基于單片機的太陽能充電器的設計

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口，國家大量的外匯都用在了進口石油上面，加上對環境保護的重視，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。本設計將太陽能板放在太陽光下產生電能，將產生的電壓值送到直流變換電路中做處理后再輸送到手機電池中，單片機STC12C5A60S2檢測手機電池輸出的電壓值再顯示到液晶屏上。

關鍵詞：太陽能;AT89C51;STC12C5A60S2

1 方案選擇

（1）本方案由輸入、輸出以及單片機控制部分組成的。太陽能電池板是其輸入部分，負責把太陽能轉化為電能。單片機STC12C5A60S2控制輸出電壓和最大充電電流，把太陽能板中產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電池，再將手機中輸出的電壓值經過單片機檢測后送到液晶顯示器中顯示。LCD1602液晶顯示器負責輸出部分，其作用是顯示充電時的電壓值和電流值，以及顯示由按鍵設置后的電壓和電流的參數值[1]。

（2）控制器的選擇。

方案一：AT89C51單片機。單片機AT89C51是一款低電壓、高性能微處理器，其內部有4K字節的可編程FLASH存儲器，有程序保密鎖定的作用，其使用的生產技術和標準的工業MCS-51指令集和輸出管腳互相兼容，在下載用戶程序時，必須要增加一個驅動。

方案二：STC12C5A60S2單片機。STC12C5A60S2屬于增強型的8051單片機，指令代碼能實現對之前傳統的8051的兼容，其內部具有60K FLASH ROM，有看門狗的用途，能以用電的形式進行瞬間擦除和改寫，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。單晶硅太陽能的轉換太陽能效率最高能達到百分之二十五左右，其技術也很穩定，因此不管在工業中還是實驗中應用的地方都比較多。

方案二：多晶硅薄膜太陽能板。多晶硅的轉換效率不太高，只能達到百分之十六七左右，但它具有成本低的優點。

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

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

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

2 軟件系統的設計

（1）系統的總設計。本設計主要由單片機程序控制來實現整體工作，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。當電池充電時，則通過液晶顯示來實施監視其電壓電流值，當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，單片機必須實行初始化操作，主要清片內，而且其每次上電時，都要使用上電復位操作。復位后，單片機的寄存器又會被設為其他不一樣的數值，而其中有的難免會值超過事先預定的值，而這些值在單片機完成復位且正常運行以后，會產生難以掌控的后果，嚴重的還會將系統破壞。

（3）按鍵采集程序。鍵盤子程序有探測開關的作用，驗證是否身處在開關狀態，來確定系統是否運轉，而且可以通過按鍵設置其電壓電流參數值。電壓值在0～5V之間都可以設置，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值的過程是首先得定義LCD的各個引腳，然后再進行初始化，初始化完成后進行延時程序，等待數據的采集。然后設置其地址進行寫數據，數據發送完LCD就會讀取寫入的地址信息然后將其顯示出來。

（5）模數轉換程序。首先對ADC0832進行初始化，然后選擇通道，接著讀取傳輸的信息，最后將信息輸送到單片機，讓單片機進行處理，最后送入顯示器顯示。

（6）充電子程序的設計。當電池正在進行充電時，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 系統的調試

（1）在windows8.1操作系統中，內存是4GB，64位操作系統，基于x64的處理器，用keil4.0和Proteus7.0來進行調試。初始化：按下Proteus軟件中的運行鍵，單片機開始初始化，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，單片機是STC12C5A60S2，系統中總共有四個按鍵分別是加鍵、減鍵、復位鍵以及設置最大輸出電流鍵[3]。

（3）調試。單片機在初始化以后，先按下最小值設定按鍵，再按下加鍵，LCD液晶顯示屏中的數字會達到你想設定的值。當電路處于充電的狀態時，“充電”燈亮。當電路處于充滿電的狀態時，“充滿”燈亮且同時“充電”燈滅。

4 結束語

本設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行深一步的研究，第一可以考慮把PWM的產生由簡單的獨立芯片來完成，這樣既能減輕單片機的負擔，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：

[1]劉仁君.可調直流穩壓電源[M].2018.

[2]吳季偉.基于單片機的十位數字密碼鎖電路設計[M].2016.

[3]王盤林.可編程電池充電器設計[M].2019.