太阳能是为便携式设备供电有吸引力能源

1、广州汽车学院机械创新设计竞赛说明书基于单片机的太阳能充电器院（系）机电工程系专业机械工程及自动化班级07 级机械 3班学生姓名李灿辉指导老师王蕊成绩2010年12月21日课程设计评语：课程设计总评成绩：指导教师签字 ：年月日目录摘要31 引言32 充电器的硬件设计321 处理器322 采样部分423 PWM控制电路43 电池充电原理44 寻找太阳能最大输出功率点55 程序总体设计及说明66 结束语7参考文献8摘要：设计了基于单片机的太阳能充电器通过脉宽调制对手机电池充电曲线进行模拟并且用单片机对充电 放电过程进行智能控制。 从而提高太阳能电池输出功率及手机电池的使用效率达到延长电池使用寿命的目

2、的。1 引言太阳能是为便携式设备供电的有吸引力的能源。一段时间以来， 它一直被广泛地用于诸如计算器和航天飞机这样的应用。最近人们正考虑把太阳能用于包括移动电话充电器这样的范围更宽广的消费电子应用。太阳能电池板所提供的功率高度依赖于工作环境。这包括诸如光密度、时间和位置之类的因素。因此，电池通常被用作能量存储单元。 当来自太阳能板的电能有余的时候就可以对电池充电；当太阳能板提供的电能不足时，电池就可以为系统供电。目前市场上的太阳能电池板繁多，根据太阳能电池板所用材料的不同可分为：硅太阳能电池；以无机盐如砷化镓一 v化合物，硫化镉铜钢硒等多元化合物为材料的太阳能电池；功能高分子材料 ( 有机半导体

3、 ) 制备的大阳能电池；纳米晶太阳能电池等。我们采用的是硅太阳能电池。2 充电器的硬件设计充电器如图 l 所示。主要包括电源变换电路、采样电路、处理器、脉宽调制控制器和电池组等形成了一个闭环系统。其中，单片机是电路的控制部分 PWM电路是整个电路的核心部分。下面对系统的工作原理分几个部分进行简述。图 1 充电器电路模块图21 处理器处理器采用 5l 系列单片机 89C51。单片机内部有两个定时器、两个外部中断和一个串口中断、三个八路的 I O口采用 12MHz的晶振。单片机的任务是通过采样电路实时采集太阳能电池板的输出电压和电流以及电池的充电状态， 通过计算决定如何对电池板最大输出功率进行寻找

4、以及确定充电电池的充电状态。22 采样部分如果在系统中要对电流进行检测 必须先将电流信号转换为电压信号， 然后才能实现 MI) 的转换。常用的转换方法是在电路中加入精密电阻，由此将电流信号转换为电压信号。这种方法的优点是测量简单方便， 但是这种方法当电流很小时，影响测量准确度， 因而很难选择一个合适的阻值； 其次，所得到的电流检测信号只有通过放大以后才能进入电路中的比较器 从而增加了电路设计调试时的复杂度。因此，可以采用电流电压转换芯片 MAX472。克服了常规测量电流方法存在的测量范嗣小、 测量误差大等缺点 可提高测量精度， 并且可以用单片机进行精确控制。电压和电流采样采用串行模， 数转换器

5、 TLC0834，8位分辨率易于和微处理器接口或独立使用满比例尺工作或用 5V基准电压用地址逻辑多路器选通的 4或 8输入通道单 5V供电。输入范围 0-SV。23 PWM控制电路控制器采用脉宽调制 (PWM)方式控制供电电流的大小。 PWM发生器是由的单片机输出的 PWM波通过控制电路实现的。主控制器和它采用中断的方式进行通讯，控制其增大或减小脉宽。 PWM信号通过光电隔离驱动主回路上的MOSFET。开关管、二极管、 Lc电路构成开关稳压电源。用PWM方式控制的开关电源可以减小功耗。同时便于进行数字化控制， 但母线的纹波系数相对较大。 PWM控制电路如图 2所示。3 电池充电原理锂离子电池在

6、充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时，会造成电池的损坏或降低使用寿命，图 3为锂电池的充电曲线。共分三个阶段：预充状态、恒流充电和恒压充电阶段。以 800mAh容量的电池为例，其终止充电电压为42V。用1 10C(约 SOMA)的电池进行恒流预充，当电池端电压达到低压门限 V(min) 后，以SOOmA(充电率为 lC) 恒流充电，开始时电池电压以较大的斜率升压当电池电压接近 42V时改成 42V恒压充电电流渐降，电压变化不大，到充电电流降为110C(约SOMA)时，认为接近充满，可以终止充电。4 寻找太阳能最大输出功率点在寻找最大功率点时， 我们采用比较方式来实现， 具体的做法是： 首先

7、采集太阳能电池板的输出电压和电流。 计算出此时的功率， 然后继续采集。 如图 4所示。在图 4中 C点与 B点比较，如比 B点大或相等时，就给一个正号权位；如比 B点小时就给一个负号权位。而 A点如比 B点大或相等时就给一个负号权位；如 A点比 B点小时就给一个正号权位。当三点比较完之后如有两个正号权位则属正斜率，应当增大输出电压，提高输出功率；如有两个负号权位则属负斜率，应当减小输出电压。 提高输出功率； 如权位为零即为一正一负表示达到顶点 不做任何变动。在 A、B、C三点的功率值的取法为先取 B点的功率为立足点那么先读取c点功率再从 c点返回读取 A点功率。连续检测 i 点的功率值并比较其

8、大小再计算出权位值经由权位值来判定立足点要往 C点移动、 A点移动、或不移动。此种方法虽然运算时间比传统的扰动观察法较慢达到最大功率点以及在日照量快速变化下无法达到最大功率点 但可以降低传统扰动观察法中不明的干扰及判断错误而造成的功率损失。就整个控制效果而言是可以接受。5 程序总体设计及说明我们采用的太阳能电池板的输出电压是 9v而充电电池的最高输入电压要求不能高于 42V，为了保护电池起见。我们先把输出的电压从低到高逐渐增加。产生 PWM波t 通过初始化定时器使定时器工作在方式 l ，其中定时器 IGATE端无效，定时器 )GATE端有效在定时器 l 的服务程序中使 P10置l ，并用该信号

9、作为定时器 0的门控端。当 PI 0为1时定时器 0开始计数，当计数溢出时进入中断服务程序，在服务程序中将 PI 0清零，使定时器 0的定时周期小于定时器 l 的定时周期这样。同定定时器 l 的周期改变定时器 0的周期。就会产生不同占空比的方波。6 结束语利用 5l 单片机作为主控制器结合其它芯片及电路构成的太阳能手机充电器，采用 PWM电压输出具有控制灵活、带载能力强、稳定性高的优点，该充电器使用闭环控制 控制精度高、 具有自我调节能力 可以自动寻找太阳能电池板的最大输出功率点提高手机电池使用效率延长使用寿命。参考文献【 l 】童诗白，华成英模拟电子技术基础【 M】北京：高等教育出版社 2001【 2】张毅刚等单片机原