大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）題目太陽能激光筆充放電電路設(shè)計學(xué)院專業(yè)班級學(xué)生姓名指導(dǎo)老師撰寫日期2011年5月17日摘要太陽能激光筆是利用太陽能板來給激光筆的電池進行充電的一種技術(shù)。激光筆作為教學(xué)中常用的一種教學(xué)輔助工具，可以指示講課過程中所要講的內(nèi)容。用激光筆教學(xué)有著指示準確度高，功耗小的特點，但常見激光筆的電源為干電池或氧化銀電池，電量不足時需及時的換電池，給使用帶來極大的不方便。把太陽能充電技術(shù)與激光顯示技術(shù)結(jié)合，保證其正常的能量供應(yīng)，可以使激光筆的應(yīng)用性大大增強，因此太陽能激光筆在現(xiàn)實的教學(xué)工作中有著廣闊的應(yīng)用前景。本設(shè)計通過把太陽能充電技術(shù)引入到激光筆中，利用太陽能充電來保證激光筆的電源供應(yīng)。用LM324運算放大器及三極管等來設(shè)計一個可以自動充放電的控制電路，實現(xiàn)充電的智能化，人性化，并且可以在充電和放電的過程中進行狀態(tài)指示。本設(shè)計利用NIMULTISIM軟件對設(shè)計的結(jié)果進行仿真測試，完成了充滿后自動停止充電，電量不足時停止放電等電路控制測試，測試結(jié)果顯示達到了設(shè)計任務(wù)的要求。先從理論上驗證了設(shè)計的可行性，然后進一步完成了實物驗證，激光器都能正常工作，不僅充放電過程中的參數(shù)都可以達到較好的控制，而且設(shè)計的其它各項功能都通過了驗證。本論文設(shè)計的關(guān)鍵是在充電過程中的過充控制電路，電量不足時的放電控制電路。設(shè)計所用的元器件便宜，易于購買，電路原理簡單，可實現(xiàn)性較高，在成本控制和封裝上具有一定的優(yōu)勢。在NIMULTISIM軟件仿真的過程中，電路的反應(yīng)靈敏，各項參數(shù)都顯示正常、穩(wěn)定，為太陽能激光筆的產(chǎn)業(yè)化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞太陽能；激光筆；光電轉(zhuǎn)換；充/放電路CONSTRUCTIONANDANALYSISOFASOLARLASERPENABSTRACTTHESOLARLASERPENWASUSEDBYACHARGINGCIRCUIT,WHICHDESIGNEDBYASOLARPANELTHELASERPENISACOMMONASSISTANTTOOLFORTEACHITCANPOINTATTHECONTENTWHERETHETEACHERWANTSTOEMPHASISTHELASERPENISOFHIGHACCURACY,ANDLOWPOWERCONSUMPTION,BUTITUSUALLYWASUSEDWITHDRYCELLPROVIDINGTHEENERGYWHENTHEBATTERYISINLOWPOWER,THELASERPENALWAYSNEEDSTOBECHANGEDWITHDEVELOPINGOFTHETECHNOLOGYOFSOLARCHARGING,THESOLARENERGYCANPROVIDETHESTABLEPOWERTOTHELASERPENTHEREFORE,ITCANMAKEUSMORECOMFORTABLETOUSETHELASERPENOFCOURSE,THESOLARLASERPENHASAVASTPOTENTIALINTHEFUTUREMARKETTHISDESIGNADDEDTHESOLARCHARGINGTECHNOLOGYTOTHELASERPENUSINGTHESOLARCHARGINGTOMAKESURETHELASERPENHASASUFFICIENTENERGYSUPPLYITWASUSEDWITHTHEAMPLIFIERLM324ANDTRANSISTORSTODESIGNAAUTOMATICCHARGINGANDDISCHARGINGCONTROLCIRCUITTHENITMAKESTHECHARGINGSMARTHUMANIZEDITALSOHASADIRECTIONWHILEITISCHARGINGANDDISCHARGINGTHISDESIGNISSIMULATEDANDTESTEDTHROUGHTHESOFTWARENIMULTISIM,ITHASAGOODTESTRESULTINAUTOMATICALLYSTOPCHARGINGWHENTHEBATTERYPOWERISFULLANDAUTOMATICALLYSTOPDISCHARGINGWHENITISLOWITPROVEDTHEFEASIBILITYOFDESIGNINTHEORYANDTHENCOMPLETETHEPHYSICALVERIFICATIONBYCONNECTINGTHECOMPONENTS,THELASERWORKSWELLEVERYFUNCTIONINTHEDESIGNISDEMONSTRATEDWELLTHEKEYOFTHEDESIGNARETHECONTROLCIRCUITOFCHARGINGWHENTHEPOWERISFULLANDTHEDISCHARGINGWHENITISLOWTHECOMPONENTSINTHEDESIGNARECHEAPANDCOMMON,THEPRINCIPLEOFTHEDESIGNISSIMPLE,ANDITISEASYTOIMPLEMENT,ITHASANADVANTAGEINTHECOSTANDCAPSULATIONINTHESIMULATIONOFNIMULTISIM,THERESPONSEISSENSIBLE，EVERYARGUMENTISSTABLE,SOITCANBEUSEDASAPRINCIPLEINSOLARLASERPENSPRODUCTIONKEYWORDSSOLARLASERPENPHOTOELECTRICCONVERSIONCHARGINGDISCHARGINGCIRCUIT目錄1引言511太陽能激光筆研究現(xiàn)狀512課題研究目的和意義613研究內(nèi)容62太陽能電池轉(zhuǎn)換原理、特性和應(yīng)用721太陽能7211太陽能簡介7212太陽能的開發(fā)利用722太陽能電池工作原理723太陽能電池分類824太陽能電池特性825太陽能電池應(yīng)用93太陽能激光筆設(shè)計1031太陽能激光筆設(shè)計思路1032太陽能激光筆的設(shè)計框架1133太陽能激光筆設(shè)計的原理圖及分析1134設(shè)計過程中各種參數(shù)的選擇及修改過程1335電路設(shè)計的仿真結(jié)果14351仿真軟件14352仿真結(jié)果及分析144太陽能激光筆的實物設(shè)計及實驗1841設(shè)計材料1842電路設(shè)計的實物效果1843太陽能激光筆設(shè)計的優(yōu)化方向195結(jié)語20參考文獻21致謝22附錄一評語23附錄二設(shè)計任務(wù)書241引言11太陽能激光筆研究現(xiàn)狀激光筆又名激光教鞭或指星筆1，利用低功率的可視激光讓使用者在教學(xué)、演示時最大限度的發(fā)揮肢體語言的優(yōu)勢，讓教學(xué)、演講更生動，更完美，徹底解決以往在課堂和會議上使用鼠標的不便，可以在整個教室里和學(xué)生互動的同時又能對上課的內(nèi)容進行講解和操控，使老師的同學(xué)們之間的交流充分，方便了老師的教學(xué)。激光筆的發(fā)展大致可分為三代（1）第一代激光筆是指單一激光功能的激光筆。這種激光筆只有激光功能，按發(fā)射的激光的顏色不同，分為紅光激光筆和綠光激光筆。紅光激光筆因為成本低，價格便宜，成為日常應(yīng)用的主流。綠光激光筆價格較貴。主要應(yīng)用于工程建筑以及天文觀測。激光筆在應(yīng)用中逐漸增加功能，帶有U盤存儲功能的U盤激光筆，帶可伸縮教鞭、普通賀珠筆功能的三合一激光筆。無論這種筆是否能寫字、存儲，是否能拉伸成為教鞭，它始終是以激光的功能為主體，起指示作用。（2）第二代激光筆在普通激光筆的基礎(chǔ)上增加了遙控電腦的功能，叫翻頁激光筆。翻頁激光筆要據(jù)所使用的無線傳輸技術(shù)的不同，分為紅外和射頻兩類。紅外翻頁激光筆采用紅外技術(shù)來傳輸遙控信號，和生活中使用的電視遙控器、DVD遙控器、空調(diào)遙控器的原理相同。紅外技術(shù)出現(xiàn)的比較早，技術(shù)成熟、復(fù)雜性低，由于紅外光不能空透物體，需要可視傳輸。在發(fā)射器的接收器之間，不能有任何物體阻擋，使用時表現(xiàn)為接收器和發(fā)射器在一定的角度內(nèi)對準，方可實現(xiàn)遙控翻頁。射頻翻頁激光筆利用無線射頻技術(shù)來傳輸遙控信號。相對于紅外技術(shù)，射頻技術(shù)可以360度傳輸和繞射，沒有方向性。發(fā)射器和接收器之間也不需要對準，只要接收器沒有被金屬包圍或者覆蓋，都可以實現(xiàn)遙控。（3）第三代無線激光筆由一個RF射頻控制器和一個接收器（USB接口）組成，RF射頻遙控器內(nèi)嵌有無線射頻發(fā)射器。在使用時只需將接收器插入電及主機的USB接口，無需安裝驅(qū)動即可正常工作。使用者只需點擊射頻搖控器的相關(guān)功能鍵便可操縱接收器。并且發(fā)射器不用對準備接收器，真正體現(xiàn)了無線自由。激光筆可以在教室的任何一個角落都可以通過無線設(shè)備對幻燈片進行操作，進行上下頁翻操作，部分的還能夠?qū)崿F(xiàn)電腦的黑屏功能，暫時的關(guān)掉屏幕等?，F(xiàn)在國內(nèi)的市場上，翻頁激光筆多為無線RF射頻發(fā)射器，其特性如下1內(nèi)置激光筆、同時具有相關(guān)遙控功能按鈕。揮動上、下翻頁按鈕等同于按下計算機鍵盤的PAGEUP、PAGEDOWN鍵。2）RF無線連接技術(shù)，使用時無需將發(fā)射器對準備接收器。3）USB接口，即插即用，功能實用操作簡單，使用方便。4）發(fā)射器采用人體工學(xué)設(shè)計，適合長時間使用；接收器美觀小巧，節(jié)省空間。5）產(chǎn)品采用最先進的RF射頻設(shè)計，微功率發(fā)射，對人體無損害，綠色、健康、環(huán)保。12課題研究目的和意義在現(xiàn)在的市場上，激光筆普遍用干電池進行供電，沒有能夠利用太陽能板來對電池進行充電。這樣在用的時候的可能會出現(xiàn)電源電壓較低時不能正常工作，但又不能立即找到合適的更換電源，這樣會給激光筆的使用造成一定的不便。本畢業(yè)設(shè)計是采用太陽能來給激光筆的電源進行充電，構(gòu)建一個能用太陽能自動對激光筆電池進行充放電控制的太陽能激光筆，設(shè)計的目的是能夠在激光筆的加上太陽能充電，由于太陽光到處可見，采集方便，所以在電源電壓較低時，只需放在太陽光下照射一段時間即可以使激光筆能夠正常工作，使激光筆的使用更為方便，保證了電源的及時供應(yīng)。因此設(shè)計具有一定的應(yīng)用價值和市場。13研究內(nèi)容本畢業(yè)設(shè)計采用太陽能作為激光筆的電源構(gòu)建太陽能激光器，其研究內(nèi)容包括太陽能電池的工作原理、太陽能充放電自動控制電路設(shè)計、太陽能激光筆的實物測試等等。設(shè)計的主要任務(wù)是使太陽能激光筆充放電的自動控制設(shè)計，包括以下幾個基本要求。1）在電量充足的時候能夠自動停止充電。2）在電量不足的時候能夠自動的停止供電。3）在太陽能板不供電的時候，防止電池反向充電。通過設(shè)計可以有效的保護電池，進一步保護激光筆，使激光筆的使用壽命大大提高，提供一種能夠滿足教學(xué)需要的低成本太陽能激光筆。2太陽能電池轉(zhuǎn)換原理、特性和應(yīng)用21太陽能211太陽能簡介太陽能是一種清潔的、取之不盡、用之不竭的可再生能源36。利用太陽能發(fā)電是開拓新能源和保護環(huán)境的有效途徑。太陽能（SOLARENERGY），一般是指太陽光的輻射能量，在現(xiàn)代一般用作發(fā)電。自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽光曬干物件，并作為保存食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽能進一步發(fā)展。太陽能的利用有被動式利用（光熱轉(zhuǎn)換）和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽能發(fā)電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能，化學(xué)能，水的勢能等。212太陽能的開發(fā)利用它的利用主要在三個方面1光熱利用將太陽輻射能收集起來，通過與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用。2光化利用這是一種利用太陽輻射能直接分解水制氫的光化學(xué)轉(zhuǎn)換方式。3光生物利用通過植物的光合作用來實現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)換成為生物質(zhì)的過程。22太陽能電池工作原理太陽能電池710是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。太陽輻射的光子帶有能量，當光子照射半導(dǎo)體材料時，光能便轉(zhuǎn)換為電能，這個現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)（簡稱光伏效應(yīng)）。太陽能電池就是利用半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)制成的一種光電器件。圖21光電轉(zhuǎn)換原理圖如圖21所示當太陽光線照射太陽電池表面由P、N型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的PN結(jié)上時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，形成新的空穴電子對。在PN結(jié)電場的作用下，空穴由N區(qū)流向P區(qū)，電子由P區(qū)流向N區(qū)，形成內(nèi)建靜電場。如果從內(nèi)建靜電場的兩側(cè)引出電極并接上適當負載，就會產(chǎn)生一定的電壓和電流，對外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的實質(zhì)是光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。23太陽能電池分類太陽能電池根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機太陽能電池，其中硅太陽能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。（1）硅太陽能電池硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。其中單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。（2）多元化合物薄膜太陽能電池多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機鹽，其主要包括砷化鎵IIIV族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。（3）聚合物多層修飾電極型太陽能電池以有機聚合物代替無機材料是剛剛開始的一個太陽能電池制造的研究方向。材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本底等優(yōu)勢，對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。（4）納米結(jié)晶太陽能電池納米TIO2晶體化學(xué)能太陽能電池是新近發(fā)展的，優(yōu)點在于它廉價的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在10以上，制作成本僅為硅太陽電池的1/51/10壽命能達到20年以上。（5）有機太陽能電池有機太陽能電池，就是由有機材料構(gòu)成核心部分的太陽能電池。24太陽能電池特性太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導(dǎo)體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點。太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的25太陽能電池應(yīng)用目前,太陽能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門，如人造衛(wèi)星、無人氣象站、通訊站、電視中繼站以及太陽鐘、電圍桿、黑光燈、航標燈和鐵路信號燈等。尤其可以分散地在邊遠地區(qū)、高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價很貴的輸電線路。但是在目前階段，它的成本還很高，發(fā)出1KW電需要投資上萬美元，因此大規(guī)模使用仍然受到經(jīng)濟上的限制。但是，從長遠來看，隨著太陽能電池制造技術(shù)的改進以及新的光電轉(zhuǎn)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。3太陽能激光筆設(shè)計31太陽能激光筆設(shè)計思路設(shè)計一個教學(xué)用的太陽能激光筆，要能夠具備一定簡單實用而又方便的功能。1）體積較小，簡單而實用激光筆要能夠靈活的指引屏幕上的內(nèi)容，移動迅速，定位準確。而且在不用時候又不占用地方，存取方便，這樣可以參考市場上一般激光筆的產(chǎn)品，而進一步對太陽能激光筆進行合適的封裝設(shè)計。2）太陽能板對電池的充放電電路能夠自動控制設(shè)計可以選擇一個穩(wěn)壓管產(chǎn)生一個穩(wěn)定的基準電壓，一個比較器作為控制輸出的高低電平控制，一個三極管作為感應(yīng)高低電平輸入的開關(guān)管。（1）在電量不足的時候，自動關(guān)斷，不再對負載有輸出選擇一NPN型三極管充當開關(guān)電源，基極作為控制端。通過比較器輸出的一個高低電平，自動對電源的電量進行跟蹤比較，當電量不足時，比較器輸入端的電壓會發(fā)生變化，在比較器的輸出端會產(chǎn)生一個低電平。這個低電平可以用來給三極管提供控制信號，使三極管的基極產(chǎn)生一個低電平，使整個三極管截止，這樣三極管不工作，幾乎沒有電流通過。比較電壓可以通過一個比較器進行比較電壓輸入端的變化控制輸出的高低電平。如果把負載加在三極管的電流回路中，就可以起到斷開負載的作用，這樣就不再對整負載供電。實現(xiàn)對電路的防止過放保護。（2）在電源充足的時候，可以自動停止太陽能板對充電電池的充電，合理的保護電池，及整個激光筆。當電量充滿時，取電壓值為其輸入信號。設(shè)定一個合適的電壓值，、過電阻分壓產(chǎn)生一個合適的電壓比較值。當電壓達到該值時，比較器的兩端可以通過比較輸入的高低電平，在輸出端產(chǎn)生一個高電壓，使三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而把充電電池的充電輸入端的電壓拉低，就可以實現(xiàn)自動斷開充電過程的作用。（3）防止電池電壓較高時對太陽能板的反向充電。選擇一個合適的二極管，利用二極管的正向?qū)?，反向載止特點完成其進行防反充作用。當太陽能板電壓過高時，能夠使二極管正向?qū)ǎ藭r太陽能板可以正常對充電電池進行充電。當外界光不足時，或太陽能板電壓過高時，可以使二極管進行反向載止。阻斷電流的逆向流動，使電池不能夠反向?qū)μ柲馨宄潆?。合理的進行保護電路。3）電路的設(shè)計應(yīng)該經(jīng)濟適用電路的設(shè)計中所用的元器件應(yīng)該選擇現(xiàn)實中較常見，價格較低的元器件，在能夠盡可能的在保證電路性能穩(wěn)定的情況下，使太陽能的成本得到合理的控制。32太陽能激光筆的設(shè)計框架基本的框架應(yīng)該包括以下幾個方面1）充電裝置包括太陽能板及其所屬的部件，能夠采集太陽光，使其轉(zhuǎn)換成為自己需要的電能；2）充電控制電路能夠?qū)?jīng)過太陽光轉(zhuǎn)換過來的電能進行控制，然后連接至能量存儲裝置；3）能量存儲裝置將太陽光轉(zhuǎn)換過來的電能進行存儲，以便在無光的時候提供負載正常的電源供應(yīng)；4）放電控制電路通過電源輸出的電路應(yīng)該進行一定的控制，使其合理的對負載進行放電。5）激光器激光筆工作中使用的部分，用來指示所需要的位置。大致框架圖31可以如下表示圖31太陽能激光筆框架圖33太陽能激光筆設(shè)計的原理圖及分析設(shè)計的電路原理圖如圖32所示，圖為整體的激光筆設(shè)計的電路1112。其中V1代表的是太陽能充電板，用來給電源V2充電，V2代表的是蓄電池，給電路進行充電，U1A、U1B是集成四運放LM324中的兩個運算放大器，通過進行電壓比較輸出一高低電平，控制開關(guān)三極管的信號，Q1和Q2是控制充放電的開關(guān)三極管，用于開關(guān)斷電路，R1R10為電路中的電阻，提供分壓，D3是25V的穩(wěn)壓管，用來提供25V的穩(wěn)定電壓作為比較電壓，LED1、LED2是指發(fā)光二極管，分別來指示充滿和電量不足狀態(tài)，C2為電容，用來過濾掉高頻信號，LAZER為激光器負載部分，提供激光源，用于指示作用。圖32激光筆設(shè)計原理圖1）充電控制電路圖32中V1、R10、D2、Q2、R9、V2、C2、J1、LED1、U1B、R7構(gòu)成了充電的控制電路，在圖中，V1是太陽能充電板，用來提供充電的輸入電源，其在太陽光下的正常電壓為53V。R10為充電時的保護電阻，R9為電路中的發(fā)射極電阻，同時R10、R9也在三極管Q2導(dǎo)通的時候進行分壓，將的蓄電池的輸入電壓拉小，從而實現(xiàn)關(guān)斷充電的作用。Q2來通過基極的電壓的高低來控制充電的自動關(guān)斷和導(dǎo)通。蓄電池V2來提供負載的電源供應(yīng)。C2是穩(wěn)定電路的作用，防止充電等過程中電路中較大的電壓變化損壞電路。LED1實現(xiàn)當充滿電壓進的指示作用，在充電滿的時候會有一個發(fā)出紅光。R7和D3提供了一個25V的基準電壓，提供給比較器，作為輸入端。U1B是LM324比較器中的一個運算放大器，用來提供一個高低電平控制三極管的導(dǎo)通與關(guān)斷，當蓄電池電壓超過42V時，電源經(jīng)R2、R4分壓會提供一個比25V高的電壓，使比較器U1B輸出一個高電平的電壓來使三極管的導(dǎo)通。R8用防止發(fā)光二極管LED1電流過大而損壞?？刂七^程在正常狀態(tài)下，如果在室內(nèi)光情況下或無光情況下，太陽能板的電壓不足以提供充電電壓，二極管截止，同時三極管也處于截止狀態(tài)，此時不充電；當在室外光正常照射下，太陽能電池板兩端會達到53V的電壓此時二極管導(dǎo)通對蓄電池進行充電。當蓄電池充電電壓達到42V時，經(jīng)R2、R4分壓會產(chǎn)生一個比25V高的電壓，比較器會輸出一個高電平，此時三極管導(dǎo)通，太陽能板電壓通過R9、R10進行分壓之后，充電的輸入電壓會變低，會使二極管進行反向截止狀態(tài)，電流通R10、R9、三極管進行放電，從而實現(xiàn)電路的過充保護功能。同時也因二極管的截止實現(xiàn)在防止反充的功能。2）放電控制電路電阻R7、R1、R3、R6、R5，穩(wěn)壓管D3、比較器U1A、發(fā)光二極管LED2、三極管Q1組成了放電電路。同樣R7和D3提供25V的基準電壓，R1、R3組成了分壓電路檢測電源電壓的變化，比較器U1A用來根據(jù)電壓的變化，輸出一個高低電平來控制三極管Q1的導(dǎo)通與關(guān)斷，發(fā)光二極管LED2在電壓過低的時候發(fā)光，進行電壓過低的提示。LAZER是代表激光筆部分。R5來防止電流過大，而且可以防止在負載在正常工作的時候三級管基極電壓過低，使LED2誤導(dǎo)通。當蓄電池電壓在35V42V以上時，處于電量正常狀態(tài)，當開關(guān)J1合上時，電源電壓通過R1、R3分壓產(chǎn)生比25V高的電壓，使比較器U1A輸出高電平，三極管Q1導(dǎo)通，激光器正常工作。當蓄電池電壓在35V以下時，處于電量過低狀態(tài)，當開關(guān)J1合上時，電源電壓通過R1、R3分壓產(chǎn)生比基準電壓25V低的電壓，比較器U1A輸出一低電平，三極管Q1截止，激光器不工作，同時LED2因為其R6端的的低電壓因此可以導(dǎo)通，這時會產(chǎn)生一紅光，指示電壓狀態(tài)電量過低。從而實現(xiàn)低電壓自動斷開負載，并有指示電量過低的作用。綜上所述，此電路整體實現(xiàn)有三個主要的功能，1）在電壓過高的時候能自動截止防止過充，并進行警示。2）在無光或光線不強的時候能防止反向充電。3）在電壓過低的時候能有自動關(guān)斷防止過放，同時有電壓過低指示。34設(shè)計過程中各種參數(shù)的選擇及修改過程太陽能電池板的選擇，由于在實際的焊接過程中，選取鋰離子電池作為電源，它的標準電壓是37V，所以選擇了5V的太陽能板，實測電壓為53V。三極管Q1、Q2選取2N4014來實現(xiàn)開關(guān)的關(guān)斷作用，二極管選取最為常見的1N4004來實現(xiàn)防反充的作用，也可以用一個發(fā)光二極管來實現(xiàn)，即可以顯示正在充電的狀態(tài)指示，又可同時實現(xiàn)防反充的作用，考慮的封裝的因素，最好用普通的二極管來實現(xiàn)。LED1可以用綠光二極管來表示提示作用，LED2可以用紅光二極管來實現(xiàn)警示的作用。比較器選擇性能穩(wěn)定，常見的LM324四集成的運算放大器，二極管選取可以提供較低穩(wěn)壓值25V的1N5222B，激光器選取常見的小功率激光器。R2、R3、R4、R1等電阻選取較大的電阻，提供一定的電壓值即可，而又不過度浪費電源的能量。C2可以選取330UF瓷片電容來使封裝易于進行。在修改之前的摸擬過程中，沒有設(shè)置R5將其發(fā)射極直接連地，但是這時會將三極管基極的電壓拉低，致使LED2誤導(dǎo)通，影響了摸擬效果。而且在實際的實現(xiàn)過程中，也會出現(xiàn)同樣的情況，但如果R5過大會影響激光器的正常工作。選取100較為合適，也可以在實際的電路中跟據(jù)需要進行改變。35電路設(shè)計的仿真結(jié)果351仿真軟件MULTISIM是INTERACTIVEIMAGETECHNOLOGIESELECTRONICSWORKBENCH公司推出的以WINDOWS為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。NIMULTISIM軟件是一個專門用于電子電路仿真與設(shè)計的EDA工具軟件。作為WINDOWS下運行的個人桌面電子設(shè)計工具，NIMULTISIM是一個完整的集成化設(shè)計環(huán)境。NIMULTISIM計算機仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實際動手實驗相脫節(jié)的這一問題。學(xué)員可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計算機仿真真實的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。NIMULTISIM軟件絕對是電子學(xué)教學(xué)的首選軟件工具。它具有以下特點直觀的圖形界面、豐富的元器件強大的仿真能力、豐富的測試儀器、完備的分析手段、獨特的射頻RF模塊、強大的MCU模塊、完善的后處理、詳細的報告、兼容性好的信息轉(zhuǎn)換。352仿真結(jié)果及分析電路的仿真過程用NIMULTISIM仿真結(jié)果。驗證的過程應(yīng)包括電路進行防過充作用，防反充作用，防過放作用的過程仿真結(jié)果如下1）激光器不工作當開關(guān)的時候，太陽能板處于強光照射的情況下。可以看到初始狀態(tài)如圖33所示圖33開關(guān)斷開時狀態(tài)圖狀態(tài)此時可以看到電流表A1有電流，電流表A2無電流，U3、U4均為低電平，三極管Q1、Q2均截止。激光器LAZER不發(fā)光，指示燈LED1、LED2都熄滅。仿真結(jié)果在太陽光強，開關(guān)斷的時候，開太陽能板給電源充電，激光器不工作。2）正常工作當合上開關(guān)時，電源電壓選為正常區(qū)間里的38V，而且太陽能板處于強光照射下，可以看到仿真結(jié)果如圖34所示圖34正常工作狀態(tài)圖狀態(tài)A1為正向電流，A2為正向電流，U3為低電平，U4為高電平，激光器正常發(fā)光，指示燈LED1、LED2都為熄滅狀態(tài)，兩三極管Q1正常工作，Q2截止。仿真結(jié)果太陽能板可以對電源進行充電，太陽能激光器正常發(fā)光。3）防過充效果圖當太陽能板處于強光照射，且電池V2電量過高時。效果圖如圖35所示圖35電量充滿狀態(tài)圖狀態(tài)電流表A1、A2有電流通過，電壓表U2示數(shù)為3112V，比較器U1B、U1A輸出均為高電平，Q1、Q2均導(dǎo)通，激光器正常發(fā)光，指示燈LED1亮，LED2熄滅。仿真結(jié)果U2的電壓不足以使D1導(dǎo)通，太陽能板不充電。激光器在強光照射下可以正常工作。結(jié)論設(shè)計電路可以實現(xiàn)電池電量過高時的自動斷開充電，同時激光器可以正常工作。4防止反充效果當無太陽能照射的，且電池電壓正常的時候。如圖36所示圖36無光照射狀態(tài)圖工作狀態(tài)A1幾乎無電流通過，A2有電流通過。U2電壓幾乎為0，U1B輸出為低電平，U1A輸出為高電平，激光器正常工作，指示燈LED1,LED2熄滅。三極管Q1導(dǎo)通，Q2截止。仿真結(jié)果太陽能激光筆正常工作，D1處于反向截止狀態(tài)。結(jié)論設(shè)計電路可以實現(xiàn)防止反充的作用。5）防過放電路仿真效果圖當電源電壓低于35V時。如圖37所示圖37電量過低狀態(tài)圖狀態(tài)LASER不發(fā)光，LED2亮，LED1熄滅，U1A、U1B輸出均為低電平，電流表A1有電流通過，A2幾乎無電流。仿真結(jié)果當電量過低時，激光器不工作，太陽能板可以正常進行充電。結(jié)論電路可以實現(xiàn)蓄電池的防過放功能。綜上所述，設(shè)計電路的仿真較為系統(tǒng)的驗證了設(shè)計過程中理論方面的設(shè)計目的，如仿真結(jié)果顯示，設(shè)計電路可以實現(xiàn)一個充放電控制的三個基本要求防止過充，防止反充，防過放電路，系統(tǒng)的仿真達到了預(yù)期的目的，證明了此電路在理論上和現(xiàn)實上的可行性。4太陽能激光筆的實物設(shè)計及實驗41設(shè)計材料實物所用的器件電源（用手機電池作為替代），太陽能板（5V,40MA）電阻100（5個）,20K2個，30K1個，51K1個，發(fā)光二極管（2個），二極管4004（1個），三極管90141個，25V穩(wěn)壓器（1個），LM324一個，萬能表（1個），通用板（1塊），激光器一個。42電路設(shè)計的實物效果通過自己焊接完成的實物圖如圖所示，左下角用手機充電器來代替電源，在通用板上焊接的器件大概和原理圖一致，右上角為激光器。和電路圖不同的地方是用了在左上角用了一個黃色的發(fā)光二極管作為備用代替二極管，可以用來監(jiān)測充電狀態(tài)（如果充電進行，指示燈亮）。如圖41所示圖41實物效果圖開始進行實際測試，各點的狀態(tài)如下。（1）正常工作當開關(guān)打開的時候，激光器可以正常工作。（2）過放電路測試實測電路中，把比較器輸出的低電平加平Q1的基極，用來模擬電壓過低的狀態(tài)，激光器不再放電，而且設(shè)置的指示燈LED2會亮，指示電量過低。（3）過充電路測試把比較器輸出的高電平到Q2的基極，來模擬較高電壓時情況時，實測二極管D1的左端電壓為3V左右，充電二極管不再亮，表明沒有再進行充電。由于電路已焊接，沒有進行防反充電路的測試，防反充的功能是理論上的推理。43太陽能激光筆設(shè)計的優(yōu)化方向1）添加上下翻頁等無線功能在所做的太陽能激光筆的過程中，預(yù)先計劃是把無線控制翻頁的功能加在此電路中，當封裝的時候可以實現(xiàn)一種真正功能全面的教師用激光筆。但由于時間問題及一些技術(shù)問題，最終沒能完成把翻頁功能的無線發(fā)射裝置添加上去，這是以后設(shè)計的努力的一個方向。2）利用集成塊或?qū)ｉT設(shè)計一個集成塊，利于封裝電路中所用的元器件相對來說比較多的，作為一種小型封裝的太陽能激光筆，還是屬于過多的，不利于其封裝，可以通過用直接利用集成塊的功能或者自行設(shè)計一個專用的集成塊來實現(xiàn)綜合電路的功能。3）添加防短路設(shè)置為了使設(shè)計簡單，電路中并沒有設(shè)置防止短路的裝置，而在實際封裝的過程中，一般負極即為激光筆的外殼，這樣有可能會使電路進行短路，損壞電池，以后的設(shè)計過程中，可以在封裝效果和防短路裝置中進行一個合理的設(shè)計，使太陽能激光筆的產(chǎn)品即安全，又方便。5結(jié)語在實際的應(yīng)用過程中，太陽能發(fā)展的方向1320提高太陽能轉(zhuǎn)換效率和降低太陽能發(fā)電的成本，可以通過尋找光電轉(zhuǎn)換新材欄，太陽能電池加工工藝革新，最大功率點跟蹤，聚光技術(shù)等方面的改變可大大提高太陽能轉(zhuǎn)換的效率。在畢業(yè)設(shè)計的過程中，剛開始的設(shè)計工作開始的有點漫長，主要是參考各種資料，及對現(xiàn)有的充電電路的設(shè)計的認真理解過程，在準備充分之后，開始動手自己一步完成每一模塊電路的設(shè)計和改進，之后的工作就是去優(yōu)化電路，使個電路圖的設(shè)計更加簡化明了。設(shè)計完成之后，選擇了NIMULTISIM軟件進行仿真，把自己在設(shè)計中出現(xiàn)的考慮不周到的地方進行改進，每個元器件的參數(shù)達到準確，使效果更為明顯。例如在電路的模擬中，一個電阻值的選取不合適可能會引起示數(shù)指示狀態(tài)發(fā)生改變，達不到預(yù)期的效果?？梢妳?shù)的選擇對電路起到關(guān)鍵的作用。最后的內(nèi)容是準備實物進行模擬，在現(xiàn)實中的元器件的功能效果和仿真圖還是有一定差別的。在仿真效果里，各元器件的參數(shù)是按照理想狀態(tài)來模擬的，而在實際電路中，各元器件的參數(shù)除了本身的誤差之外，還有電路連接后參數(shù)會出現(xiàn)一定的變化。比如運算放大器的電壓是隨著輸入電壓會有一個較大的變化，但在仿真效果上是比較穩(wěn)定的。實物的連接之后效果較為理想在實際的電路設(shè)計中，應(yīng)該使自己設(shè)計的電路盡可能的簡潔明朗，連接的時候應(yīng)該布局簡單明了，焊接的時候要保證連接不虛焊，焊點標準等，使電路最小程度的受到實驗的干擾。在此次的設(shè)計過程中遇到過許多的困難，在這個過程中學(xué)習(xí)解決困難的方法更是這次設(shè)計最大的收獲。積極的解決困難，尋求老師同學(xué)們的幫助，多參考資料，暫時沒有解決可以考慮通過換種思路來完成任務(wù)等學(xué)習(xí)的基本方法是以后的學(xué)習(xí)中更應(yīng)該做到的。綜上所述，本設(shè)計具有較大的生產(chǎn)價值和社會應(yīng)用前景。參考文獻1王靜激光翻頁筆原理淺析J中國科技信息，2009111282劉政怡，吳建國，李煒紅外激光筆遙指虛擬觸摸系統(tǒng)J計算機工程與設(shè)計，2010，315107310763馮垛生太陽能發(fā)電原理與應(yīng)用M北京人民郵電出版社，200774王長貴，崔容強太陽能M北京能源出版社,198545蘇劍峰，牛強，唐春娟，王昶清，張永勝新穎的第三代太陽能電池J材料導(dǎo)報綜述篇20108上第24卷第8期1181216冷長庚太陽能及其利用M北京科學(xué)出版社，1975107李崇華，太陽能電池工作原理與種類J電氣技術(shù)，2009年每8期1281308ZHIYUEHAN,JINGCHANGZHANG,XIUYINGYANG,WEILIANGCAO,SOLARENERGYMATERIALSSOLARCELLS9520114834909KANEKACORPORATION,211,HIEITSUJI,OTSU,SHIGA5200104,JAPANSOLARENERGY77200493994910WEIHUATANG,JIEFENGHAI,YUNDAI,ZONGJUNHUANG,BINGQINLU,FEIYUAN,JIANTANG,FUJUNZHANGRECENTDEVELOPMENTOFCONJUGATEDOLIGOMERSFORHIGHEFFICIENCYBULKHETEROJUNCTIONSOLARCELLSJSOLARENERGYMATERIALSSOLARCELLS9420101963197911李斌一種實用高性價比太陽能移動電話充電器的設(shè)計J現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，第24期303212SHAFIQURREHMAN,LUAIMALHRDHRAMISTUDYOFASOLARPVDIESELBATTERYHYBRIDPOWERSYSTEMFORAREMOTELYLOCATEDPOPULATIONNEARRAFHA,SAUDIARABIAJENERGYXXX201011013董鏞迎接太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新高潮（二）J真空200811VOL45,NO61714呂芳太陽能發(fā)電M北京化學(xué)工業(yè)出版社，200915郭廷瑋太陽能的利用和前景M北京科學(xué)普及出版社，198416趙爭鳴太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用M北京科學(xué)出版社，20051017王長貴太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù)M北京化學(xué)工業(yè)出版社，20050618方玲,李曉波,廖蘭蘭,朱志華，提高太陽能電池板光電轉(zhuǎn)化率的研究J高新技術(shù)，2008NOV11下319高援朝太陽能實用技術(shù)M北京農(nóng)業(yè)出版社，19881220高榮生太陽能應(yīng)用技術(shù)M北京中國農(nóng)業(yè)機械出版社，19859致謝在這里，首先要感謝指導(dǎo)老師老師在畢業(yè)設(shè)計期間對我的悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷。在設(shè)計期間，及時給我們講述理論上的難點，讓我們能夠及時解決理論上的困難。在實物設(shè)計方面，給我們準備元器件的資金來進行實物測試，并且提供完善的實驗室及設(shè)備，更好的進行畢業(yè)設(shè)計的測試，讓我們的實驗輕松的完成，同時還熱心的給我聯(lián)系，詢問畢業(yè)設(shè)計的情況，對我們論文進行認真細致的修改，給我們提出了許多寶貴的意見，在學(xué)術(shù)發(fā)展方向也給我做了很多前瞻性的指導(dǎo)。其次，要感謝系里指導(dǎo)組時的期間對我們在學(xué)業(yè)上和畢業(yè)設(shè)計上認真的輔導(dǎo)和無私的幫助。另外要感謝畢業(yè)設(shè)計上的指導(dǎo)，同班同學(xué)們組在畢業(yè)設(shè)計期間的相互學(xué)習(xí)，認真探討，互相幫助，同班同學(xué)習(xí)上和生活上的幫助。最后，要感謝我的父親母親在上學(xué)期間我生活上這么多年無微不至的關(guān)心和愛護，使我的學(xué)習(xí)和生活有了充分的保證。在這里感謝你們給我的幫助附錄一指導(dǎo)教師評語（主要評價論文的工作量、試驗數(shù)據(jù)的可靠性、論文的主要內(nèi)容與特點、寫作水平等）簽名年月日答辯委員會評語及論文成績（主要評價論文的性質(zhì)、難度、質(zhì)量、綜合訓(xùn)練、答辯情況、不足等。評定論文成績）主任委員簽名年月日附錄二河南農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書設(shè)計（論文）題目太陽能激光筆構(gòu)建原理及實現(xiàn)學(xué)院專業(yè)班級學(xué)號姓名年月日論文（設(shè)計）選題的來源、目的與意義來源生活中激光筆的電源是干電池，需經(jīng)常更換，給使用帶來一定的不便。目的與意義太陽能是一種可再生的清潔能源，不產(chǎn)生環(huán)境污染。在太陽能的有效利用當中，大陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域，也是其中最受矚目的項目之一。太陽能已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，利用太陽能建立實時土壤水分監(jiān)測的無線遙測系統(tǒng)和利用太陽能作為補充能源的農(nóng)業(yè)耕作系統(tǒng)?，F(xiàn)有的教學(xué)用激光筆由氧化銀等電池供電，使用成本高，電源電壓低時有時找不到相應(yīng)的