一种太阳能充电器的设计
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作者:王聪 赵娟
摘 要：为满足社会发展的需求，节能环保成为人类文明的必然之路。充分利用太阳能来代替有限资源充电是节能环保的有效手段之一。该设计是基于单片机控制的太阳能充电器，对充放电的过程做了优化，实现了科学的管理，具有过充保护、电压补偿的功能，对于续航能力低的电子产品，有着方便节能的特点，且充电灵活、快捷、携带方便、显示清晰、性能良好，能够充分实现光能到电能的转换，为其他节能产品的设计提供了借鉴意义。
关键词：光生伏特效应 单片机控制 数据监控
中图分类号：TM910.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）02（c）-0033-02
随着人类的进步和工业的发展，对电的需求越来越多、对电的供应需求越来越高，传统发电方式过于依赖化学能源，而如今世界资源短缺和环境污染越来越严重，一种利用自然资源的发电方式即光伏发电无疑可以解决此类问题。该文针对目前市场上太阳能充电控制器在充电过程中性能分析的欠缺，控制方式太单一，没有针对性地控制某个模块的工作状态，在充电的过程中对蓄电池保护不足，长时间使用容易损坏蓄电池的情况下，设计确定了一种基于单片机的太阳能充电控制器。利用单片机作为电池充放电的过程作了优化，实现了科学的管理，对于续航能力低的电子产品，有着方便节能的特点。
1 太阳能充电器的方案设计
利用太阳能充电，由于光线强度变化的原因点烟能电池内阻较高，输出电压就会不稳定，输出电流比较小，因此在必须通过控制充电控制电路，将充太阳能板输出电压或电流变成稳定电压或电流后才能够对电池进行充电。为了获取最高效的充电效率，常用的方法是采用大电流快充，但有一个问题就是电池充满后不及时拔电源会使电池发热，同时影响电池寿命。未解决这个问题，需要添加一个控制系统实现智能充电控制。太阳能充电的原理是在太阳光的照射下充电板产生电荷，然后利用电容电路存储这些电荷，经过稳压电路TP4056芯片提供电源和充电电池充电。根据数模转换器采集到的系统充放电过程中电池电压参数，把模拟信号转化为数字信号传递给中央控制器，再通过中央控制器进行检测和判断，发出各种控制指令，然后通过显示电路在液晶显示屏上显示输出的状态及电池电压大小和充电的时间，从而实现了电路的智能输出与控制。通过编程实现PWM波控制开关管从而实现输出电压的改变。利用数模转换器转换器采集充电电池的电压并在液晶显示屏上显示充电电压值。该设计主要包括控制模块、转换模块、报警模块和显示模块等模块组成。系统总体框图如图1所示。
2 太阳能充电器的硬件设计
系统硬件设计主要包括控制电路、转换电路、数据采集电路、充电电路、报警电路、电源电路和显示单路等电路设计。主控电路采用STC89C52单片机芯片，实现将控制信号转换为数字信号，实现控制和定性分析的功能。系统硬件设计主要包括控制电路、转换电路、报警电路和显示单路等电路设计。
主控电路采用STC89C52单片机芯片，实现将控制信号转换为数字信号，实现控制和定性分析的功能。主控制芯片工作電压再4～5.5V之间，故采用外接5V直流电源。具体链接时40脚VCC接+5V，20脚VSS接地。转换电路实现模拟信号到数字信号的转换，该设计采用ADC0832芯片来完成模数转换，具有转换速度、效率高、兼容性好，电路比较简单，性价比高、体积小等特点。显示电路采用LCD1602芯片，该芯片是液晶显示器直接与单片机相连，操作简单、功耗低、成本小，直接将RS接单片机P1.4脚，RW接单片机P1.5脚，EN接单片机P1.6脚进行数据接收，数据脚D0～D7分别接单片机的P0口。
充电电压数据采集电路是将ADC0832与单片机相连进行采集电压。通常单片机与ADC0832连接时接口为CLK、CS、DO和DI，但DO和DI在通信时不能同时激活，而单片机接口实现的是双向通信，故利用单线并联连接DO和DI。太阳能充电过程是利用太阳能充电板在阳光的照耀下产生电荷的原理进行充电的，该充电电路采用1000μF电容存储太阳能电池板的电荷，经过LM1117-5稳压芯片给TP4056芯片提供电源和充电电源。
太阳能充电器本身需要供电，为了更加高效地实现充电控制和充电功能，采用锂电池作为该充电器的电源，实现供电和充电双向控制。当太阳光照射到太阳能板子上的时候通过稳压电路进行充电，当没有阳关照射的时候利用锂电池对内置电池进行充电，提高其寿命，稳定充电器的电压。锂电池通过继电器进行过充保护，电压一般在3.3～3.7V之间，充电控制器可通过一个升压电路外接USB接口对电子产品充电，在显示器上监测充电电压和已进行充电的时间。而且电池更换方便。电池接口采用DC5V，并利用电容进行滤波。
3 太阳能充电器的软件设计
该系统设计的太阳能充电器因为涉及到单片机控制芯片，因此采用Keil4对单片机进行编程，利用STC-ISP进行单片机下载编程烧录，并利用Proteus对设计电路进行电路图制作和仿真。该太阳能充电控制器的设计采用模块化的设计理念，面向过程的编程思想，C语言可以直接访问物理地址，具有高效的执行效率，所以将复杂的电路设计和程序处理分为POWER模块、单片机主控CPU模块、电池电压检测模块、继电器模块、太阳能电池充放电模块、LCD显示模块加以解决。由于该文完成的功能是通过单片机来控制太阳能充电系统，核心模块是单片机的控制区域，包括各个芯片的连接使用，详细介绍了太阳能通过硅板转化成电能过程中电压的变换问题，同时简要介绍了其他模块。
4 结语
太阳能充电器以单片机为核心部件的控制系统，充分地利用太阳能充电板给电池充电，并通过模数转换器ADC0832采集充电电池的充电电压在液晶LCD1602上显示出来。太阳能充电器在充电时，充电指示灯点亮，充满时指示灯熄灭，当充电电池电压低于3V时，报警指示灯闪烁。太阳能充电器利用软件编程，最终基本上实现了各项要求。
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