河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计
3 基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计
3.1太阳能电池板的选用
硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。
硅太阳能电池片常用的为单晶125大倒角，其尺寸为125mm*125mm，对角线150mm，功率Pmax2.60W，工作电压Vm0.523V，工作电流Im4.934A，开路电压Voc0.629V，短路电流Isc5.285A。太阳能电池可根据电压大小需要，由不同数量的太阳能电池片组成，其转换效率受光照、温度、太阳电池晶体类型及制造工艺等影响，2010年中国平均效率为17.2%。常见的太阳能电池电压有3V、6V、9V、12V、18V、32V、48V等，更大的用于太阳能电厂发电项目。
太阳能电池板是太阳能供电系统工作的基础，是该充电器的首要部分，其功能是将太阳光的辐射能量转化为电能，如今的便携式数码设备种类较多，所需电压电流不等，对于输入功率较大的设备，必须采用面积较大的电池板，而这又给携带带来不便。因此该设计采用模块式组合，根据不同充电负载的需要，将太阳能板进行组合以达到具有一定要求的输出功率和输出电压的一组光伏电池。本文以手机、MP3等常用小功率用电设备为例，说明其太阳能充电器的设计过程。所选用的太阳能电池板技术参数指标如下： 尺寸95mm×95mm，额定输出电压5.5V，电流140~180mA，标称功率1W，用两片该电池板串联可以得到11V电压，可以作为LM7805的输入。
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3.2 LM7805稳压电路
由于太阳能电池板电压会随太阳光强度变化而波动，太阳光强时太阳能电池板电压会偏高一些，太阳光强度弱时，太阳能电池板输出电压会偏低，为了从太阳能电池板输出得到稳定电压，本设计采用稳压管LM7805，LM7805输出口可以输出稳定的5V电压，保持输出电压的稳定。LM7805的典型应用电路如下图3.1所示。
图3.1 LM7805稳压电路
图中C4、C7的作用是消除输入连线较长时其电感效应引起的自激振荡，减小纹波电压，；在输出端接电容C5、C6是用于消除电路高频噪声，改善负载的瞬态响应。一般电容的耐压应高于电源的输入电压和输出电压。另外，为避免输入端断开时C6从稳压器输出端向稳压器放电，造成稳压器的损坏，在稳压器的输入端和输出端之间跨接一个二极管，对LM7805起保护作用。
LM7805输入电压为8V到36V，最大工作电流1.5A，具有输入电压范围宽，工作电流大，输出精度高且工作及其稳定，外围电路简单等特点，太阳能电池电压即使有较大的波动，也能稳定的输出5V电压，从而是单片机等控制电路正常工作，且成本低。
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3.3 充电主电路的设计
充电主电路如下图3.2所示，充电主电路采用DC/DC变换电路。
图3.2电池充电电路
DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制（1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。主电路核心由三极管去、电感L1及续流二极管D1构成的典型的BUCK降压DC/DC变换电路；图中Q2的作用是放大PWM信号，驱动开关管Q1。
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3.4 信号采集处理电路
实时检测电池电压和充电电流是保证锂电池安全充电的前提，电流取样处理电路如图3.3所示
图3.3电流取样处理电路
电池电压直接接到单片机A/D接口，经A/D转换和单片机运算处理得到测量电压值。本设计充电电流流经0.1Ω取样电阻，得到电压采用运算放大器LM358，把电流取样电压放大21倍后送到单片机A/D接口进行采集。
电压检测可将输出口电压直接送到A/D输入接口，经模数转换后给单片机进行处理。
3.5 单片机选型
对于单片机型号，最熟悉的就是C51系列，其中包括AT89C51，AT89C52在
AT89C51的基础上有些改进，但是听有经验的同学说以型号AT开头的的单片机在烧写程序时不容易进行烧写，于是考虑采用以型号是以STC为开头的单片机，通过查资料了解发现STC89C52在功能上与AT89C52相似，为此，本设计单片机采用STC89C52型号单片机。
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3.6 单片机STC89C52介绍
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。STC89C52单片机引脚图如下图3.4所示。
图3.4 单片机引脚图
STC89C52RC引脚功能说明
VCC（40引脚）：电源电压 VSS（20引脚）：接地
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