1、泉 州 师 范 学 院毕业论文（设计）题 目 太阳能应急充电器 1毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计
2、（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。2作者签名： 日 期： 3学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了
3、解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日4太阳能智能应急充电器【摘 要】本设计是一种基于 STC89C52 单片机的应急充电器，能量由太阳能电池板或充电电池来提供，通过单片机对需要充电的电池的实时监控，利用 PWM 调制实现智能充过程，从而保护电池。本设计具有设计简单，成本低，易于携带等特点，可运用于大多数电子
4、产品的充电功能，具有相当大的实用价值。【关键词】STC89C52；太阳能；PWM；智能充56目录摘要1引言31 总体设计方案 1.1 系统总体方案设计思路 32 充电技术简介 2.1 太阳能充电简介 4 2.2 智能充电简介 43 系统硬件部分设计 3.1 电源供电模块 53.2 电源变换模块 63.3 单片机控制模块 73.4 PWM 脉宽调制控制模块 73.5 数据采集及 A/D 转换模块 83.6 升压模块 104 系统软件部分设计 4.1 系统程序主流程图 114.2 A/D 转换子程序流程图 124.3 PWM 模块子程序流程图 125 系统实际测试 136 设计总结 14致辞 14
5、参考文献 15 7 英文摘要 16附录 1 系统监测系统的原理图 17附录 2 系统监测系统的 PCB 图 18附录 3 系统测试实物图 197引言如今，社会高速发展，能源问题越来越受到人们的关注，越来越多的国家已经认识到可持续发展的社会应该是一个既能满足社会需要，同时又不会危及后代人的社会。正因为这样，尽可能多用绿色能源代替传统矿物能源，是能源建设应该遵守的原则。太阳能作为一种新兴的可再生能源，在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。随着电子科技的迅速发展，越来
6、越多的电子产品被社会各界广泛使用，例如手机、MP3、数码相机等, 人们使用便携式设备大多数都配备 USB 接口，使用锂电池供电，太阳能具有取之不尽用之不竭而且环保清洁的特点，将绿色的太阳能作为充电的能量源，代替传统能量，既节约了资源，同时可以制成便携式充电器，在日常生活中可以方便的为电子产品充电，实现智能充还可以保护电池。1 总体设计方案1.1 系统总体方案的设计思路本次设计总体包括：电源变换（稳压）电路模块、PWM 脉宽调制电路模块、控制模块、数据采集及 A/D 转换电路模块、储能模块、升压电路模块。总体方案设计如图 1： 图 1 系统总体方案太阳能电池板将太阳能转化为电能，经过电源变换电路
7、稳压为其他模块提供 5V 的工作电压，数据采集模块实时采集充电电池两端的电压和电流，并且通过 A/D 转换电路将采集的模拟量转换成数字量传输到单片机内部，经过单片机处理通过 LCD 显示，同时单片机根据采集到的电压和电流智能地控制 PWM 模块决定充电方式。如果充电电池已经达到饱和，控制模块将剩余的能量储存到储能模块中。当天气条件不好时（太能光不足） ，可以用储能模块经过升压电路为充电电池充电，但此时的充电方式只有一种，即以恒定的电压（并且充电电压大于电池电压）为电池充电的方式浮充 1。本方案主要采用太阳能绿色能源，仅以成本低廉的太阳能电池板为系统提供电压，由于本次设计采用的电池板转换的电流不
8、大，大约在 150mA 左右，所以充电时间比较长，只能满足应急旅行充的要求，若要缩短充电时间，只要采用能产生较大电流的电池板即可，考太阳能电池板电源变换（稳压）PWM 模块充电电池升压单片机控制模块储能模块LCD 显示数据采集A/D 转换8虑到该设计的实际情况，并不需要非常大的电流，就能满足设计要求，所以最终选择了成本较低的小电流太阳能电池板，所以最终成品的效果并不是非常好。2 充电技术简介2.1 太阳能充电简介当前，晶体硅材料是最主要的光伏材料，而硅是地球上储藏最丰富的材料之一，所以用来做太阳能电池板的原材料可以说是用不完的。根据硅材料的不同，太阳能电池板可以分为单晶硅太阳能电池板和多晶硅太
9、阳能电池板，也有非晶硅太阳能电池板，例如薄膜太阳能电池、有机太阳能电池。综合考虑本次设计采用成本低廉的单晶硅太阳能电池板。太阳能电池发电原理可以概括为：太阳光照在半导体 P-N 结上，形成新的空穴-电子对，在 P-N 结电场的作用下，空穴由 N 区流向 P区，电子由 P 区流向 N 区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。如图 2。太阳能发电方式太阳能发电有以下两种方式：一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。光热电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，然后再驱动汽轮机发电。这种方式转换效率低而且成本高。光电直
10、接转换方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时， 图 2 太阳能电池发电原理光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。 当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了 2。太阳能电池的一个单片为一个 PN 结，单片电池的开路电压在 0.45V-0.6V 之间，一般情况电压为 0.5V，电池串联的数目越多电压就越大；单片电池的电流取决于单个 PN 结实际受光面积，其短路电流一般为 15-30mA/cm2，受光面
11、积或并联的数目越多电流就越大。有了以上理论依据采用一定面积大小的太阳能电池板就可以采集满足充电需要的光能，经转换为电能，为充电提供电源。2.2 智能充简介对于一个可充电电池，选择适当的充电方式，在提高电池充电效率的同时，还可以保护电池延长电池的使用寿命。如图 3 是手机电池的充电曲线，可以将充电过程分为预充、恒流充、浮充。以本次设计的 800mA 手机电池为例，其充电终止电压为 3.7V，其具体过程9是：预充：用 1/10C（约为 80mA）的小电流为电池预充，当电池两端的电压达到 Vmin 门限值时，进入下一个充电状态，即恒流充。恒流充：当电池两端电压达到 Vmin门限值时，此时通过控制模块
12、控制充电电流，使得充电电流达到最大值，以这个恒定的电流为电池充电，这个充电状态电池两端电压会慢慢变大，当电池两端电压快要接近 3.7V 时进入下一个充电状态，即浮充。浮充：当电池两端电压接近 3.7V 时，此时通过单片机控制模块以略大于 3.7V的恒压为电池充电， 图 3 手机电池充电曲线此时电流会慢慢减小，直到充电终止 3。本次设计就是采用以上方式对电池充电，通过单片机控制 PWM 模块实现控制充电电压和电流的大小，故称之为智能充。3 系统硬件部分设计3.1 电源供电模块方案讨论：方案一：直接通过稳压电源对系统提供工作电压以及充电电压，这种方式电源能量充足稳定干扰小，但稳压电源需要 AC22
13、0V 供电电压，大大降低了它的便携性，考虑到本次设计是要实现应急充，故此方案不符合要求。方案二：可以通过串联若干节干电池为系统提供工作电压以及充电电压，这种方式不仅可以让系统稳定工作，还可以实现系统便携性，但是用干电池供电，要考虑电池回收的问题，用完的电池会对环境产生一定的污染。方案三：利用太阳能无污染储量大的特点，考虑运用太阳能电池板采集光能转换为电能为系统供电，这样不仅实现了能量的转换，提供了系统工作电压以及充电电压，还可以提高系统的便携性，利用太阳能的绿色特性，在为保护环境的同时，还解决了能源问题。综合整个系统的要求，本次设计结合方案三和方案二，采用太阳能电池板提供工作电压和充电电压，采用可充电电池作为储能模块，这样结合不仅可以满足系统设计的要求，还可以充分利用天气的好的时候的太阳光，在天气条件不能满足充电是，可以用储存的能量为系统充电。本次设计采用的太阳能电池板实物图如图 4，考虑到系统要求满足应急充，所以选择
