1、廣州汽車學(xué)院機械創(chuàng)新設(shè)計競賽說明書基于單片機的太陽能充電器院（系）機電工程系專 業(yè)機械工程及自動化班 級07級機械3班學(xué)生姓名李燦輝指導(dǎo)老師王蕊成 績2010 年12 月21 日課程設(shè)計評語:課程設(shè)計總評成績:指導(dǎo)教師簽字：年 月目錄摘要3 1 引言 32 充電器的硬件設(shè)計 3.2 1 處理器 3.2 2 采樣部分 4.2. 3 PWM空制電路4.3 電池充電原理 4.4 尋找太陽能最大輸出功率點 5.5 程序總體設(shè)計及說明 6.6 結(jié)束語 7參考文獻(xiàn) 8 摘要：設(shè)計了基于單片機的太陽能充電器通過脈寬調(diào)制對手機電池充電曲線 進(jìn)行模擬.并且用單片機對充電.放電過程進(jìn)行智能控制。從而提高太陽能電池

2、 輸出功率及手機電池的使用效率達(dá)到延長電池使用壽命的目的。1引言太陽能是為便攜式設(shè)備供電的有吸引力的能源。 一段時間以來，它一直被廣泛 地用于諸如計算器和航天飛機這樣的應(yīng)用。 最近.人們正考慮把太陽能用于包括 移動電話充電器這樣的范圍更寬廣的消費電子應(yīng)用。 太陽能電池板所提供的功率 高度依賴于工作環(huán)境。這包括諸如光密度、時間和位置之類的因素。因此，電池 通常被用作能量存儲單元。當(dāng)來自太陽能板的電能有余的時候.就可以對電池充 電；當(dāng)太陽能板提供的電能不足時，電池就可以為系統(tǒng)供電。目前市場上的太陽能電池板繁多，根據(jù)太陽能電池板所用材料的不同可分為： 硅太陽能電池；以無機鹽如砷化鎵川一 V化合物，硫

3、化鎘銅鋼硒等多元化 合物為材料的太陽能電池；功能高分子材料 （有機半導(dǎo)體）制備的大陽能電池； 納米晶太陽能電池等。我們采用的是硅太陽能電池。2充電器的硬件設(shè)計充電器如圖I所示。主要包括電源變換電路、采樣電路、處理器、脈寬調(diào)制控制 器和電池組等形成了一個閉環(huán)系統(tǒng)。其中，單片機是電路的控制部分.PW電路是整個電路的核心部分。下面對系統(tǒng)的工作原理分幾個部分進(jìn)行簡述。圖1充電器電路模塊圖2. 1處理器處理器采用5I系列單片機89C51。單片機內(nèi)部有兩個定時器、兩個外部中斷和 一個串口中斷、三個八路的I /0口 .采用12MH的晶振。單片機的任務(wù)是通過采 樣電路實時采集太陽能電池板的輸出電壓和電流以及電

4、池的充電狀態(tài)，通過計算決定如何對電池板最大輸出功率進(jìn)行尋找以及確定充電電池的充電狀態(tài)。2. 2采樣部分如果在系統(tǒng)中要對電流進(jìn)行檢測.必須先將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號， 然后才 能實現(xiàn)Ml）的轉(zhuǎn)換。常用的轉(zhuǎn)換方法是在電路中加入精密電阻，由此將電流信號 轉(zhuǎn)換為電壓信號。這種方法的優(yōu)點是測量簡單方便，但是這種方法當(dāng)電流很小時， 影響測量準(zhǔn)確度，因而很難選擇一個合適的阻值；其次，所得到的電流檢測信號 只有通過放大以后才能進(jìn)入電路中的比較器. 從而增加了電路設(shè)計調(diào)試時的復(fù)雜 度。因此，可以采用電流U電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX472克服了常規(guī)測量電流方法存在 的測量范嗣小、測量誤差大等缺點.可提高測量精度，并且可以

5、用單片機進(jìn)行精 確控制。電壓和電流采樣采用串行模，數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0834 8位分辨率易于和微處理器接 口或獨立使用滿比例尺工作或用5V基準(zhǔn)電壓用地址邏輯多路器選通的4或 8輸入 通道單5V供電。輸入范圍0-SV。2. 3 PW控制電路控制器采用脈寬調(diào)制（PWM方式控制供電電流的大小。PW發(fā)生器是由的單片機 輸出的PW波通過控制電路實現(xiàn)的。主控制器和它采用中斷的方式進(jìn)行通訊，控 制其增大或減小脈寬。PW信號通過光電隔離驅(qū)動主回路上的MOSFET開關(guān)管、 二極管、Lc電路構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電源。用PW方式控制的開關(guān)電源可以減小功耗。 同時便于進(jìn)行數(shù)字化控制，但母線的紋波系數(shù)相對較大。PW控制電路如圖2所

6、示圖2 PWM控制電路3電池充電原理鋰離子電池在充電或放電過程中若發(fā)生過充、 過放或過流時，會造成電池的損 壞或降低使用壽命，圖3為鋰電池的充電曲線。共分三個階段：預(yù)充狀態(tài)、恒流 充電和恒壓充電階段。以800mA容量的電池為例，其終止充電電壓為4. 2V。用1/ 10C（約SOMA的電池進(jìn)行恒流預(yù)充，當(dāng)電池端電壓達(dá)到低壓門限 V（min）后，以 SOOmA充電率為1C）恒流充電，開始時電池電壓以較大的斜率升壓.當(dāng)電池電壓 接近4. 2V寸.改成4. 2V恒壓充電.電流漸降，電壓變化不大，到充電電流降為 1/ 10C（約SOMA時，認(rèn)為接近充滿，可以終止充電。預(yù)充+恒流+恒壓+狀態(tài)+充電+充電+

7、VRMIBMVMINIPMS3手機電池充電曲線4尋找太陽能最大輸出功率點在尋找最大功率點時，我們采用比較方式來實現(xiàn)，具體的做法是：首先采集太 陽能電池板的輸出電壓和電流。計算出此時的功率，然后繼續(xù)采集。如圖4所示。 在圖4中.C點與B點比較，如比B點大或相等時，就給一個正號權(quán)位；如比 B點小 時.就給一個負(fù)號權(quán)位。而 A點如比B點大或相等時.就給一個負(fù)號權(quán)位；如 A點 比B點小時.就給一個正號權(quán)位。當(dāng)三點比較完之后.如有兩個正號權(quán)位則屬正 斜率，應(yīng)當(dāng)增大輸出電壓，提高輸出功率；如有兩個負(fù)號權(quán)位則屬負(fù)斜率，應(yīng)當(dāng) 減小輸出電壓。提高輸出功率；如權(quán)位為零即為一正一負(fù)表示達(dá)到頂點. 不做任 何變動。在

8、A、B C三點的功率值的取法為先取B點的功率為立足點.那么先讀取 c點功率.再從c點返回讀取A點功率。連續(xù)檢測i點的功率值并比較其大小再計算 出權(quán)位值.經(jīng)由權(quán)位值來判定立足點要往 C點移動、A點移動、或不移動。此種方 法雖然運算時間比傳統(tǒng)的擾動觀察法較慢達(dá)到最大功率點以及在日照量快速變 化下無法達(dá)到最大功率點.但可以降低傳統(tǒng)擾動觀察法中不明的干擾及判斷錯誤 而造成的功率損失。就整個控制效果而言是可以接受。(a) CBA (b BA, B (c)ABC(d C-BA(e) C-iHA(0 A-BC5程序總體設(shè)計及說明我們采用的太陽能電池板的輸出電壓是 9v.而充電電池的最高輸入電壓要求不 能高于

9、4. 2V,為了保護(hù)電池起見。我們先把輸出的電壓從低到高逐漸增加。產(chǎn)生PW波t通過初始化定時器使定時器工作在方式I，其中定時器IGATE端無效, 定時器)GATE端有效在定時器I的服務(wù)程序中使P1. 0置I，并用該信號作為定 時器0的門控端。當(dāng)PI 0為1時定時器0開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)溢出時進(jìn)入中斷服 務(wù)程序，在服務(wù)程序中將PI. 0清零，使定時器0的定時周期小于定時器I的定時 周期這樣。同定定時器I的周期改變定時器0的周期。就會產(chǎn)生不同占空比的 方波。6結(jié)束語利用5I單片機作為主控制器結(jié)合其它芯片及電路構(gòu)成的太陽能手機充電器， 采用PW電壓輸出具有控制靈活、帶載能力強、穩(wěn)定性高的優(yōu)點，該充電器使 用閉環(huán)控制.控制精度高、具有自我調(diào)節(jié)能力.可以自動尋找太陽能電池板的最 大輸出功率點提高手機電池使用效率延長使用壽命。參考文獻(xiàn)【I】童詩白，華成英模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)【Ml 北京：高等教育出 版社 2001【2】張毅剛等單片