基于太陽(yáng)能電池光控?zé)粼O(shè)計(jì)

1、<p>　　基于太陽(yáng)能電池光控?zé)粼O(shè)計(jì)</p><p>　　課題研究單位：蘇州大學(xué)文正學(xué)院光電技術(shù)系</p><p>　　小組成員：江興 付寧 薛青晨 魏信 梁美軍</p><p>　　指導(dǎo)老師：吳迪 工作單位：蘇州大學(xué)物理科技學(xué)院</p><p><b>　　作品類別：學(xué)術(shù)論文</b></p>

2、<p><b>　　摘要：</b></p><p>　　太陽(yáng)能電池光控?zé)舨粌H適用于馬路，同時(shí)也適用于工廠、教學(xué)樓、辦公場(chǎng)所等地。具有節(jié)能降耗，節(jié)約資源，低碳環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本系統(tǒng)主要介紹光控電路的設(shè)計(jì)。光控電路主要以AVR單片機(jī)作為控制核心，以高亮度LED燈為光源，通過(guò)太陽(yáng)光照射在光敏三級(jí)管上，使之通過(guò)太陽(yáng)能系統(tǒng)控制器對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行充電

3、，然后太陽(yáng)能電池給單片機(jī)供電，采用PWM節(jié)能法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈啟停工作狀態(tài)進(jìn)行快速而準(zhǔn)確地控制。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中介紹光控?zé)艨刂破鞯慕M成、性能，適用范圍及其工作原理。給出各電路原理圖及元件參數(shù)的選擇，節(jié)能效果十分明顯，同時(shí)也大大減少維修量、節(jié)約了資金，使用效果良好。</p><p>　　關(guān)鍵字：AVR單片機(jī)，節(jié)能環(huán)保，LED燈，PWM節(jié)能法</p><p&

4、gt;<b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 前言……………………………………………………………….4</p><p>　　第二章 太陽(yáng)能電池光控?zé)舻南到y(tǒng)設(shè)計(jì).....................................................5</p><p>　　2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹...........

5、.......................................................................5</p><p>　　2.2系統(tǒng)的工作原理..............................................................................6</p><p>　　2.2.1太陽(yáng)光采集...

6、.........................................................................6</p><p>　　2.2.2 系統(tǒng)控制器...........................................................................6</p><p>　　2.2.3光控?zé)粼?..

7、..........................................................................6</p><p>　　第三章 太陽(yáng)能蓄電池介紹與工作原理………………………………….7</p><p>　　3.1太陽(yáng)能蓄電池的介紹………………………………………….7</p><p>　　3.2太陽(yáng)能蓄電池的工作原理

8、…………………………………….7</p><p>　　第四章 光敏電阻與發(fā)光三極管………………………………………….8</p><p>　　4.1光敏電阻介紹……………………………………………………….8</p><p>　　4.2發(fā)光三極管介紹…………………………………………………….8</p><p>　　第五章 MCU 與 PWM………

9、…………………………………………..9</p><p>　　5.1 MUC的介紹與實(shí)行的功能…………………………………...9</p><p>　　5.2 PWM的介紹與實(shí)行的功能………………………………….10</p><p>　　第六章 課題終極目標(biāo)及應(yīng)用前景…………………………………………….16</p><p>　　結(jié)束語(yǔ)………………

10、…………………………………………….16</p><p>　　致謝………………………………………………………………………...16</p><p>　　主要參考文獻(xiàn)……………………………………………………………...16</p><p><b>　　第一章 前 言</b></p><p>　　太陽(yáng)能作為未來(lái)的能源是一

11、種非常理想的清潔能源。近年來(lái)由于人們對(duì)能源、環(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注，太陽(yáng)能的應(yīng)用與普及越來(lái)越受到人們的高度重視。若能合理利用太陽(yáng)能，將能為人類提供充足的能源。對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)而言，照明應(yīng)用并非是其最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，也不是最能體現(xiàn)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域，但就其作為能源的表現(xiàn)形式來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能在照明領(lǐng)域的應(yīng)用最為直觀。而在當(dāng)前技術(shù)水平下，太陽(yáng)能技術(shù)作為能源的高成本、低效率問(wèn)題不容回避，特別是在單體照明應(yīng)用中，如不與LED技術(shù)相結(jié)合，按照常規(guī)設(shè)計(jì)太陽(yáng)能照明系統(tǒng)

12、，往往要面對(duì)系統(tǒng)變換效率低及經(jīng)濟(jì)效率不佳等問(wèn)題。因LED具有低能耗、直流工作等優(yōu)勢(shì)，成為配對(duì)太陽(yáng)能電池光控?zé)粽彰鞴庠吹睦硐氘a(chǎn)品。就其目前技術(shù)和政策而言，在我國(guó)最有希望快速普及及應(yīng)用太陽(yáng)能光伏技術(shù)的領(lǐng)域應(yīng)是太陽(yáng)能電池光控?zé)艄こ獭?lt;/p><p>　　在第三次科技革命的推動(dòng)下，光能這一偉大的，自然的以及人類生存所必須的寶貴資源在被人類遺忘了若干年后，今天終于得到了廣泛的應(yīng)用。太陽(yáng)能熱水器，太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能浴場(chǎng)等都成

13、為人們熱議的話題，大到天上的人造衛(wèi)星，小到街道的路燈太陽(yáng)能的應(yīng)用無(wú)所不在。而作為智能化電路的設(shè)計(jì)考慮光能的應(yīng)用也是理所當(dāng)然的。在半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展下大促進(jìn)了光能應(yīng)用的快速進(jìn)步，在發(fā)電，取暖等方面尤為突出，智能化電路設(shè)計(jì)引進(jìn)光技術(shù)已不是新奇事了，在光控電路的設(shè)計(jì)中不同于聲控電路復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，隨著半導(dǎo)體光敏元器件的快速發(fā)展，我們?cè)谠O(shè)計(jì)光控電路時(shí)面臨的問(wèn)題已由怎樣使光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)變?yōu)樵鯓釉陔娐分屑哟箅娦盘?hào)的強(qiáng)度？這一問(wèn)題如今也以得到了較好

14、的解決，光敏元器件的應(yīng)用在光照的情況下使其電參數(shù)發(fā)生變化從而使其對(duì)電流的阻礙作用減小或增大，進(jìn)而使電路導(dǎo)通或截止，電信號(hào)強(qiáng)弱的改變光控轉(zhuǎn)化為電控電路功能的實(shí)現(xiàn)便容易了。在這樣的電路設(shè)計(jì)中，對(duì)電路元器件的要求也極為高尤其是光敏元件是光控電路功能實(shí)現(xiàn)的核心，必須保證其各項(xiàng)參數(shù)的精確，穩(wěn)定。故在選擇這類元器件時(shí)一定要選擇高靈敏度工作穩(wěn)定可靠的元件，當(dāng)然電路工作的穩(wěn)定是否？功能能否實(shí)現(xiàn)？并不僅僅只</p><p>　　為

15、滿足控制需要，本系以AVR單片機(jī)為核心控制器件，利用自帶的A/D轉(zhuǎn)換功能將光敏二極管采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而通過(guò)控制PWM來(lái)準(zhǔn)確而快速地控制燈啟停的調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)：</b></p><p>　　1、采用高亮度LED燈作為光源；</p><p>　　2、采用PWM調(diào)光方式更節(jié)能；</p>&l

16、t;p>　　3、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易操作；</p><p>　　4、LED燈，具有壽命長(zhǎng)、安全、節(jié)能環(huán)保、耐閃爍、色彩多樣、調(diào)控方便等顯著特點(diǎn)；</p><p>　　太陽(yáng)能電池光控?zé)舻南到y(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹</b></p><p>　　基于太陽(yáng)能電池光控?zé)粼O(shè)計(jì)，主要以AVR 單

17、片機(jī)為核心，采用mega16單片機(jī)芯片，以高亮度LED燈為光源，通過(guò)太陽(yáng)光照射在光敏三級(jí)管上，使之通過(guò)太陽(yáng)能系統(tǒng)控制器對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行充電，然后太陽(yáng)能電池給單片機(jī)供電，采用PWM節(jié)能法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈啟停工作狀態(tài)進(jìn)行快速而準(zhǔn)確地控制。</p><p>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。</p><p><b>　　圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p&

18、gt;　　2.2系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　2.2.1太陽(yáng)光采集</p><p>　　太陽(yáng)光采集，是通過(guò)光敏三極管對(duì)光線的敏感作用而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)外部光線越強(qiáng)，光敏三極管導(dǎo)通。單片機(jī)開(kāi)始工作，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而輸出不同的PWM來(lái)控制LED燈的亮度，就可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)外部光線自動(dòng)調(diào)整LED燈的亮度。</p><p>　　2.2.2 系統(tǒng)控制器</p&g

19、t;<p>　　本系統(tǒng)采用的太陽(yáng)能控制器是10A/10V，具有三個(gè)插孔，即太陽(yáng)能電池板控制端，蓄電池控制端，以及LED控制端。首先，太陽(yáng)光照射在太陽(yáng)能電池板上，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)在蓄電池中，當(dāng)光敏三極管不導(dǎo)通時(shí)，即蓄電池開(kāi)始慢慢放電，對(duì)AVR單片機(jī)供電，使之開(kāi)始工作，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換產(chǎn)生不同的PWM，控制燈的亮滅及亮暗。</p><p>　　2.2.3光控?zé)粼?lt;/p><p&

20、gt;　　本系統(tǒng)采用的是光敏三極管，通過(guò)光敏三極管感受太陽(yáng)光亮度的變化，控制蓄電池是否對(duì)MCU供電，使MCU通過(guò)A/D的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生不同的脈沖，控制LED的亮滅與亮暗。</p><p><b>　　圖2光控?zé)粼韴D</b></p><p>　　太陽(yáng)能蓄電池介紹與工作原理</p><p>　　3.1太陽(yáng)能蓄電池的介紹</p><p

21、>　　太陽(yáng)能電池是“蓄電池”在太陽(yáng)能光伏發(fā)電中的應(yīng)用，目前采用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池、膠體蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池四種。國(guó)內(nèi)目前被廣泛使用的太陽(yáng)能蓄電池主要是：鉛酸免維護(hù)蓄電池和膠體蓄電池，這兩類蓄電池，因?yàn)槠涔逃械摹懊狻本S護(hù)特性及對(duì)環(huán)境較少污染的特點(diǎn)，很適合用于性能可靠的太陽(yáng)能電源系統(tǒng)，特別是無(wú)人值守的工作站。普通鉛酸蓄電池由于炫耀經(jīng)常維護(hù)及其環(huán)境污染較大，所以主要適于有維護(hù)能力或低檔場(chǎng)合使用。堿性鎳鎘蓄電池雖然有較

22、好的低溫、過(guò)充、過(guò)放性能，但由于其價(jià)格較高，僅適用于較為特殊的場(chǎng)合。隨著太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的廣泛使用，作為與其配置的蓄電池也越來(lái)越受到人們額關(guān)注。</p><p>　　太陽(yáng)能蓄電池應(yīng)該具備以下特性</p><p>　　比較好的深循環(huán)能哭，有著很好的過(guò)充和過(guò)放能力。</p><p>　　長(zhǎng)壽命，特殊的工藝設(shè)計(jì)和膠體墊解質(zhì)保證的長(zhǎng)壽命電池。</p><

23、;p>　　使用不同的環(huán)境需要，入高海拔，高溫，低溫等不同的條件下都能正常使用的電池。</p><p>　　3.2 太陽(yáng)能蓄電池的工作原理</p><p>　　白天太陽(yáng)光照射到太陽(yáng)能組件上，使太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生一定幅度的直流電壓，把光能轉(zhuǎn)換為電腦，再傳送給只能控制器，經(jīng)過(guò)智能控制器的過(guò)充保護(hù)，將太陽(yáng)能組件傳來(lái)的電能輸送給蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)存；而儲(chǔ)存就需要有蓄電池，所謂蓄電池即是貯存化學(xué)能量，

24、于必要時(shí)放出電能的一種電氣化學(xué)設(shè)備。</p><p><b>　　附參考圖片</b></p><p>　　第四章 光敏電阻與光敏三極管</p><p><b>　　4.1光敏電阻</b></p><p>　　光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻

25、減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見(jiàn)光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)1~10M歐,在強(qiáng)光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見(jiàn)光（0.4~0.76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起

26、它的阻值變化。設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。</p><p>　　利用光敏元件隨光照強(qiáng)度的變化而阻抗發(fā)生變化的特點(diǎn)，去控制電信號(hào)的強(qiáng)弱，再由傳感器將變化的電信號(hào)傳遞給觸發(fā)器，只要電信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到一定程度將觸發(fā)觸發(fā)器使其導(dǎo)通工作。光控照明電路其主要功能是實(shí)現(xiàn)當(dāng)外界光照強(qiáng)度降低到一定程度時(shí)，使照明電路導(dǎo)通工作。就其方案而言多種多樣，但我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮方案的可行性，

27、穩(wěn)定性以及元器件的靈敏度，尤其是光敏元件必須選擇靈敏度高的這樣電路功能才能較容易實(shí)現(xiàn)，為此我們?cè)谠O(shè)計(jì)光控電路時(shí)，不但要盡量使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，而且要使電路功能強(qiáng)，功能的實(shí)現(xiàn)要可靠穩(wěn)定 。</p><p><b>　　4.2光敏三極管</b></p><p>　　光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時(shí)也受光輻射的控制

28、。通常基極不引出，但有一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。</p><p>　　當(dāng)具有光敏特性的PN結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，由此產(chǎn)生的光電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個(gè)放大了相當(dāng)于B倍的信號(hào)電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。</p><p>　　和光敏二極管一樣，光敏三極管

29、也是半導(dǎo)體基本元件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把正塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種，三個(gè)區(qū)引出相應(yīng)的電極，分別為基極b、發(fā)射極e、和集電極c。</p><p>　　發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫集電極?；鶇^(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大，PNP型三

30、極管發(fā)射區(qū)“發(fā)射”的是空穴，其移動(dòng)方向與電流一致，顧發(fā)射極箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區(qū)“發(fā)射”的是自由電子，其移動(dòng)方向與電流方向相反，故發(fā)射箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是PN結(jié)在正向電壓下的導(dǎo)通方式。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP和NPN型兩種類型。</p><p>　　第五章MCU 與 PWM</p><p>　　5.1 MUC的介紹與實(shí)行的功能</p><p&

31、gt;　　MCU(Micro Control Unit)中文名稱為微控制單元，又稱單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer)或者單片機(jī)，是指隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計(jì)算機(jī)的CPU、RAM、ROM、定時(shí)計(jì)數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場(chǎng)合做不同組合控制。</p><p><b>　　分類</b></p>

32、<p>　　MCU按其存儲(chǔ)器類型可分為無(wú)片內(nèi)ROM型和帶片內(nèi)ROM型兩種。對(duì)于無(wú)片內(nèi)ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應(yīng)用（典型芯片為8031）。帶片內(nèi)ROM型的芯片又分為片內(nèi)EPROM型（典型芯片為87C51）、MASK片內(nèi)掩模ROM型（典型芯片為8051）、片內(nèi)FLASH型（典型芯片為89C51）等類型，一些公司還推出帶有片內(nèi)一次性可編程ROM（One Time Programming, OTP)的芯片（典型芯片為9

33、7C51)。MASKROM的MCU價(jià)格便宜，但程序在出廠時(shí)已經(jīng)固化，適合程序固定不變的應(yīng)用場(chǎng)合；FALSHROM的MCU程序可以反復(fù)擦寫，靈活性很強(qiáng)，但價(jià)格較高，適合對(duì)價(jià)格不敏感的應(yīng)用場(chǎng)合或做開(kāi)發(fā)用途；OTPROM的MCU價(jià)格介于前兩者之間，同時(shí)又擁有一次性可編程能力，適合既要求一定靈活性，又要求低成本的應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是功能不斷翻新、需要迅速量產(chǎn)的電子產(chǎn)品。 </p><p>　　微控制器在經(jīng)過(guò)這幾年不斷地研究,

34、發(fā)展,歷經(jīng)4位,8位,到現(xiàn)在的16位及32位,甚至64位。產(chǎn)品的成熟度,以及投入廠商之多,應(yīng)用范圍之廣,真可謂之空前。目前在國(guó)外大廠因開(kāi)發(fā)較早,產(chǎn)品線廣,所以技術(shù)領(lǐng)先,而本土廠商則以多功能為產(chǎn)品導(dǎo)向取勝。但不可諱言的,本土廠商的價(jià)格戰(zhàn)是對(duì)外商造成威脅的關(guān)鍵因素。 </p><p>　　由于制程的改進(jìn)，8位MCU與4位MCU價(jià)差相去無(wú)幾，8位已漸成為市場(chǎng)主流；目前4位MCU大部份應(yīng)用在計(jì)算器、車用儀表、車用防盜裝置

35、、呼叫器、無(wú)線電話、CD播放器、LCD驅(qū)動(dòng)控制器、LCD游戲機(jī)、兒童玩具、磅秤、充電器、胎壓計(jì)、溫濕度計(jì)、遙控器及傻瓜相機(jī)等；8位MCU大部份應(yīng)用在電表、馬達(dá)控制器、電動(dòng)玩具機(jī)、變頻式冷氣機(jī)、呼叫器、傳真機(jī)、來(lái)電辨識(shí)器（CallerID）、電話錄音機(jī)、CRT顯示器、鍵盤及USB等；16位MCU大部份應(yīng)用在行動(dòng)電話、數(shù)字相機(jī)及攝錄放影機(jī)等；32位MCU大部份應(yīng)用在Modem、GPS、PDA、HPC、STB、Hub、Bridge、Route

36、r、工作站、ISDN電話、激光打印機(jī)與彩色傳真機(jī)；64位MCU大部份應(yīng)用在高階工作站、多媒體互動(dòng)系統(tǒng)、高級(jí)電視游樂(lè)器（如SEGA的Dreamcast及Nintendo的GameBoy）及高級(jí)終端機(jī)等。</p><p><b>　　MCU工作原理</b></p><p>　　MCU同溫度傳感器之間通過(guò)I2C總線連接。I2C總線占用2條MCU輸入輸出口線，二者之間的通信完

37、全依靠軟件完成。溫度傳感器的地址可以通過(guò)2根地址引腳設(shè)定，這使得一根I2C總線上可以同時(shí)連接8個(gè)這樣的傳感器。本方案中，傳感器的7位地址已經(jīng)設(shè)定為1001000。MCU需要訪問(wèn)傳感器時(shí)，先要發(fā)出一個(gè)8位的寄存器指針，然后再發(fā)出傳感器的地址（7位地址，低位是WR信號(hào)）。傳感器中有3個(gè)寄存器可供MCU使用，8位寄存器指針就是用來(lái)確定MCU究竟要使用哪個(gè)寄存器的。本方案中，主程序會(huì)不斷更新傳感器的配置寄存器，這會(huì)使傳感器工作于單步模式，每更新

38、一次就會(huì)測(cè)量一次溫度。 　　要讀取傳感器測(cè)量值寄存器的內(nèi)容，MCU必須首先發(fā)送傳感器地址和寄存器指針。MCU發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，接著發(fā)出傳感器地址，然后將RD/WR管腳設(shè)為高電平，就可以讀取測(cè)量值寄存器。 　　為了讀出傳感器測(cè)量值寄存器中的16位數(shù)據(jù)，MCU必須與傳感器進(jìn)行兩次8位數(shù)據(jù)通信。當(dāng)傳感器上電工作時(shí)，默認(rèn)的測(cè)量精度為9位，分辨力為0.5C/LSB（量程為-128.5C至128.5C）。本方案采用默認(rèn)測(cè)量精度，根據(jù)需要，可以重新設(shè)

39、置傳感器，將測(cè)量精度提高</p><p>　　5.2 PWM的介紹與實(shí)行的功能</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。</p><p><b>　　PWM基本

40、原理：</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術(shù)，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機(jī)PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等，而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬PWM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過(guò)改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達(dá)

41、到控制充電電流的目的。 </p><p>　　模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化，其時(shí)間和幅度的分辨率都沒(méi)有限制。9V電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于9V，而是隨時(shí)間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在{0V, 5V}這一集合中取值。 </p><p

42、>　　模擬電壓和電流可直接用來(lái)進(jìn)行控制，如對(duì)汽車收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。在簡(jiǎn)單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。擰動(dòng)旋鈕時(shí)，電阻值變大或變小；流經(jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電流值，使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。 </p><p>　　盡管模擬控制看起來(lái)可能直觀而簡(jiǎn)單，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移

43、，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問(wèn)題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重(如老式的家庭立體聲設(shè)備)和昂貴。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)熱，其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對(duì)噪聲很敏感，任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。 </p><p>　　通過(guò)以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和DSP已經(jīng)在芯片上包含了PWM控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。

44、</p><p><b>　　具體過(guò)程</b></p><p>　　脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(wú)(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖

45、序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。 </p><p>　　多數(shù)負(fù)載(無(wú)論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載)需要的調(diào)制頻率高于10Hz，通常調(diào)制頻率為1kHz到200kHz之間。 </p><p>　　許多微控制器內(nèi)部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67內(nèi)

46、含兩個(gè)PWM控制器，每一個(gè)都可以選擇接通時(shí)間和周期。占空比是接通時(shí)間與周期之比；調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。執(zhí)行PWM操作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作： </p><p>　　1、設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的周期 </p><p>　　2、 在PWM控制寄存器中設(shè)置接通時(shí)間 </p><p>　　3、設(shè)置PWM輸出的方向，這個(gè)輸出是一個(gè)通用I/O管

47、腳 </p><p><b>　　4、啟動(dòng)定時(shí)器 </b></p><p>　　5、使能PWM控制器 </p><p>　　目前幾乎所有市售的單片機(jī)都有PWM模塊功能，若沒(méi)有（如早期的8051），也可以利用定時(shí)器及GPIO口來(lái)實(shí)現(xiàn)。更為一般的PWM模塊控制流程為（筆者使用過(guò)TI的2000系列，AVR的Mega系列,TI的LM系列）： </

48、p><p>　　1、使能相關(guān)的模塊（PWM模塊以及對(duì)應(yīng)管教的GPIO模塊）。 </p><p>　　2、配置PWM模塊的功能，具體有： </p><p>　　①：設(shè)置PWM定時(shí)器周期，該參數(shù)決定PWM波形的頻率。 </p><p>　?、冢涸O(shè)置PWM定時(shí)器比較值，該參數(shù)決定PWM波形的占空比。 </p><p>　　③：設(shè)

49、置死區(qū)（deadband），為避免橋臂的直通需要設(shè)置死區(qū)，一般較高檔的單片機(jī)都有該功能。 </p><p>　?、埽涸O(shè)置故障處理情況，一般為故障是封鎖輸出，防止過(guò)流損壞功率管，故障一般有比較器或ADC或GPIO檢測(cè)。 </p><p>　　⑤：設(shè)定同步功能，該功能在多橋臂，即多PWM模塊協(xié)調(diào)工作時(shí)尤為重要。 </p><p>　　3、設(shè)置相應(yīng)的中斷，編寫ISR，一般

50、用于電壓電流采樣，計(jì)算下一個(gè)周期的占空比，更改占空比，這部分也會(huì)有PI控制的功能。 </p><p>　　使能PWM波形發(fā)生。</p><p>　　課題終極目標(biāo)及應(yīng)用前景</p><p>　　在我們最終完成的作品中，我們將實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板可以在太陽(yáng)光的情況對(duì)蓄電池進(jìn)行最大效率值的充電。在有強(qiáng)烈太陽(yáng)光照射的情況下，光敏三極管導(dǎo)通，AVR單片機(jī)基本處于待機(jī)狀態(tài)，隨著太陽(yáng)

51、光強(qiáng)度的慢慢減弱，直至黑暗，蓄電池對(duì)AVR單片機(jī)進(jìn)行供電，使之開(kāi)始工作，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換產(chǎn)生不同的PWM控制LED的亮暗。</p><p>　　在我們的設(shè)計(jì)中，由于采用的是太陽(yáng)能，因此我們可以保證我們的設(shè)計(jì)是環(huán)保的。而我們使用的LED燈，也是對(duì)人體輻射較小，耗電量較小的產(chǎn)品，因此我們可以說(shuō)我們的設(shè)計(jì)是節(jié)能的。另外，我們?cè)谔?yáng)能對(duì)電能的轉(zhuǎn)化上也達(dá)到盡可能大，這個(gè)可以保證產(chǎn)品效益的最大化。我們的設(shè)計(jì)盡可能地做到了低功耗

52、，技能環(huán)保，還有智能化。下圖就是我們?cè)O(shè)計(jì)成果的展示。</p><p><b>　　第七章 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　開(kāi)始兩個(gè)月我們小組在指導(dǎo)老師吳迪的幫助下，首先對(duì)太陽(yáng)能與光控進(jìn)行了學(xué)習(xí)，初步了解這兩個(gè)原理的基本知識(shí)。然后我們小組部分成員通過(guò)暑期電子設(shè)計(jì)與單片機(jī)設(shè)計(jì)的培訓(xùn)，對(duì)電子元器件與編程有了更深入的了解。我們小組還購(gòu)買電子元器件，通過(guò)購(gòu)買，我們對(duì)元器件的

53、相關(guān)型號(hào)也有了一定的了解。在編程與焊接板子的過(guò)程中，我們成員相互協(xié)調(diào)、幫助。這讓我們親身體會(huì)到，現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中合作的重要性。</p><p>　　本次課題研究歷時(shí)近6個(gè)月，我們完成了查找資料、硬件原理圖設(shè)計(jì)、軟</p><p>　　件編寫，系統(tǒng)調(diào)試等幾個(gè)步驟。這次設(shè)計(jì)應(yīng)用知識(shí)面廣，有單片機(jī)知識(shí)、傳感器等。如何將這些知識(shí)結(jié)合在一起組成一個(gè)整體的概念，這是我們?cè)谝郧暗膶W(xué)習(xí)過(guò)程中沒(méi)有遇到過(guò)的

54、。畢業(yè)設(shè)計(jì)非常好的鍛煉了我們應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際的問(wèn)題的能力，彌補(bǔ)了我們這方面的不足。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們遇到了不少的問(wèn)題都需要我們自己認(rèn)真的進(jìn)行分析，探討并最終得到解決。在這樣一個(gè)過(guò)程中，不但讓我們學(xué)會(huì)了如何去利用課本和參考資料，而且知道了必須加上自己的判斷和思考，具體問(wèn)題具體解決。</p><p>　　通過(guò)這次課題的研究，我們小組成員自身懂得了元器件與一些基本原理。對(duì)日后我們走向工作崗位極有幫助。培養(yǎng)了自己的動(dòng)

55、手能力與自學(xué)能力。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　首先感謝我們的指導(dǎo)老師吳迪老師。在整個(gè)學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)過(guò)程中給予我們關(guān)鍵性的指導(dǎo)，熱心的關(guān)照我們，給我們提了很多寶貴的意見(jiàn)。我從他那里學(xué)到的不僅僅是學(xué)術(shù)方面的知識(shí)，更重要的是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。</p><p>　　然后要感謝班主任錢偉超老師，整個(gè)暑假對(duì)我們悉心的照顧，給我

56、們?nèi)粘Ｉ钐峁┝司薮蟮膸椭?。感謝周敏彤老師、鄧晶老師暑假對(duì)我們的培訓(xùn)，使我們?cè)诤附优c單片機(jī)編程方面有了質(zhì)的飛躍。</p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版），高等教育出版社 ，2005</p><p>　　康華光 ，電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版），高等教育出版社， 2005<

57、;/p><p>　　李朝青，單片機(jī)原理及接口技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社，1999</p><p>　　張福學(xué)，現(xiàn)代實(shí)用傳感器技術(shù) ，中國(guó)計(jì)量出版社 ，1997</p><p>　　黃爭(zhēng)，德州儀器高性能單片機(jī)和模擬器件在高校中的應(yīng)用和選型指南，</p><p>　　德州儀器半導(dǎo)體技術(shù)（上課）有限公司大學(xué)計(jì)劃部，2010年</p>&