太阳能充电器的设计..doc全文预览

第3页TOC \“ 1-3” \ u摘要10简介11电源和负载12太阳能充电器硬件设计32.1总体系统设计方案32.2单片机电路32.3 LM7805应用和控制器电源电路42.4充电电路52.4 .1 DC-DC转换器电路52.4.2降压斩波器电路52.4.3实际充电电路62.5 A / D采集电压和电流62.5.1主要技术指标和特性62.5.2内部结构和外部引脚72.5.3引脚连接结构82.5.4 MAX472和电流检测92.6 LCD显示电路93 C51源程序设计和实现103.1系统总体程序框架103.2数据采集和模数转换程序103.3电路保护子程序113.4充电子程序设计123.5电源子程序设计12结论13参考13附录1主电路原理图14附录2 C51源程序16太阳能充电器的设计唐XX（XX大学XXXX学院20xx XXXXXXX类）摘要: 根据独立光伏发电系统的理论，太阳能充电器. 太阳能充电器通过多晶硅太阳能电池将光能转换为电能，并通过降压转换器将其转换为稳定的直流输出，并使用锂离子电池作为储能单元.

通过AT89S52微控制器应用充电电路的控制和管理系统，并通过调整PWM波形的占空比来控制电路输出. 关键词: 太阳能电池； AT89S52单片机；智能充电；降压转换器0引言由于能源问题日益紧张，人们引起了太阳能应用的热潮. 目前，由太阳能电池，充电和放电控制器以及蓄电池组成的产品的开发相对成熟. 许多专家也在这一领域进行深入研究，太阳能应用具有广阔的前景. 本文基于掌握的基础理论，并结合其他相关学科的知识和该领域的先前研究成果，旨在节能环保，太阳能充电器目前对电池的保护不足，使用寿命长. 在这种情况下，研究确定了基于AT89S52单片机的太阳能充电器方案，分析了太阳能电池对电池的充电方法，控制器的功能要求和实际应用，并完成了硬件电路设计，算法研究和软件编写并实现了蓄电池的科学管理. 独立光伏发电系统的前级由光伏电池，DC-DC转换器和蓄电池组成，以形成光伏充电器. [1]在这种设计中，多晶硅太阳能电池板将太阳能转换为电能，然后在经过电压调节器电路和降压转换器处理后，向控制模块和充电电路供电. 在详细分析锂离子电池的充电和放电过程以及影响锂离子电池使用寿命的各种因素之后，采用恒流快速充电，并在电池电压上升到极限值时，它会自动切换到恒定电压充电方法.

AT89S52单芯片模拟PWM输出用于在充电过程中控制开关的通断，该电路控制锂离子电池的充电. 该系统设计有过流和过压保护，以避免因电池过充电而损坏. 1电源和负载1.1硅太阳能电池的特性太阳能电池是一种利用光伏效应将光能转换为电能的设备. 它主要由硅半导体材料组成. 当阳光照射在半导体PN结上时，它将在PN结的两侧. 产生电压. 当外部电路打开时，PN结短路会产生电流. 该电流随着光强度的增加而增加. 当接收到的光的强度恒定时，太阳能电池可用于光伏系统. 负载的匹配特性决定了系统的运行特性，并且太阳能电池可以视为恒定电流源. 始终可以在I-V曲线上找到一个工作点. 此时的输出功率最大太阳能充电器概况，而此点为最大功率点（MPPT）. MPPT对应的电流为最佳工作电流，电压为最佳工作电压，功率为最大输出功率. 当光伏电池不在最大功率点工作时，其效率低于此处定义的效率值，甚至低至零. 原则上，可以将输出功率导出为0，并且可以获得电池的最佳工作点，从而找到最大输出功率. 但是，几乎不可能寻求分析解决方案. 因为它受太阳能电池内部等效串联和并联电阻的影响. 其等效电路如图1所示. 图1太阳能电池等效电路[2]为此设计选择的太阳能电池板的技术参数如下: 尺寸120mm×120mm，峰值电压5.5V，峰值电流180mA，标称功率1W

实际使用两个参数相同的面板串联时，测得的面板最大输出电压为11.8V，最大电流可达到110mA，总标称功率为1.2W，实际输出可根据对不同的带电物体进行平滑调整. 1.2锂离子电池的充电方法锂离子电池可分为液态锂离子电池和聚合物锂离子电池. 锂离子电池能量密度高，平均输出电压高，自放电小，无记忆效应，-20℃〜60℃的宽工作温度范围，优异的循环性能，快速充放电，充电效率高达100％，并且输出功率大，寿命长，对环境没有污染，被称为绿色电池. 锂离子电池的标称电压（代表电池电压的近似值）为3.7V，充电极限电压（从恒流充电到恒压充电的电压值）为4.2V. 图2锂电池常规充电方法图2是3.7V锂电池常规充电方法的充电过程. 首先，以恒定电流（0.2C或1C）充电，即电流恒定，并且电池电压随充电过程逐渐增加. 当电池端子电压达到充电极限电压（4.2V）时，将其更改为恒定电压充电，即电压恒定. 随着充电过程的继续，电流逐渐减小. 当其降低至0.01C时，认为充电终止. [3] 2太阳能充电器的硬件设计2.1总体系统设计方案图3总体系统设计方案使用太阳能电池时，由于日照变化较大，且其内阻相对较高，因此输出电压不稳定，输出电流很小. 这需要使用充电控制电路将电池板输出的直流电压转换为电池进行充电.

由于充电器大多采用大电流快速充电方法，因此，如果在充满电后没有及时停止充电，则电池将过充电. 过度充电会导致太多的锂离子插入负极的碳结构中，并且某些锂离子将不再释放，从而严重损害了电池的使用寿命，这需要复杂的控制管理系统. 51系列MCU是目前使用最广泛的8位MCU系列. 51系列MCU具有丰富的开发资源和较低的开发成本，具有强大的生命力. 该系统将使用AT89S52作为充电电路的控制器，以较低的成本实现复杂的智能充电控制. 该系统的总体设计如图3所示. 太阳能通过太阳能电池板转换为电能，并通过单片机对PWM波形的占空比进行编程以控制关断，从而实现输出电压和电流的变化. 通过显示电路显示电路状态，并通过ADC0809和MAX472实现数据采集和转换，并传递给微控制器进行判断处理，最后实现电路的智能输出和控制. 2.2单片机电路本系统单片机的主要任务是控制数据的采集过程，对采集到的数据进行分析处理后，产生PWM脉宽调制信号，控制单片机的开，关. 开关管，从而控制输出尺寸. 单片机编程不仅实现了充电过程的智能控制，而且大大简化了硬件电路设计. 由于单片机的综合性能和强大的适应性，如果您需要更改电路工作状态或电路参数，则只需修改程序即可实现. 这样电路的升级变得简单容易.

该系统设计的引脚连接如图4所示，其中P1端口连接到ADC0809数据端口，P0端口连接到LCD1602数据端口. 图4 AT89S52的最小系统和引脚连接2.3 LM7805应用程序和控制器电源电路图5 LM7805应用程序电源电路本单片机电源电路的设计以三端集成稳压器LM7805为核心. 它属于串联稳压电路，其工作原理与分离组件的串联电源相同. 图5是三端稳压器IC LM7805的典型应用电路. 电路中C5的作用是消除输入布线较长时由于电感效应引起的自激振荡，并降低纹波电压. 值范围在0.1 F至1 F之间. 连接到输出端子的电容器C6用于消除电路的高频噪声并改善负载的瞬态响应，通常约为0.1μF. C7是整流后的第一级滤波电容器. 该值越大，越好. 普通电容器的耐压应高于电源的输入电压和输出电压. 另宽，工作电流大，输出精度高，运行极为稳定，电路简单，成本低廉等特点. 即使太阳能电池电压波动很大，也能稳定输出5V电压，从而使单片机等控制电路正常工作.

2.4充电电路2.4.1 DC-DC转换器电路DC / DC转换是将固定的DC电压转换为可变的DC电压，也称为DC斩波. 斩波电路的控制方法有以下三种: 一种是周期T恒定，并且调整了接通时间ton，这称为脉冲宽度调制. 另一个是ton恒定，开关周期T改变，称为调频. 第三是混合动力类型. 直流斩波器电路包括六个基本电路: 降压斩波器电路，升压斩波器电路，降压-升压斩波器电路，Cuk斩波器电路，Sepic斩波器电路，Zeta斩波器电路. [4] 2.4.2 Buck斩波电路根据太阳能电池的特性，在此设计中输入始终大于输出，因此设计了使用脉宽调制的Buck转换器. 降压转换器也称为降压斩波电路或串联开关稳压器电路. 原理图和等效电路图如图6所示. 图6降压斩波电路及其等效电路图. 降压转换器由开关管V1，二极管V2，电感线圈L和电容器C组成. 开关管V1由占空比为D的脉冲控制，并交替导通. 或切断，然后通过由L和C组成的滤波器，在负载R上获得DC输出电压Uo，从而完成将未稳压的DC输入电压Ui转换为平滑的DC输出电压Uo的功能. 我们使用图6所示的等效电路图来分析串联开关电路的稳态工作. 开关管V1替换为开关S. 当开关S处于位置1时，表示开关管V1处于导通状态.

当前Ii = IL. 当流过电感器L时，电流在电感器未饱和之前线性增加. 流过电流IoR的负载R上的电压，即输出电压Uo，具有正极性和负极性. 当Ii＞ Io时，电容器C处于充电状态，并且二极管V2处于反向偏置状态. 当开关S处于位置2时，意味着开关管V1处于断开状态. Ii = 0，并且电感器线圈中的电流IL不会突然改变，并且电感器L中的磁场将改变L两端的电压UL的极性，以保持电流IL不变. 负载R上的电压Uo保持正负. 当IL ＜Io时，电容器C处于放电状态以保持Io不变，即，保持输出电压IoR（即，Uo）不变. 二极管V2处于正偏置状态，为电感器电流IL和输出电流Io提供路径，因此二极管V2起续流作用. 从以上分析可以看出，当开关管V1处于导通状态时，Ii＞ 0. 当开关管V1处于断开状态时，Ii ＝ 0. 因此，当开关管V1周期性地导通和截止时，输入电流Ii成为脉动电流，但是在电感器L，续流二极管V2和滤波电容器C的作用下，输出电流Io保持连续且平滑. [5] 2.4.3当实际的充电电路转换器以连续模式工作时，通常将电感器的额定电流选择为大约等于流经该器件的最大连续电流，然后选择合适的电感器，以便使其电流纹波比r约为0.4. 在这里，r定义为当IC为最大负载时电感电流波形的中心，而ΔI为变化摆幅.

对于Buck电路，电感器电流波形的平均值（几何中心）等于负载电流，并且当输入电压增加时太阳能充电器概况，电流的峰值会同时增加. 因此，在降压转换器的磁路设计中，高输入电压是最不利的工作条件. [6]图7 Buck转换器充电电路2.5电压和电流的A / D采集2.5.1主要技术指标和特性ADC0809是具有8位采样分辨率和基于逐次逼近原理的A / D转换的器件. 内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址代码锁存解码信号，并仅从8个模拟输入信号中选择一个进行A / D转换. 分辨率: 8位. 总不可调整误差: ±1LSB. 转换时间: 取决于芯片时钟频率，例如CLK = 500kHz，TCONV =128μs. 单电源: + 5V. 模拟输入电压范围: 单极性0〜5V；双极性±5V，±10V（需要增加一定的电路）. 具有可控制的三态输出缓冲器. 启动转换控制为脉冲（正脉冲），上升沿清除所有内部寄存器，下降沿启动A / D转换. 使用时无需调整零点和满量程. 2.5.2 ADC0809的内部结构和外部引脚如图8所示. 它由一个8通道模拟开关，一个地址锁存器和，一个A / D转换器和一个三态输出锁存器组成. 多通道开关可以选择8个模拟通道，允许8个模拟输入时间，并共享A / D转换器进行转换.

三态输出锁存器用于在A / D转换后锁存数字值. 当OE端子为高电平时，可以从三态输出锁存器获取转换后的数据. 每个引脚定义如下: 图8 ADC0809的内部结构框图和外部引脚图IN0〜IN7: 8个模拟输入，通过地址解码线ADDA，ADDB，ADDC一直选通. D7〜D0: A / D转换后的数据输出端子为三态可控输出，可直接连接至，正脉冲有效.

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