電壓近似同溫度成反比，短路電流

43、近似同日照強度強成正比；太陽能電池板的輸出功率隨著光強和溫度成非線性變化；</p><p>　?、?輸出功率在某一點達到最大值，該點即為太陽能電池板的最大功率點(MPP，Maximum Power Point)，且隨著外界環(huán)境的變化而變化[8]。</p><p>　　2.4本系統(tǒng)所采用的光伏電池</p><p>　　太陽能電池板是太陽能供電系統(tǒng)工作的基礎，是該充電器

44、的核心部分，其功能是將太陽光的輻射能量轉化為電能，如今的便攜式數(shù)碼設備種類較多，所需電壓電流不等，對于輸入功率較大的設備，必須采用面積較大的電池板，而這又給攜帶帶來不便。因此該設計采用模塊式組合，根據(jù)不同充電負載的需要，將太陽能板進行組合以達到具有一定要求的輸出功率和輸出電壓的一組光伏電池。本文以手機等常用小功率用電設備為例，說明其太陽能充電器的設計過程。所選用的太陽能電池板技術參數(shù)指標如下： 尺寸125mm×63mm

45、5;3mm，峰值電壓6V，峰值電流160mA，標稱功率0.96W?？紤]被充電池的電流不同所需充電時間不等，應采用2塊相同參數(shù)電池板進行串聯(lián)。電池板的理想輸出電壓最大值為12V,電流最大可達160mA，總標稱功率為2W左右,但是根據(jù)現(xiàn)實的陽光照射情況，實際輸出并沒有這么大，隨陽光照射的情況變化而變化。</p><p>　　3 太陽能充電器硬件設計</p><p>　　3.1 系統(tǒng)總體設計方案

46、</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)總體設計方案</p><p>　　太陽能電池在使用時由于太陽光的變化較大，其內(nèi)阻又比較高，因此輸出電壓不穩(wěn)定，輸出電流較小，這就需要用充電控制電路將電池板輸出的直流電壓變換后供給電池充電。當光線條件適宜時，通過太陽能電池板吸收太陽光，將光能轉換為電能。由于充電器多采用大電流的快速充電法，在電池充滿后如果不及時停止會使電池發(fā)燙，過度的充電會嚴重損害電池的壽

47、命。這就需要一個復雜的控制系統(tǒng)，51系列單片機是當前使用最為廣泛的8位單片機系列，其豐富的開發(fā)資源和較低的開發(fā)成本，是51系列單片機現(xiàn)在以至將來都會有強大的生命力。本系統(tǒng)將采用89C51作為充電電路的控制器，從而以較低的成本輕松實現(xiàn)復雜的充電智能控制，同時也可以為其他小型電子產(chǎn)品提供潔凈的直流電源。本系統(tǒng)總體設計方案如圖3-1所示，通過太陽能電池板將太陽能轉換為電能，由單片機編程實現(xiàn)PWM波控制開關管從而實現(xiàn)輸出電壓電流的改變，通過顯示

48、電路顯示輸出狀態(tài)及大小，由ADC0809實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及轉換并傳給單片機做判斷處理，從而實現(xiàn)電路的智能輸出與控制。</p><p><b>　　3.2電源電路設計</b></p><p>　　3.2.1 LM7805芯片介紹</p><p>　　LM78××系列穩(wěn)壓器能提供多種固定的輸出電壓，應用范圍廣，內(nèi)涵過流、過熱和過載

49、保護電路，帶散熱片時，輸出電流可達1.5A，雖然是固定的穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。單片機電源電路的設計以三端集成穩(wěn)壓器LM7805為核心，它屬于串聯(lián)正電源穩(wěn)壓電路，輸出電壓為5V。 </p><p>　　串聯(lián)式穩(wěn)壓源實際上是由具有電壓負反饋的直流放大器構成的。其電路框圖如下圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 三端穩(wěn)壓器7805方框圖與實物圖</p&g

50、t;<p>　　穩(wěn)壓過程如下：當輸出電壓v0 增高時取樣電壓vs也增高。vs與VR基準電壓之差增大,誤差比較管輸出的倒相電壓增大，使調整功率放大器輸出電流減小，即調整功率放大器兩端電壓增大，從而v0輸出電壓下降，也就是說v0基本不增加，實現(xiàn)了穩(wěn)壓作用。</p><p>　　由以上可見串穩(wěn)型穩(wěn)壓源調整功放兩端有一定直流電壓，由流過相當于負載電流的直流電流，所以調整功放電路消耗較大功率。這不僅使調整功放

51、易發(fā)熱損壞（如果不是調整功放電路過熱，需選允許功耗大的器件）。而且效率很低，造成電能的浪費。所以這種穩(wěn)壓源適于需用較小電流（小于數(shù)百mA），輸出電壓較低（數(shù)十V以下）場合。這種電源使用較簡便，對周圍電路產(chǎn)生的干擾噪聲較小。</p><p>　　3.2.2 LM7805應用電路 </p><p>　　LM7805有三個引腳，1腳接輸入電壓，2腳接地，3腳接輸出。</p><

52、;p>　　功能：輸出穩(wěn)定電壓5V，輸出電流接近1A。</p><p>　　用途：可以為需要提供5V直流電源的電路提供穩(wěn)定工作電壓。應用電路如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 LM7805應用電路</p><p><b>　　注：</b></p><p>　　1）輸入電壓，即使是紋波電壓中的低值點，都必

53、須高于所需輸出電壓 2V 以上。</p><p>　　2）當穩(wěn)壓器遠離電源濾波器時，要求用 Ci。</p><p>　　3）Co 可改善穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應。</p><p>　　圖3-3是三端穩(wěn)壓集成電路LM7805的應用電路，三端集成穩(wěn)壓器設置的啟動電路，在穩(wěn)壓電源啟動后處于正常狀態(tài)時，啟動電路與穩(wěn)壓電源內(nèi)部其他電路脫離聯(lián)系，這樣輸入電壓變化不直接影響基準電路和恒流

54、源電路，保持輸出電壓的穩(wěn)定。電路中Ci的作用是消除輸入連線較長時其電感效應引起的自激振蕩，減小紋波電壓，取值范圍在0.1μF～1μF之間，本文Ci選用0.33μF；在輸出端接電容Co是用于消除電路高頻噪聲，改善負載的瞬態(tài)響應，一般取0.1μF左右，本文Co即選用0.1μF。一般電容的耐壓應高于電源的輸入電壓和輸出電壓。另外，為避免輸入端斷開時Co從穩(wěn)壓器輸出端向穩(wěn)壓器放電，造成穩(wěn)壓器的損壞，在穩(wěn)壓器的輸入端和輸出端之間跨接一個二極管，對

55、LM7805起保護作用。</p><p>　　LM7805輸入電壓為8V到36V，最大工作電流1.5A，具有輸入電壓范圍寬，工作電流大，輸出精度高且工作極其穩(wěn)定，外圍電路簡單等特點，太陽能電池電壓即使有較大的波動，也能穩(wěn)定的輸出5V電壓。</p><p>　　3.2.3電源模塊設計</p><p>　　本系統(tǒng)所采用的元器件需要外部供電，如果加上外加電源，則使得電路復

56、雜化，并破壞了系統(tǒng)的獨立性，本系統(tǒng)設計的就是蓄電池的供電系統(tǒng)，所以直接從蓄電池取出電壓來為單片機以及外圍電路供電。</p><p>　　此電源模的一個特點，就是當光線不夠強時，蓄電池為單片機及外圍電路供電，光線足夠強時，由太陽能電池板供電，同時可為充電電池充電。</p><p>　　這里采用三端集成穩(wěn)壓模塊LM7805設計電路的電源模塊，如圖3-4所示。</p><p&

57、gt;　　圖3-4 電源模塊電路</p><p><b>　　3.3控制電路設計</b></p><p>　　3.3.1單片機簡介</p><p>　　AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4KB的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公

58、司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大。</p><p><b>　　(1)引腳功能</b></p><p>　　單片機具備了CPU、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和輸入輸出口等硬件資源之后，還需要供電電源、時鐘觸發(fā)和復位等控制的支持才能正常工作。而這些輸入都是通過引腳與單片機連接的。&

59、lt;/p><p>　　圖3-5 單片機引腳圖</p><p>　　圖3-5是單片機AT89C51的引腳排布圖。這40條引腳大致可分為電源(Vcc、Vss、VPP、VPD)、時鐘(XTAL1、XTAL2)、專用控制線(ALE、RST、PROG、PSEN、EA)、通用多功能輸入輸出標準I/O口(P0～P3)等4大部分。該單片機有6條引腳是保證基本工作所必須連接的：40腳Vcc和20腳Vss 為整

60、個芯片提供電源；18腳、19腳是時鐘振蕩引腳，它們的內(nèi)部連接一個高增益放大器，外部接一晶振選頻產(chǎn)生振蕩脈沖，并可配接一些電容、電感使振蕩更精確。此振蕩脈沖，為整個CPU及其定時等有效操作系統(tǒng)提供時鐘。另外兩條引腳是和RST。31腳是程序存儲器片內(nèi)片外選擇腳，如果接低電位，CPU不從片內(nèi)ROM</p><p>　　中取指；接高電位，CPU先從片內(nèi)程序存儲器取指。第9腳RST的主要功能是使單片機復位。當單片機接通以上

61、5腳后，只要在第9腳上加一個寬度不小于24個振蕩周期，也就是2個機器周期的正脈沖，它就能使系統(tǒng)復位。系統(tǒng)復位就是意味著CPU里各種寄存器等功能部分有一種標準的、固定的狀態(tài)，這樣有利于系統(tǒng)設計。</p><p>　　(2)單片機最小系統(tǒng)：</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)，或者稱為最小應用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對51系列單片機來說,最小系統(tǒng)一般應該包括:單片機、

62、晶振電路、復位電路。單片機最小系統(tǒng)復位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機的復位時間，一般采用10~30uF，容值越大需要的復位時間越短。單片機最小系統(tǒng)晶振也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。單片機最小系統(tǒng)起振電容C2、C3一般采用15~33pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好。圖3-6所示為單片機最小系統(tǒng)。<

63、/p><p>　　圖3-6 單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　3.3.2單片機電路</p><p>　　本系統(tǒng)單片機主要完成的任務是控制數(shù)據(jù)的采集過程，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理后生成PWM脈寬調制信號控制開關管的導通與關斷，從而控制輸出大小。具體工作過程是上電復位，查詢按鍵確定功能，然后轉入相應子程序并分析計算PWM占空比，開始輸出電流或電壓，并將數(shù)據(jù)送至顯示電路

64、顯示。在輸出過程中通過單片機定時器定時檢測輸出電流或電壓，與設定值比較后調節(jié)PWM占空比，使輸出趨于設定值。在電池充電過程中，通過檢測電流大小而確定電池充電多少，從而改變充電方式或決定是否停止充電。</p><p>　　通過單片機編程實現(xiàn)了充電過程的智能控制，而且大大簡化了硬件電路設計，由于單片機良好的可重用性，如果需要改變電路工作狀態(tài)或電路參數(shù)，只需簡單的修改程序即可實現(xiàn)，從而使電路的升級改造變得簡單易行。&l

65、t;/p><p>　　3.4 按鍵電路設計 </p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式：獨立按鍵和矩陣編碼鍵盤。獨立按鍵的每個按鍵都單獨接到單片機的一個I/O口上，獨立按鍵則通過判斷按鍵端口電位即可識別按鍵操作；而矩陣鍵盤通過行列交叉按鍵編碼進行識別。</p><p>　　通常所用的按鍵為輕觸機械開關，正常情況下按鍵的接點是斷開的，當我們按壓按鈕時，由

66、于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而機械觸點在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性及操作人員按鍵動作決定，一般為5ms～20ms；按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短是由操作人員的按鍵按壓時間長短決定的，一般為零點幾秒至數(shù)秒不等。</p><p>　　在本設計中由于按鍵不是太多，故采用獨立按鍵法，這樣可以減小編程的難度，圖3-7為本設計的按

67、鍵接線圖。</p><p>　　圖3-7 按鍵接線圖</p><p>　　對電路總體考慮后，將ADC0809采集電路接在了單片機的P0口，并用P2口做采集控制，這樣P0口僅用接收數(shù)據(jù)，不用發(fā)送數(shù)據(jù)，有P0口的硬件構成知道，其做輸出的話需接上拉電阻，做輸入的不用接，這樣整體上減少了電路的硬件開支，而P3口要做串口傳輸?shù)裙ぷ鳎栽诒倦娐分袑存I接在P1口，其中P1.0、P1.6為輸出功能選擇

68、鍵，P1.3為過電流保護指示燈，按下P1.6代表給手機電池充電，按下P1.0則做普通直流電源使用，其中5V輸出可直接用USB連接線給手機充電，電池充電控制則有手機提供。</p><p>　　3.5 數(shù)碼管顯示電路設計</p><p>　　AT89C51單片機內(nèi)有一個串行I／O端口，通過引腳RXD和TXD可與外部電路進行全雙工的串行異步通信，發(fā)送數(shù)據(jù)時由TXD端送出，接收時數(shù)據(jù)由RXD端輸入

69、。串口有四種工作方式，通過編程設置，可以使其工作在任一方式以滿足</p><p>　　不同的場合。其中，方式0是8位移位寄存器輸入／輸出方式，多用于外接移位寄存器以擴展I／O端口。方式 0的輸出是8位串行數(shù)據(jù)，通過移位寄存器可將8位串行數(shù)據(jù)變成8位并行數(shù)據(jù)輸出，也可以將外部的8位并行數(shù)據(jù)變成8位串行數(shù)據(jù)輸入。因此外接一個移位寄存器就可擴展一個8位的并行輸入／輸出接口，如果想多擴展幾個并口就需要在外部級連幾個移位寄

70、存器。</p><p>　　本設計采用基于串口的LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路，這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時,再發(fā)送新的字形碼?？梢蕴峁﹩为氭i存的I／O接口電路很多，常用的就是通過串口外接串并轉換器74LS164，擴展并行的I／O口。單片機通過串口將要顯示數(shù)據(jù)的字形碼逐一的串行移出至74LS164的輸出腳上數(shù)碼管就可以顯示相應的數(shù)字。</p><

71、p>　　表1 74HC164功能表</p><p>　　說明：H=高電平（穩(wěn)定態(tài)） L=低電平（穩(wěn)定態(tài)） ×=不定 ↑=從低電平轉換到高電平QA0…QH0=在穩(wěn)定態(tài)輸入條件建立前QA…QH 的相應電平QAn…QHn=在最近的時鐘輸入條件（↑）建立前QA…QH 的相應電平，表示移位一位</p><p>　　圖3-8 數(shù)碼管驅動電路</p><p&g

72、t;　　如圖3-8單片機AT89C51的串口外接1片74HC164作為LED顯示器的靜態(tài)顯示接口，把AT89C2051的RXD作為數(shù)據(jù)輸出線，TXD作為移位時鐘脈沖。Q0-Q7(第3—6和10—13引腳)并行輸出端分別接LED顯示器的A---DP各段對應的引腳上。本設計采用的是共陽極數(shù)碼管，因而各數(shù)碼管的公共極接電源VCC，本電路電源由LM7805提供，并采用三只串聯(lián)的二極管降壓，而非電阻降壓，這樣保證個數(shù)碼段的亮度一致。要顯示某字段則

73、相應的移位寄存器74HC164的輸出線必須是低電平。</p><p>　　3.6 降壓斬波電路設計</p><p>　　太陽能電池在使用時由于太陽光的變化較大，其內(nèi)阻又比較高，因此輸出電壓不穩(wěn)定，為了防止輸出電壓過高，破壞電路燒毀元件，或者是輸出電壓太低元器件不能正常工作，本設計中引入斬波變換電路對輸出電壓進行升壓或者降壓變換，以優(yōu)化系統(tǒng)性能。</p><p>　　

74、降壓斬波電路(Buck Chopper)的原理圖及工作波形如圖3-9所示。圖中V為全控型器件IGBT，D為續(xù)流二極管。由圖3-9（b）中V的柵極電壓波形UGE可知，當V處于通態(tài)時，電源Ui向負載供電，UD=Ui。當V處于斷態(tài)時，負載電流經(jīng)二極管D續(xù)流，電壓UD近似為零，至一個周期T結束，再驅動V導通，重復上一周期的過程。負載電壓的平均值為：</p><p><b>　　（3-1）</b>&l

75、t;/p><p>　　式（3-1）中ton為V處于通態(tài)的時間，toff為V處于斷態(tài)的時間，T為開關周期，α為導通占空比，簡稱占空比或導通比(α=ton/T)。由此可知，輸出到負載的電壓平均值UO最大為Ui，若減小占空比α，則UO隨之減小。</p><p>　　(a)電路圖 (b)波形圖</p>

76、<p>　　圖3-9 降壓斬波電路的原理圖及波形</p><p>　　在本設計中開關管選用2N5366PNP型三極管和2N5551NPN型三極管聯(lián)合使用。2N5366的射極與電池板正極相連，集電極與電感相連，基極與2N5551三極管的集電極相連，2N5551的基極與單片機的P1.1口相連，射極與地相連。當P1.1口輸出高電平，2N5551導通，進而2N5366導通，電壓輸出；當P1.1口輸出低電平，2

77、N5551截至，2N5366截至，無電壓輸出。通過編程，控制占空比。</p><p><b>　　如圖3-10所示。</b></p><p>　　圖3-10 降壓斬波電路圖</p><p>　　3.7 A/D轉換電路設計</p><p>　　受外界環(huán)境因素影響，太陽能電池輸出的電壓極不穩(wěn)定，而且隨著手機電池充電的飽和，恒

78、壓充電的電流會隨著時間的推移逐漸降低，因此需要采集太陽電池輸出的電壓電流信息，經(jīng)模數(shù)轉換后送由單片機進行判斷是否需要進行脈寬調節(jié)使輸出接近設定值。</p><p>　　ADC0809是帶有8位A/D轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換，可以和單片機直接接口。</p>&

79、lt;p>　?。?）ADC0809的內(nèi)部邏輯結構</p><p>　　ADC0809由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉換完的數(shù)字量，當OE為高電平，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù)。如圖3-11。</p><p>　　圖3-

80、11 ADC0809內(nèi)部結構</p><p><b>　　(2)引腳結構</b></p><p>　　圖3-12 引腳結構圖</p><p>　　ADC0809各引腳功能如下： D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳；IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳；VCC：+5V工作電壓；GND：地；REF（+）：參考電壓正端；REF（-）：參考電壓負端；EOC

81、：轉換結束信號輸出引腳，開始轉換為低電平，當轉換結束時為高電平；OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。</p><p>　　ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 </p><p>　　地址輸入和控制線：4條 </p><

82、;p>　　ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇如表2所示。</p><p>　　表2 CBA通道選擇表</p><p>　　數(shù)字量輸出及控制線：11條 </p><

83、;p>　　ST為轉換啟動信號，在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。當ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉換；在轉換期間，ST應保持低電平。EOC為轉換結束信號。當EOC為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行A/D轉換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。 </p&

84、gt;<p>　　CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。</p><p><b>　?。?）電路設計</b></p><p>　　本設計中用單片機的P0口接收來自0809的換數(shù)據(jù)，P2.0、P2.1、P2.2依次接在0809的A、B

85、、C地址線，P2.3接在0809的ALE端，P2.4接START，P2.5接OE端，時鐘信號由單片機的ALE端經(jīng)74HC74觸發(fā)器二分頻后提供，單片機采</p><p>　　用12MHz晶振，ALE端經(jīng)二分頻后為500KHz。ADC0809具體工作過程為：首先P2.0、P2.1、P2.2輸入3位地址，并使P2.3輸出高電平，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼

86、近寄存器復位。下降沿啟動 A／D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到A／D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続／D轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。而觸發(fā)單片機動作準備接收數(shù)據(jù)，這時使P2.5輸出高電平，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上，單片機讀取P0口然后做下一步處理操作。如圖3-13所示。</p><p>　　圖3-13 ADC0809的接線圖</p&

87、gt;<p>　　3.8 檢測電路設計</p><p>　　ADC0809不能處理微弱的電信號，尤其在手機充電接近飽和的時候，電流十分微弱，必須經(jīng)過放大才能由ADC0809處理。</p><p>　　3.8.1 MAX471介紹</p><p>　　MAX471是美國MAXIM公司生產(chǎn)的雙向精密電流傳感放大器。它內(nèi)置35mΩ精密傳感電阻，可測量電流的上

88、下限為3A，可通過一個輸出電阻將電流輸出轉化為對地電壓輸出。根據(jù)實際情況，用戶可根據(jù)自己的需要配置外接的傳感電阻與增益電阻。</p><p>　　MAX471具有如下特點： 具有完美的高端電流檢測功能；內(nèi)含精密的內(nèi)部檢測電阻；在工作溫度范圍內(nèi)，其精度為2%；具有雙向檢測指示，可監(jiān)控充電和放電狀態(tài)；內(nèi)部檢測電阻和檢測能力為3A；并聯(lián)使用時還可擴大檢測電流范圍；</p><p>　　最大電源電

89、流為100μA；關閉方式時的電流僅為5μA；電壓范圍為3～36V。</p><p>　　MAX471引腳結構：</p><p>　　圖3-14 MAX471引腳結構</p><p>　　MAX471各引腳功能說明如下：SHDN為關閉信號，正常操作時接地；當它為高電平時，供電電流小于5µA。RS+為內(nèi)傳感電阻的電源端。GND為地端或電源負端。SIGN為集電

90、極開路邏輯輸出，SIGN為低電平表示電流由RS－流向RS+。RS－為內(nèi)傳感電阻的負載端。OUT為電流輸出端，該電流的大小正比于流過傳感電阻的電流。</p><p>　　3.8.2 工作原理</p><p>　　MAX471的功能框圖如圖3-15所示。</p><p>　　圖3-15 MAX471功能框圖</p><p>　　如圖3-15所示M

91、AX471包含兩個放大器，傳感器電流I通過傳感器電阻從RS+流向RS-（反之亦然），輸出電流流過RG1和Q1還是RG2和Q2取決于傳感電阻中電流的方向，內(nèi)部電路（圖中沒有畫出來）不允許Q1和Q2同時打開。</p><p>　　以圖3-15為例，若傳感器電流從RS+經(jīng)精密傳感電阻流向R-，輸</p><p>　　出端OUT通過輸出電阻Rout接地（GND）。此時Q2斷開，放大器A1工作，輸出

92、電流從Q1的發(fā)射極流出，由于沒有電流流過RG2交點的電位，因A1的開環(huán)增益很大，其正向輸入端與反向輸入端基本上保持同一電位，所以，A1的正向輸入端的電位也近似等于和RG2交點的電位，因此傳感電流流過所產(chǎn)生的壓降就等于輸出電流流過RG1所產(chǎn)生的壓降，即</p><p><b>　　×RG1=×</b></p><p>　　所以 =（&

93、#215;）/RG1 </p><p>　　= (×Rout)=( ××) /RG1</p><p>　　同理，若傳感器電流從RS-經(jīng)傳感電阻流向RS+，則可得</p><p>　　= ( ××) /RG2</p><p>　　綜上可得MAX471輸出電壓的方程</p><

94、p>　　= ( ××) /RG</p><p>　　其中———期望的實際輸出電壓</p><p>　　———所傳感的實際電流</p><p>　　——— 精密傳感電阻</p><p>　　——— 輸出調壓電阻</p><p>　　RG——— 增益電阻（RG=RG1=RG2）</p>

95、<p>　　對于MAX471，所設定的電流增益為/ RG=500×10-6，=500×10-6 ××，</p><p>　　當輸出電阻 =2kΩ時，在傳感器電流允許變化范圍（-3A≤≤3A）內(nèi)，輸出電壓的變化范圍：-3V≤≤3V ,即滿標電壓為3V。</p><p>　　特定的滿標范圍所對應的輸出調壓電阻Rout為：</p>

96、<p>　　Rout=（×RG）/( ×)</p><p>　　對于MAX471, =/ ×500×106</p><p>　　但要注意，變化時，須保證MAX471輸出電壓的電壓上限不能超過VRS+-1.5V。</p><p>　　MAX471所需的供電電壓/為3～36V，所能跟蹤的電流的變化頻率可達到130kH

97、z，采用8腳封裝，其典型應用電路如圖3-12所示,對瞬變電流的響應非?？欤粢獪p弱由于噪聲在輸出端產(chǎn)生的干擾，可在輸出調壓電阻的兩端并聯(lián)一個電容1µF（ 也可根據(jù)實驗確定）進行旁路。這一電容的引入不會影響到MAX471的使用性能。</p><p>　　在本設計中，電阻R4采用20K/0.6W精密電阻，在輸出最大500mA時不超過5V，輸出電壓便于ADC0809采集并作數(shù)字化處理。</p>

98、<p>　　MAX471接線電路如圖3-16所示。</p><p>　　圖3-16 MAX471接線電路圖</p><p>　　4 太陽能充電器軟件設計</p><p>　　4.1 系統(tǒng)整體程序框架</p><p>　　本設計整體工作主要由單片機程序控制實現(xiàn)，其工作過程為：電路啟動初始化，電路功能選擇，輸出選擇并確定輸出，單片機采集

99、計算輸出PWM信號，定時采集數(shù)據(jù)并處理調節(jié)PWM信號占空比等，程序整體框架如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 程序整體框架流程</p><p>　　4.2 電路啟動初始化</p><p>　　初始化是為單片機的運行設置初始的運行環(huán)境，主要完成以下工作：清片內(nèi)，每次單片機加電時，都將引起單片機的上電復位操作。復位操作完成以后，單片機的寄存器會被置以不同的值

100、，這些值中有相當一部分是未知的值。這些未知的值在單片機復位完成，正式運行以后，會產(chǎn)生無法讓程序設計人員掌握的后果，甚至會造成系統(tǒng)的損壞。因此，在單片機運行后，首先清0使之置初始參數(shù)設定，便于程序設計人員掌握，以利系統(tǒng)的工作。設置系統(tǒng)運行所需的各個參數(shù)，設置定時器和中斷設定。圖4-2為初始化程序流程。</p><p>　　圖4-2 初始化程序流程</p><p>　　4.3 按鍵采集程序&l

101、t;/p><p>　　鍵盤子程序用于探測開關、是否處在有效的開關狀態(tài)，以決定是否啟動系統(tǒng)運轉。讀線、讀取、相連的端口，并將其值判斷處理后存于相關緩存中。其中讀取端口后要做一定的延時以排除鍵抖引起的誤動作。圖4-3為按鍵子程序結構流程圖。</p><p>　　圖4-3 按鍵子程序結構流程圖</p><p>　　4.4 數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉換程序</p><

102、p>　　數(shù)據(jù)采集主要由單片機控制ADC0809完成，程序分為數(shù)據(jù)初始化，發(fā)送啟動轉換命令，等待轉換結束，接收數(shù)據(jù)，處理并存入緩存程序。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集主要由單片機控制ADC0809完成，程序分為數(shù)據(jù)初始化，發(fā)送啟動轉換命令，等待轉換結束，接收數(shù)據(jù)，處理并存入緩存，程序流程如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 數(shù)據(jù)采集子程序結構流程圖</p>&l

103、t;p>　　4.5充電子程序的設計</p><p>　　充電過程分兩階段進行，第一階段為恒流充電，充電電流可設定，當充電電壓達到4V時轉入第二階段，即4.2V的恒壓充電方式，恒壓充電電流會隨著時間的推移而逐漸降低，待充電電流降到0.1mA時，表明電池已充到額定容量的93%～95%，此時即可認為基本充滿，如果繼續(xù)充下去，充電電流會慢慢降低到零，電池完全充滿。充電過程中，“充電”指示燈亮；充滿時，“充飽”指示燈

104、亮，“充電”指示燈滅。充電子程序流程圖如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 充電子程序結構流程圖</p><p>　　4.6 電源子程序的設計</p><p>　　本太陽能手機充電器與傳統(tǒng)充電器相比，最大的優(yōu)點就是不僅能直接給電池充電，還能作為普通的直流電源使用，其中的5V直流輸出也可以直接給手機充電，或作為MP3等其他小電子設備的供電電源，并有完善的過流

105、保護功能，從而確保電子產(chǎn)品的安全使用。電源子程序流程圖如圖4-6所示。</p><p>　　圖4-6 電源子程序結構流程圖</p><p><b>　　5 電路測試</b></p><p><b>　　5.1軟件測試</b></p><p>　　啟動Keil C51,軟件進入主界面，點擊“Proje

106、ct”→“new uVision Project”新建工程，在彈出的對話框中選擇所用單片機的型號，進入工作界面，在target的文件下，新建“.asm”文件，并保存，添加到工程中，編寫C程序，調試通過后，“.asm”文件，此文件可以直接下載到單片機中運行。</p><p>　　程序在Keil中調試如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 程序在Keil中調試</p>&

107、lt;p>　　程序在Debug中調試如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-2 程序在Debug中調試</p><p>　　通過在程序中的調試，沒有發(fā)現(xiàn)錯誤，證明匯編程序是可行的，然后生成“.asm”文件，燒錄到單片機中，進行下一步的硬件測試。</p><p><b>　　5.2硬件測試</b></p><p>

108、;　　將太陽能電池連接到LM7805的輸入端，同時，輸出端通過USB線接上手機，檢查完畢后，置于陽光下，觀察手機是否能正常充電；</p><p>　　結果顯示，手機無充電現(xiàn)象，且數(shù)碼管及LED都不會亮，分析可能是由于太陽光線不強，造成太陽能電池輸入電壓沒有達到LM7805的起振電壓；</p><p>　　用電壓表測量LM7805的輸入電壓即太陽能電池板的輸入電壓，最大只有3V，而LM780

109、5正常起振電壓至少為8V，因此可以斷定太陽能電池板沒有達到實際所需的輸入電壓要求；</p><p>　　分析可能是太陽能電池的輸出功率較低，使得LM7805無法正常工作，通過串聯(lián)更換的太陽能電池來提高它的工作電壓，同時，用手電筒對著太陽能電池板，提升光照的強度，從而把電池板的輸出功率提上去；</p><p>　　在新的條件下，再次連接好線路，放在太陽光下，觀察充電效果，可是手機、數(shù)碼管和L

110、ED還是沒有任何的反應；</p><p>　　根據(jù)以上情況，懷疑電路本身可能出現(xiàn)某種未知的故障，造成整個電路出現(xiàn)無法正常工作，于是，用萬用表檢測各個管腳的連接情況，結果發(fā)現(xiàn)，單片機的VCC無電壓，進一步檢測后，原來是單片機的20管腳斷路，排除故障后，再次進行充電；</p><p>　　仍然沒有進行充電，用萬用表檢測各個模塊的電壓，從LM7805入手，輸入電壓為9V，輸出電壓卻為2.3V，而