基于單片機(jī)的太陽能充電器的設(shè)計

張旭冉　夏路超　路康怡　尚徐碧玥　鄧媛元

摘 要：隨著人們生活水平的不斷提高，全國汽車保有量的快速增長，中國每年超過一半以上的石油都需要進(jìn)口，國家大量的外匯都用在了進(jìn)口石油上面，加上對環(huán)境保護(hù)的重視，因此挖掘清潔的太陽能源，對整個國家和社會都有著非常重要的意義。本設(shè)計將太陽能板放在太陽光下產(chǎn)生電能，將產(chǎn)生的電壓值送到直流變換電路中做處理后再輸送到手機(jī)電池中，單片機(jī)STC12C5A60S2檢測手機(jī)電池輸出的電壓值再顯示到液晶屏上。

關(guān)鍵詞：太陽能;AT89C51;STC12C5A60S2

1 方案選擇

（1）本方案由輸入、輸出以及單片機(jī)控制部分組成的。太陽能電池板是其輸入部分，負(fù)責(zé)把太陽能轉(zhuǎn)化為電能。單片機(jī)STC12C5A60S2控制輸出電壓和最大充電電流，把太陽能板中產(chǎn)生的電壓送給直流變換電路，然后再將變換后的電壓值輸送至手機(jī)電池，再將手機(jī)中輸出的電壓值經(jīng)過單片機(jī)檢測后送到液晶顯示器中顯示。LCD1602液晶顯示器負(fù)責(zé)輸出部分，其作用是顯示充電時的電壓值和電流值，以及顯示由按鍵設(shè)置后的電壓和電流的參數(shù)值[1]。

（2）控制器的選擇。

方案一：AT89C51單片機(jī)。單片機(jī)AT89C51是一款低電壓、高性能微處理器，其內(nèi)部有4K字節(jié)的可編程FLASH存儲器，有程序保密鎖定的作用，其使用的生產(chǎn)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)MCS-51指令集和輸出管腳互相兼容，在下載用戶程序時，必須要增加一個驅(qū)動。

方案二：STC12C5A60S2單片機(jī)。STC12C5A60S2屬于增強(qiáng)型的8051單片機(jī)，指令代碼能實(shí)現(xiàn)對之前傳統(tǒng)的8051的兼容，其內(nèi)部具有60K FLASH ROM，有看門狗的用途，能以用電的形式進(jìn)行瞬間擦除和改寫，并且自身帶有PWM的功能，和串口程序燒寫的作用，輸入輸出端可以自行定義，性價比高，運(yùn)行速度快。

（3）太陽能板的選擇。

方案一：單晶硅太陽能板。單晶硅太陽能的轉(zhuǎn)換太陽能效率最高能達(dá)到百分之二十五左右，其技術(shù)也很穩(wěn)定，因此不管在工業(yè)中還是實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的地方都比較多。

方案二：多晶硅薄膜太陽能板。多晶硅的轉(zhuǎn)換效率不太高，只能達(dá)到百分之十六七左右，但它具有成本低的優(yōu)點(diǎn)。

由于單晶硅太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率相比更好，成本核算也合適，因此本設(shè)計使用單晶硅太陽能電池板。

（4）A/D轉(zhuǎn)換器的選擇。ADC0832轉(zhuǎn)換器是一種具有雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能、轉(zhuǎn)換的速度快，穩(wěn)定性高，能耗低，電路設(shè)計簡單，所以選擇ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

（5）按鍵選擇。獨(dú)立式按鍵直譯就是把按鍵區(qū)分單獨(dú)來用，這種方式使用在對輸入要求很少的情況下，而且接法實(shí)現(xiàn)起來相對較容易，但如果需要的按鍵太多時，這種方法就不便使用了。由于本設(shè)計的按鍵不太多，矩陣式會讓其編程變得較復(fù)雜，而獨(dú)立式按鍵電路容易實(shí)現(xiàn)，編寫程序較容易，所以使用獨(dú)立式按鍵。

2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計

（1）系統(tǒng)的總設(shè)計。本設(shè)計主要由單片機(jī)程序控制來實(shí)現(xiàn)整體工作，其工作過程分為以下幾個模塊：電路啟動初始化，充電電路的功能選擇，液晶顯示。當(dāng)電池充電時，則通過液晶顯示來實(shí)施監(jiān)視其電壓電流值，當(dāng)充電完成或者沒有接入充電器時，則停止充電或者等待接入電池。

（2）電路啟動初始化程序。充電之前，單片機(jī)必須實(shí)行初始化操作，主要清片內(nèi)，而且其每次上電時，都要使用上電復(fù)位操作。復(fù)位后，單片機(jī)的寄存器又會被設(shè)為其他不一樣的數(shù)值，而其中有的難免會值超過事先預(yù)定的值，而這些值在單片機(jī)完成復(fù)位且正常運(yùn)行以后，會產(chǎn)生難以掌控的后果，嚴(yán)重的還會將系統(tǒng)破壞。

（3）按鍵采集程序。鍵盤子程序有探測開關(guān)的作用，驗(yàn)證是否身處在開關(guān)狀態(tài)，來確定系統(tǒng)是否運(yùn)轉(zhuǎn)，而且可以通過按鍵設(shè)置其電壓電流參數(shù)值。電壓值在0～5V之間都可以設(shè)置，電流值在0～500mA。

（4）液晶顯示程序。LCD液晶顯示器顯示電壓電流參數(shù)值的過程是首先得定義LCD的各個引腳，然后再進(jìn)行初始化，初始化完成后進(jìn)行延時程序，等待數(shù)據(jù)的采集。然后設(shè)置其地址進(jìn)行寫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完LCD就會讀取寫入的地址信息然后將其顯示出來。

（5）模數(shù)轉(zhuǎn)換程序。首先對ADC0832進(jìn)行初始化，然后選擇通道，接著讀取傳輸?shù)男畔ⅲ詈髮⑿畔⑤斔偷絾纹瑱C(jī)，讓單片機(jī)進(jìn)行處理，最后送入顯示器顯示。

（6）充電子程序的設(shè)計。當(dāng)電池正在進(jìn)行充電時，顯示“充電”的燈亮;充完電后，“充滿”的燈亮，同時“充電”的燈滅;其主要程序如下：

void Change（void）{

if（I_DATA>15）{RED=0;YELLOW=1;}//開始充電

if（I_DATA<10）{

RED=1;

YELLOW=0;}}

3 系統(tǒng)的調(diào)試

（1）在windows8.1操作系統(tǒng)中，內(nèi)存是4GB，64位操作系統(tǒng)，基于x64的處理器，用keil4.0和Proteus7.0來進(jìn)行調(diào)試。初始化：按下Proteus軟件中的運(yùn)行鍵，單片機(jī)開始初始化，液晶屏上顯示的電壓值是2.9v，電流值是386mA。

（2）按鍵。LCD1602是液晶顯示器，主要顯示充電電壓和電流，單片機(jī)是STC12C5A60S2，系統(tǒng)中總共有四個按鍵分別是加鍵、減鍵、復(fù)位鍵以及設(shè)置最大輸出電流鍵[3]。

（3）調(diào)試。單片機(jī)在初始化以后，先按下最小值設(shè)定按鍵，再按下加鍵，LCD液晶顯示屏中的數(shù)字會達(dá)到你想設(shè)定的值。當(dāng)電路處于充電的狀態(tài)時，“充電”燈亮。當(dāng)電路處于充滿電的狀態(tài)時，“充滿”燈亮且同時“充電”燈滅。

4 結(jié)束語

本設(shè)計可以在陽光溫度高的情況下可以有效的快速充電，充滿時可以自動停止、也可作為直流電源來使用，在有陽光的工作場合即可，從而能解決人們的通信自由。但任何東西有利也有弊，如果要對我的太陽能充電器進(jìn)行深一步的研究，第一可以考慮把PWM的產(chǎn)生由簡單的獨(dú)立芯片來完成，這樣既能減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，也可以提高電路輸出的精度問題。第二也可以換一種折疊式的太陽能板型，比較易于人們外出攜帶。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉仁君.可調(diào)直流穩(wěn)壓電源[M].2018.

[2]吳季偉.基于單片機(jī)的十位數(shù)字密碼鎖電路設(shè)計[M].2016.

[3]王盤林.可編程電池充電器設(shè)計[M].2019.