太陽能是為便攜式設(shè)備供電有吸引力能源

1、廣州汽車學(xué)院機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽說明書基于單片機(jī)的太陽能充電器院（系）機(jī)電工程系專業(yè)機(jī)械工程及自動(dòng)化班級07 級機(jī)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(jì)評語：課程設(shè)計(jì)總評成績：指導(dǎo)教師簽字 ：年月日目錄摘要31 引言32 充電器的硬件設(shè)計(jì)321 處理器322 采樣部分423 PWM控制電路43 電池充電原理44 尋找太陽能最大輸出功率點(diǎn)55 程序總體設(shè)計(jì)及說明66 結(jié)束語7參考文獻(xiàn)8摘要：設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的太陽能充電器通過脈寬調(diào)制對手機(jī)電池充電曲線進(jìn)行模擬并且用單片機(jī)對充電 放電過程進(jìn)行智能控制。 從而提高太陽能電池輸出功率及手機(jī)電池的使用效率達(dá)到延長電池使用壽命的目

2、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(shí)間以來， 它一直被廣泛地用于諸如計(jì)算器和航天飛機(jī)這樣的應(yīng)用。最近人們正考慮把太陽能用于包括移動(dòng)電話充電器這樣的范圍更寬廣的消費(fèi)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(shí)間和位置之類的因素。因此，電池通常被用作能量存儲(chǔ)單元。 當(dāng)來自太陽能板的電能有余的時(shí)候就可以對電池充電；當(dāng)太陽能板提供的電能不足時(shí)，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(jī)鹽如砷化鎵一 v化合物，硫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(jī)半導(dǎo)體

3、 ) 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(jì)充電器如圖 l 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(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。其中，單片機(jī)是電路的控制部分 PWM電路是整個(gè)電路的核心部分。下面對系統(tǒng)的工作原理分幾個(gè)部分進(jìn)行簡述。圖 1 充電器電路模塊圖21 處理器處理器采用 5l 系列單片機(jī) 89C51。單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)器、兩個(gè)外部中斷和一個(gè)串口中斷、三個(gè)八路的 I O口采用 12MHz的晶振。單片機(jī)的任務(wù)是通過采樣電路實(shí)時(shí)采集太陽能電池板的輸出電壓和電流以及電池的充電狀態(tài)， 通過計(jì)算決定如何對電池板最大輸出功率進(jìn)行尋找

4、以及確定充電電池的充電狀態(tài)。22 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(shí)現(xiàn) MI) 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(diǎn)是測量簡單方便， 但是這種方法當(dāng)電流很小時(shí)，影響測量準(zhǔn)確度， 因而很難選擇一個(gè)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(jì)調(diào)試時(shí)的復(fù)雜度。因此，可以采用電流電壓轉(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(diǎn) 可提高測量精度， 并且可以用單片機(jī)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

5、 TLC0834，8位分辨率易于和微處理器接口或獨(dú)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。23 PWM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。 PWM發(fā)生器是由的單片機(jī)輸出的 PWM波通過控制電路實(shí)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。 PWM信號通過光電隔離驅(qū)動(dòng)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PWM方式控制的開關(guān)電源可以減小功耗。同時(shí)便于進(jìn)行數(shù)字化控制， 但母線的紋波系數(shù)相對較大。 PWM控制電路如圖 2所示。3 電池充電原理鋰離子電池在

6、充電或放電過程中若發(fā)生過充、過放或過流時(shí)，會(huì)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(gè)階段：預(yù)充狀態(tài)、恒流充電和恒壓充電階段。以 800mAh容量的電池為例，其終止充電電壓為42V。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 lC) 恒流充電，開始時(shí)電池電壓以較大的斜率升壓當(dāng)電池電壓接近 42V時(shí)改成 42V恒壓充電電流漸降，電壓變化不大，到充電電流降為110C(約SOMA)時(shí)，認(rèn)為接近充滿，可以終止充電。4 尋找太陽能最大輸出功率點(diǎn)在尋找最大功率點(diǎn)時(shí)， 我們采用比較方式來實(shí)現(xiàn)， 具體的做法是： 首先

7、采集太陽能電池板的輸出電壓和電流。 計(jì)算出此時(shí)的功率， 然后繼續(xù)采集。 如圖 4所示。在圖 4中 C點(diǎn)與 B點(diǎn)比較，如比 B點(diǎn)大或相等時(shí)，就給一個(gè)正號權(quán)位；如比 B點(diǎn)小時(shí)就給一個(gè)負(fù)號權(quán)位。而 A點(diǎn)如比 B點(diǎn)大或相等時(shí)就給一個(gè)負(fù)號權(quán)位；如 A點(diǎn)比 B點(diǎn)小時(shí)就給一個(gè)正號權(quán)位。當(dāng)三點(diǎn)比較完之后如有兩個(gè)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(gè)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(diǎn) 不做任何變動(dòng)。在 A、B、C三點(diǎn)的功率值的取法為先取 B點(diǎn)的功率為立足點(diǎn)那么先讀取c點(diǎn)功率再從 c點(diǎn)返回讀取 A點(diǎn)功率。連續(xù)檢測 i 點(diǎn)的功率值并比較其

8、大小再計(jì)算出權(quán)位值經(jīng)由權(quán)位值來判定立足點(diǎn)要往 C點(diǎn)移動(dòng)、 A點(diǎn)移動(dòng)、或不移動(dòng)。此種方法雖然運(yùn)算時(shí)間比傳統(tǒng)的擾動(dòng)觀察法較慢達(dá)到最大功率點(diǎn)以及在日照量快速變化下無法達(dá)到最大功率點(diǎn) 但可以降低傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法中不明的干擾及判斷錯(cuò)誤而造成的功率損失。就整個(gè)控制效果而言是可以接受。5 程序總體設(shè)計(jì)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 42V，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 PWM波t 通過初始化定時(shí)器使定時(shí)器工作在方式 l ，其中定時(shí)器 IGATE端無效，定時(shí)器 )GATE端有效在定時(shí)器 l 的服務(wù)程序中使 P10置l ，并用該信號

9、作為定時(shí)器 0的門控端。當(dāng) PI 0為1時(shí)定時(shí)器 0開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)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(shí)器 0的定時(shí)周期小于定時(shí)器 l 的定時(shí)周期這樣。同定定時(shí)器 l 的周期改變定時(shí)器 0的周期。就會(huì)產(chǎn)生不同占空比的方波。6 結(jié)束語利用 5l 單片機(jī)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(jī)充電器，采用 PWM電壓輸出具有控制靈活、帶載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)尋找太陽能電池板的最大輸出功率點(diǎn)提高手機(jī)電池使用效率延長使用壽命。參考文獻(xiàn)【 l 】童詩白，華成英模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)【 M】北京：高等教育出版社 2001【 2】張毅剛等單片機(jī)原