一種太陽能充電器的設(shè)計

王聰　趙娟

摘? 要：為滿足社會發(fā)展的需求，節(jié)能環(huán)保成為人類文明的必然之路。充分利用太陽能來代替有限資源充電是節(jié)能環(huán)保的有效手段之一。該設(shè)計是基于單片機控制的太陽能充電器，對充放電的過程做了優(yōu)化，實現(xiàn)了科學的管理，具有過充保護、電壓補償?shù)墓δ?，對于續(xù)航能力低的電子產(chǎn)品，有著方便節(jié)能的特點，且充電靈活、快捷、攜帶方便、顯示清晰、性能良好，能夠充分實現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，為其他節(jié)能產(chǎn)品的設(shè)計提供了借鑒意義。

關(guān)鍵詞：光生伏特效應(yīng)? 單片機控制? 數(shù)據(jù)監(jiān)控

中圖分類號：TM910.6 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）02（c）-0033-02

隨著人類的進步和工業(yè)的發(fā)展，對電的需求越來越多、對電的供應(yīng)需求越來越高，傳統(tǒng)發(fā)電方式過于依賴化學能源，而如今世界資源短缺和環(huán)境污染越來越嚴重，一種利用自然資源的發(fā)電方式即光伏發(fā)電無疑可以解決此類問題。該文針對目前市場上太陽能充電控制器在充電過程中性能分析的欠缺，控制方式太單一，沒有針對性地控制某個模塊的工作狀態(tài)，在充電的過程中對蓄電池保護不足，長時間使用容易損壞蓄電池的情況下，設(shè)計確定了一種基于單片機的太陽能充電控制器。利用單片機作為電池充放電的過程作了優(yōu)化，實現(xiàn)了科學的管理，對于續(xù)航能力低的電子產(chǎn)品，有著方便節(jié)能的特點。

1? 太陽能充電器的方案設(shè)計

利用太陽能充電，由于光線強度變化的原因點煙能電池內(nèi)阻較高，輸出電壓就會不穩(wěn)定，輸出電流比較小，因此在必須通過控制充電控制電路，將充太陽能板輸出電壓或電流變成穩(wěn)定電壓或電流后才能夠?qū)﹄姵剡M行充電。為了獲取最高效的充電效率，常用的方法是采用大電流快充，但有一個問題就是電池充滿后不及時拔電源會使電池發(fā)熱，同時影響電池壽命。未解決這個問題，需要添加一個控制系統(tǒng)實現(xiàn)智能充電控制。太陽能充電的原理是在太陽光的照射下充電板產(chǎn)生電荷，然后利用電容電路存儲這些電荷，經(jīng)過穩(wěn)壓電路TP4056芯片提供電源和充電電池充電。根據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器采集到的系統(tǒng)充放電過程中電池電壓參數(shù)，把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳遞給中央控制器，再通過中央控制器進行檢測和判斷，發(fā)出各種控制指令，然后通過顯示電路在液晶顯示屏上顯示輸出的狀態(tài)及電池電壓大小和充電的時間，從而實現(xiàn)了電路的智能輸出與控制。通過編程實現(xiàn)PWM波控制開關(guān)管從而實現(xiàn)輸出電壓的改變。利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器采集充電電池的電壓并在液晶顯示屏上顯示充電電壓值。該設(shè)計主要包括控制模塊、轉(zhuǎn)換模塊、報警模塊和顯示模塊等模塊組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

2? 太陽能充電器的硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括控制電路、轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)采集電路、充電電路、報警電路、電源電路和顯示單路等電路設(shè)計。主控電路采用STC89C52單片機芯片，實現(xiàn)將控制信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實現(xiàn)控制和定性分析的功能。系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括控制電路、轉(zhuǎn)換電路、報警電路和顯示單路等電路設(shè)計。

主控電路采用STC89C52單片機芯片，實現(xiàn)將控制信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實現(xiàn)控制和定性分析的功能。主控制芯片工作電壓再4～5.5V之間，故采用外接5V直流電源。具體鏈接時40腳VCC接+5V，20腳VSS接地。轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，該設(shè)計采用ADC0832芯片來完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，具有轉(zhuǎn)換速度、效率高、兼容性好，電路比較簡單，性價比高、體積小等特點。顯示電路采用LCD1602芯片，該芯片是液晶顯示器直接與單片機相連，操作簡單、功耗低、成本小，直接將RS接單片機P1.4腳，RW接單片機P1.5腳，EN接單片機P1.6腳進行數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)腳D0～D7分別接單片機的P0口。

充電電壓數(shù)據(jù)采集電路是將ADC0832與單片機相連進行采集電壓。通常單片機與ADC0832連接時接口為CLK、CS、DO和DI，但DO和DI在通信時不能同時激活，而單片機接口實現(xiàn)的是雙向通信，故利用單線并聯(lián)連接DO和DI。太陽能充電過程是利用太陽能充電板在陽光的照耀下產(chǎn)生電荷的原理進行充電的，該充電電路采用1000μF電容存儲太陽能電池板的電荷，經(jīng)過LM1117-5穩(wěn)壓芯片給TP4056芯片提供電源和充電電源。

太陽能充電器本身需要供電，為了更加高效地實現(xiàn)充電控制和充電功能，采用鋰電池作為該充電器的電源，實現(xiàn)供電和充電雙向控制。當太陽光照射到太陽能板子上的時候通過穩(wěn)壓電路進行充電，當沒有陽關(guān)照射的時候利用鋰電池對內(nèi)置電池進行充電，提高其壽命，穩(wěn)定充電器的電壓。鋰電池通過繼電器進行過充保護，電壓一般在3.3～3.7V之間，充電控制器可通過一個升壓電路外接USB接口對電子產(chǎn)品充電，在顯示器上監(jiān)測充電電壓和已進行充電的時間。而且電池更換方便。電池接口采用DC5V，并利用電容進行濾波。

3? 太陽能充電器的軟件設(shè)計

該系統(tǒng)設(shè)計的太陽能充電器因為涉及到單片機控制芯片，因此采用Keil4對單片機進行編程，利用STC-ISP進行單片機下載編程燒錄，并利用Proteus對設(shè)計電路進行電路圖制作和仿真。該太陽能充電控制器的設(shè)計采用模塊化的設(shè)計理念，面向過程的編程思想，C語言可以直接訪問物理地址，具有高效的執(zhí)行效率，所以將復雜的電路設(shè)計和程序處理分為POWER模塊、單片機主控CPU模塊、電池電壓檢測模塊、繼電器模塊、太陽能電池充放電模塊、LCD顯示模塊加以解決。由于該文完成的功能是通過單片機來控制太陽能充電系統(tǒng)，核心模塊是單片機的控制區(qū)域，包括各個芯片的連接使用，詳細介紹了太陽能通過硅板轉(zhuǎn)化成電能過程中電壓的變換問題，同時簡要介紹了其他模塊。

4? 結(jié)語

太陽能充電器以單片機為核心部件的控制系統(tǒng)，充分地利用太陽能充電板給電池充電，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832采集充電電池的充電電壓在液晶LCD1602上顯示出來。太陽能充電器在充電時，充電指示燈點亮，充滿時指示燈熄滅，當充電電池電壓低于3V時，報警指示燈閃爍。太陽能充電器利用軟件編程，最終基本上實現(xiàn)了各項要求。

參考文獻

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