基于单片机的太阳能充电器本科毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的太阳能充电器本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

源保护电路。 当使用外围器件时，可以提供不同的输出电压和电流。 图 23 三端稳压集成电路 7805 的引脚及封装图 单片机电源电路的设计以三端集成稳压器 7805 为核心，属于串联稳压电路，图 23 是三端稳压集成电路 7805 的引脚及封 装图。 7805 具有输入电压范围宽、工作电流大、输出精度高、工作及其稳定以及外围电路简单等特点，即使太阳能电池电压有较大的波动，也能稳定的输出 5V 电压，从而为整个电路的正常运行提供了保障。 电压电流的 A/D 采集 电路中设计了多功能电压电流输出，并且配带显示器，故应在电路中加入数模转换元件。 一方面需要对数据采集以调节合适的输出电压和电流， 7 另一方面进行完整的电压电流输出显示。 ADC0809 是一个比较具有代表性的数模转换元件，在现实生活生产中使用较为广泛。 ADC0808 是 ADC0809 的简化版本，功能基 本相同。 由于在 Proteus 中ADC0809 没有仿真模块，故不能使用 ADC0809 进行仿真，所以一般在硬件仿真时采用 ADC0808 进行 A/D 转换，但在实际工业生产时采用 ADC0809 进行 A/D转换。 故在此 设计 中选择 ADC0808 进行仿真。 图 24 为 ADC0808 的引脚图。 图 24 ADC0808 的引脚结构 ADC0808 各脚功能如下： IN0IN7： 8 位模拟量输入引脚。 GND：地。 VREF（ +）：参考电压正端。 VREF（ ）：参考电压负端。 START： A/D 转换启动信号输入端。 ALE：地址锁存允许信号输入端。 EOC：转换结束信号输出引脚 OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。 CLK：时钟信号输入端。 A、 B、 C：地址输入线。 通道选择表如下表所示。 8 表 23 通道选择表 在设计中， START 和 EOC 两个信号的作用是启动 A/D 转换。 ADC0808转 换完成的数据发送至 AT89C51 的 P2 口，然后由 AT89C51 进行处理以便电路的各项参数进行调节。 ACS712 的选用 在大多数的电子产品电路中，直交流的电流精准测量一直是个难题，为此各类测量元件蜂拥而出。 设计 初期，本人选择的是 MAX471 测量元件，由于在使用的仿真软件 Proteus 中没有元件模板，而且进行封装的话，各项参数不好设置，故使用另外一个测量元件 ACS712，而且 ACS712 可以为大多数情况下的直交流测量提供一个很好的解决方案。 图 25 为 ACS712 的引脚图。 图 25 ACS712 引 脚图 C B A 选择的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 9 如图 25 为 ACS712 引脚图， ACS712 具有以下优点： （ 1） 、封装轻便，在各种电路上使用方便。 可以应用在电动机控制等电路上； （ 2） 、具有精确的低偏置线性霍尔传感器电路，在电路的应用中便于控制盒检测； （ 3） 、具有较低的功率损耗（内电阻一般情况下为 ）； （ 4） 、接线端与传感器引脚之间电气绝缘。 适用于一些对电气绝缘要求较高的设备。 在本设计中，使用 ACS712 来检测充电电流，通过 D/C 转换通道精确测出充电电流，完成预充电到正常充电再到浮充的全自动智能充电过程。 按键电路的选择及设计 由于本电路设计实现功 能较多，故在电路中加入了六个按键，分别实现电路的输出功能选择键（为移动设备充电和作为直流电源）、数字加减键、确定键和过电流保护指示灯功能，在本电路中，将按键接在 P1 口。 图 26 按键接线图 10 在单片机应用系统中，按键主要有两种形式： （ 1） 、独立按键：每个按键都单独接到单片机的一个 I/O 口上； （ 2） 、矩阵编码键盘：通过行列交叉按键编码进行识别。 在本设计中由于按键不是太多，故采用独立按键法，这样可以减小编程的难度，图 26 为本设计的按键接线图。 由 P0 口的硬件构成可知，如果P0 口做输出的话则需要接上拉电阻，之后再与 按键连接起来。 在实际工作中还需考虑按键的抖动问题，所以在电路的软件编程中按键部分必须加入延时程序以保证电路的准确性。 数码管显示电路 的设计 综合各种因素，本 设计 采用 LED 数码管静态显示电路 ,每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的 I/O 接口。 单片机只需要把要显示的字形代码发送到接口电路，直到有新的数据要显示时 ,再发送新的字形码可以了。 这样可以是 cpu 的负荷减少到最小。 图 27 数码管驱动电路 在实际电路需要一个中介作为 LED 显示器的静态显示接口以便连接在AT89C51 上。 在经过考虑之后，可以选 用 74HC164 实现此功能。 图 27 为 11 数码管驱动电路。 数码管在单片机内 09 所对应的字型码分别是： 01H， 4FH，12H， 06H， 4CH， 24H， 20H， 0FH， 00H， 04H。 12 3. 软件设计 系统整体程序框架 设计 电路整体工作主要由单片机程序控制实现。 其工作过程为：电路初始化，输出功能选择，选择确定输出电流电压，为移动设备充电直至完成，程序整体框架如图 31 所示。 启 动数 据 初 始 化电 源 子 程 序充 电 子 程 序充 电 完 成电 池 充 电NY 图 31 程序整体框架流程 电路初始化程序 初始化是每个具有单片机电路 开始工作的必需的工作，主要完成以下工作： （ 1） 、清片内 ram，进行上电复位操作； （ 2） 、置初始参数设定，以利系统的工作； （ 3） 、设置系统运行所需的各个参数； （ 4） 、返回执行充电任务。 键盘子程序 键盘子程序主要作用是检测开关是否处在有效的开关状态，而且在确定程序运行后判断应执行那个充电状态。 通常所用的按键为轻触机械开关，因机械触点在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，一般为 5ms～ 20ms， 13 所以读取端口后要做一定的延时以排除键抖引起的误动作。 图 32 为按键子程序结构流程图。 入 口读 I/O口处 理 存 入 缓 存返 回延 时NY 图 32 按键子程序结构流程图 数码管显示子程序 开机时，需要先进行初始化数码管。 如图 33 为数码管显示子程序。 入 口初 始 化按 键 按 下查 询 显 示返 回NY 图 33 数码管显示子程序结构流程图 14 当要显示某字符时，片内工作为：把首先把起始地址送入 DPTR 中作为基址，然后将缓冲区内的数据作为偏移量送入变址寄存器 A，执行查表指令 “MOVCA， @A+DPTR”，则累加器 A 中得到的结果即对应数字的字形码。 数据采集及模数转换程序 数据采集及数模的转换主要 ADC0808 完成，然后传递给 AT89C51 进行数据的处理后产生预期的效果。 程序流程如图 34 所示。 入 口初 始 化启 动 转 换转 换 结 束处 理 存 储返 回NY 图 34 数据 采集子程序结构流程图 充电子程序的设计 如今的电子产品电池规格不一，但是大多数都是采用锂离子聚合物电池作为新一代安全性电池。 这种设备都是采用恒压恒流充电，首先是恒流充电，当充电电压达到 时转入第二阶段，即恒压充电方式，此时充电电流逐渐降低到零，则表示电池完全充满。 充电子程序流程图如图 35 所示。 15 入 口采 集 电 压 电 流恒 流 充 电恒 压 充 电充 电 完 成返 回电 压 NY 图 35 充电子程序结构流程图 电源子程序的设计 本 设计的便携式太阳能充电器与传统充电器相比较，具有完善的过电流智能保护，而且可以选择输出为充电电源还是直流电源。 充电子程序流程图如图 36 所示。 16 开 始采 集 电 压 电 流关 断 输 出过 电 流输 出 电 压 判 断增 大 占 空 比 不 变返 回减 小 占 空 比NY小大相 等 图 36 电源子程序结构流程图 17 参考文献 [1] 蒋鸿飞，胡淑婷 . 绿色能源 ——太阳能充电器 [J]. 上海应用技术学院学报 (自然科学版 )，2020 年 2 月 . [2] 谭浩强 . C 语言程序设计 [M]. 清华大学出版社， 2020 年 7 月 . [3] 李朝青 . 单片机原理及接口技。