基于单片机的多用太阳能手机充电器开题报告.doc

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本科毕业设计(论文)
开题报告（含论文综述）

二级学院： 信息工程学院
课题名称：基于单片机的多用太阳能手机充电器
专业(方向)： 通信工程
班 级： 班 学号：
学 生：
指导教师：职称： 高级工程师
开题日期： 2017-3-15

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一、毕业设计（论文）选题的依据（包括课题来源、依托的项目名称、研究或应用意义、国外研究或应用现状，附主要参考文献）
1.1 课题的意义
能源资源是国民经济发展的重要基础之一，随着人民生活水平的不断提高和科学技术的迅速发展，能源的缺口增大，能源问题作为困扰人类长期稳定发展的一大因素摆在了人们面前。伴随着世界能源危机的日益严重，石油价格不断上涨，利用常规能源已经不能适应世界经济快速增长的需要，如何解决能源问题，是每个国家都必须面临的问题。同时，以煤、石油作为燃料在燃烧过程中产生的有害物质已经开始造成全球变暖，即“温室效应"，人类的生活将会由此受到很大的威胁。这些难题迫使政府和社会在发展常规能源的同时必须加大对新能源的开发和利用。 
新能源包括水能、风能、太阳能等。虽然风能或水能等更加便宜，但是大多数的自家用户却都不可能找到适当场合进行架设，架设成本较高。而太阳能则不同，任何自家用户只要找到一个有照射到的窗户都可以装置太阳能极板作辅助能源，几百元投资便可以架设。所以综合考虑，太阳能无疑是符合我国可持续发展战略的理想绿色能源，全球能源专家也认为，太阳能将成为21世纪最重要也最有前景的能源之一。 
我国现阶段的用电主要靠水力发电，但是我国水力资源在地域分布上极不平衡，总体来看，西部多、东部少。对于水电资源缺乏的地区或者用电超负荷的城市开发新能源是当务之急。而且太阳辐射能与煤炭、石油等常规能源相比较，更有如下的优点： 
（1）普遍性。 地球上处处都有太阳能，不需要到处去寻找，去运输，容易获取。 
（2）无害性。利用太阳能作为能源，没有废渣，废料，废气，废水的排放，没有噪声，不会污染环境，没有公害，清洁干净。 
（3）长久性。只要有太阳，就有太阳能，因此太阳能可以说是取之不尽，用之不竭。 
（4）巨大性。一年到达地面的太阳辐射能总量要比现在地球上消耗的各种能量的总和大几万倍。 
我国幅员辽阔，有着十分丰富的太阳能资源。全国各地的年太阳辐射总量3340．8400MJ／m2，中值为5852MJ／m2。年日照时数在2200小时以上的地区约占国土面积的2／3以上。我国的西部地区，包括、、、等省，年日照时间长，这些地区面积宽广、人口密集低，在一些偏僻的地区传统的供电设施建设成本高，电能的供需矛盾显得十分突出，因此当地政府充分利用太阳能发电解决无电地区的用电具有重大的战略意义。
而且现在ios和android系统的强势崛起，世界刮起了智能手机的热潮，此前绝大多数只能在电脑上完成的任务在智能手机上也可以完成。然而智能手机也遭遇了其最大瓶颈—电池技术。
总体看来我国太阳能资源比较丰富，因此充分利用丰富的太阳能资源，采用太阳能光伏发电技术，可以节约能源，发展经济，提高人民生活水平。
1.2 国外发展状况
（1）太阳能光伏发电 
太阳能作为新能源有着巨大的优势，所以世界各国都在努力研发新技术进行获取，比较成熟的是太阳能光伏发电技术。太阳能光伏发电现已成为新能源和可再生能源的重要组成部分，也被认为是当前世界最有发展前景的新能源技术。目前太阳能光伏发电装置已广泛应用于通讯，交通，电力等各个方面。
太阳能利用可分为热利用和光伏发电两种方式，热利用主要在采暖领域多，形式比较单一；而光伏发电可以把太阳能转换为当今最普遍的能源利用形式——电能，从而具有热利用不可比拟的优势。太阳能发电又分为光电发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏发电是利用光伏电池这种半导体器件吸收太辐射，使之转化成电能的直接发电形式，光伏发电当今太阳能发电的主流。目前我国家用光伏发电系统主要是直流系统。光伏电池发出的电能给蓄电池充电，蓄电池可直接供电给各类负载。在实验室中考虑到太阳能充电控制器可充分利用 75 W 光伏电池板所产生的能量，更有效地利用太阳能[1]。与常规发电和其他绿色发电技术相比，光伏发电系统具有如下的优势： 
1、是真正的无污染排放、不破坏环境的可持续发展的绿色能源。太阳能不用燃料，运行成本很小，并且发电部件不易损坏，维护简单； 
2、利用场合广泛和灵活，既可以独立于电网运行，也可以与电网并行运行； 
3、可作为电力用户供电可靠或提高电能质量的不停电电源；
5、发电的效率不随发电规模的大小而变； 
6、就地可去，无需运输。光伏发电系统建设周期短，由于是模块化安装，不仅可用于小到太阳能计算器的几个毫伏，大到数十兆瓦的光伏电站，而且可以根据负荷的增减，任意添加或减少太阳电池容量，既方便灵活，又避免了浪费。 
在进行太阳能光伏发电时，由于一般太阳能极板输出电压不稳定，不能直接将太阳能极板应用于负载，需要将太阳能转变为电能后存储到一定的储能设备中，如铅酸蓄电池。但只有当太阳能光伏发电系统工作过程中保持蓄电池没有过充电，也没有过放电，才能使蓄电池的使用寿命延长，效率也得以提高，因此必须对工作过程加以研究分析而予以控制，这种情况下太阳能充电控制器应运而生。[2]
（2）充电控制器的作用及现状 
太阳能充电控制器具备充电控制、过充保护、过放保护、防反接保护及短路保护等一系列功能，解决了这一难题，这样控制器在这个过程中起着枢纽作用，它控制太阳能极板对蓄电池的充电，加快蓄电池的充电速度，延长蓄电池的使用寿命。同时太阳能充放电控制器还控制蓄电池对负载的供电，保护蓄电池和负载电路，避免蓄电池发生过放现象，由此可见，控制器具有举足轻重的作用。[3] 
市目前场上有各种各样的太阳能控制器，但这些控制器主要问题对于蓄电池的保护不够充分，不合适的充放电方式容易导致蓄电池的损坏，使蓄电池的使用寿命降低。目前，控制器常用的蓄电池充电法包括三种：恒流充电法、阶段充电法和恒压充电法。但是这些方法由于充电方式单一加上控制策略不够完善，都存在一定的局限性。另一方面，当蓄电池给负载供电时，由于控制器不能时刻检测蓄电池的电压，这样很容易发生蓄电池的过放电，将会导致蓄电池的深度放电，严重影响其寿命。[4] 
所以，如何改善太阳充控制器的充放电方式，开发性能优良的充放电控制器，提高其在实际应用中的效率，成为了一个重要的研究方面。
主电路采用 Buck电路的形式完成光伏组件输出电压到蓄电池充电电压的转换; 而控制电路主要由控制芯片最小系统所需外围电路、电源单元、驱动电路、隔离电路、信号采集电路、保护电路和显示电路等组成，主要完成对主电路电流、电压和温度等相关参数的实时数据采集，经过主控制芯片运算后输出对开关器件的控制信号，以实现对充电控制器的充电电压、电流的闭环控制、温度补偿和相关保护功能。
参考文献
[1］ 傅胤荣，胡义华． 大功率智能充电器的研究与设计［J］． 通信电源技术，2007．
［2］ 孔令彬． 微机控制蓄电池监测系统［J］． 电池工业，2002．
［3］ 周志敏.充电器电路设计与应用[ M] . : 人民邮电, 2005.
［4］ 蔡晓峰，鸿博，黄伟． 独立光伏系统蓄电池优化三段式充电策略研究［J］． 自动化仪表，2012( 5) : 67-69．
［5］ 王兆安，黄俊．电力电子技术［M］．: 机械工业，2000．
［5］ 争鸣，建政，晓瑛，等. 太阳能光伏发电及其应用［M］. :科学，2005.
［6］ 立强，岑长岸，淼. 弱光下光伏充电器的设计［J］. 控制理论与应用，2008.
［7］ 体衔. VRLA 蓄电池变电流间歇充电方法［J］. 电池，1998.
［9］ 垛生.太阳能发电原理与应用[ M] . : 人民邮电, 2007.
［10］ DING Bo-xiao，WANG Chun-bo． Inhibitory effect of polypeptides from Chlamys farreri on UVB-induced apoptosis and DNA damage innormal human dermal fibroblasts in vitro［J］． Acta Pharmacol Sin，2003．

二、设计或研究容、预期目标及拟解决的关键问题（此部分为重点阐述容）
1、基本容：该课题使用太阳能电池板，将太阳辐射光能转变为电能后对电池进行充电，当电池充满后系统自动停止充电，该充电器输出电压稳定， 
采用模块式结构，应用围广，充电稳定。
2、重点：单片机电路、数码管显示电路、按键指示电路、BUCK斩波电路、电压电流的A/D采集等分块电路，任何一部分出现了问题都会使该课 
题不能顺利完成，最后形成的总体设计方案要通过多次测试。 
3、难点：软件的设计以及该系统程序的调试。
2.1 课题要求
基于单片机的多用太阳能手机充电器设计及器件参数选择和设计
2.2 拟采用的研究手段及途径
1、分析太阳能电池板和蓄电池的特性。 
2、根据太阳能电池输出特性和蓄电池的特性，实现最大功率输出的跟踪。
3、设计蓄电池的充电控制方法。
4、充电器的LED照明驱动及控制。
5、充电过程的相关数据的采集与显示。

三、研究方案（包括有关方法、技术路线、实验手段、关键技术等）
本设计主要是太阳能电池充电与放电的过程，设计中涉及到的容较多，主要是将单片机控制模块、太阳能电池、蜂鸣器报警模块、液晶屏显、充电管理，LED照明模块这几个模块结合起来。初步设计的系统框图如图所示。
电流采样
太阳能电池板
DC/DC变换器
分压
电压采样
电流采样
AD转换电路
单片机
蓄电池
分压
电压采样
研究方案
1、检索、查找有关文献资料、对资料进行分析整理。
2、设计基于单片机的多用太阳能手机充电器的总体方案。首先了解太阳能充电系统的设计要求，然后分别对充电过程和放电系统的方案设计做设计，最后提出本系统的总体的设计方案，为硬件系统的设计打下了基础。
3、对硬件系统的进行设计。首先对充电和放电的工作原理进行了分析，然后具体设计硬件设计，最后设计显示模块电路和蜂鸣器报警电路。
4、对系统的软件设计进行了。在软件设计中采用不同模块不同编程进行设计的，本设计分别对系统的主程序模块、AD检测程序模块、蜂鸣器报警模块和液晶屏的显示模块的各个程序进行了设计。
5、先利用软件进行仿真与调试，然后再从硬件的组装及其性能进行分析。首先对实物进行硬件排版组装和焊接，然后讨论了系统的性能产生的误差。最终完成系统的总设计。

四、设计或研究计划进度（大致如下，需要自己修改时间及进度）

2017.3.1-3.12通过。
2017.3.13-3.26查找相关资体设计方案。
2017.3.27-4.16熟悉51系小系统模块，设计硬件电路。
2017.4.17-4.28通过学习单片识码设置子程序，完成设计的软件模块。
2017.4.29-5.10根据完成的分。
2017.5.11-5. 19 根据导师的意文。
2017.5.20-5.25 论文定稿，等待答辩。

五、设计（论文）的预期成果与特色或创新之处
本太阳能手机充电器系统的设计分为硬件电路设计和程序设计两个部分，硬件电路设计属于前期的主要工作，通过方案论证与可行性分析，最终确定由89C51单片机完成主电路的控制与设计，并展开外围电路与控制硬件电路设计，硬件电路的设计主要是电路原理图的绘制以及参数的确定。   
软件的设计采用模块化的程序设计方法，分为主程序部分、显示模块、AD转换采集模块以及PWM脉宽信号产生模块等。程序的设计既参考了一些资料里的容，也有相当多的自我设计，比如说PWM脉宽调制信号产生程序，就是参考了网友提供的标志位加定时器实现的方法，但主程序中有关数据处理计算的则是自己设计，因为这些东西涉及到具体硬件电路，是找不到相关资料的，在数据处理中有简单的单字节算法，也有双字节的，有的则采用巧妙的算法有效避免出现双字节，从而使程序设计变得简单。 
对于本设计，如果进行进一步的研究，我认为应该在以下几个方面重点考虑： （1）考虑显示模块改用液晶显示，这样可以减小电流损耗，还可显示汉字，使显示更加丰富人性化。但在总的造价有所增加； 
（2）PWM产生由独立芯片完成，这样可减轻单片机的负担，使其有时间做其它人性化的服务，并可提高电路输出精度。

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六、指导教师意见

指导教师签字：
年 月 日
七、教研室审核意见

教研室主任签字：
年 月 日