本科毕业论文太阳能手机充电器.doc
《本科毕业论文太阳能手机充电器.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《本科毕业论文太阳能手机充电器.doc(107页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、电子与信息工程学院本 科 毕 业 论 文 论文题目 便携式太阳能充电器的设计 学生姓名 黄祖勋 学 号 093521077 专 业 电气工程及其自动化 班 级 093523 指导教师 邓方雄 2013年5月湖北科技学院学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。文中依法引用他人的成果,均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果。如本人违反上述声明,愿意承担以下责任和后果: 1.交回学校授予的学位证书; 2.学校可在相关媒体上对作者本人的行为进行通报; 3.本人按照学校规定的方式,对因不当方式取得学位给学校造
2、成的名誉损害,进行公开道歉;4.本人负责因论文成果不实产生的法律纠纷和一切后果。 学位论文作者签名: 日 期: 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于1、保密 ,在_年解密后适用本授权书。2、不保密 。(请在以上相应方框内打“”) 作者签名: 年 月 日 导师签名: 年 月 日摘 要目前对太阳能利用主要体现
3、在两方面:光热转换与光电转换,本文利用太阳能光电转换特性,设计了一种在没有电源的情况下也能随时随地给各种移动设备充电的便携式太阳能充电器。本文设计是以ATMEL公司的AT89C51单片机作为控制核心,由按键指示电路、数码管显示电路、BUCK斩波电路和A/D采集电路等组成的,实现了将太阳能转化为电能,然后由LM7805提供稳定电压,经过DC/DC变换电路处理后,由充电电路为负载供电。系统还加入了单片机控制按键,以便自由选择充电模式,具有根据返回手机电流情况,来控制降低电流的输入和停止充电功能,以免过分充电会损坏电池,反馈输出电流的情况,达到充电智能化的效果。关键词:太阳能;单片机;BUCK变换器
4、 ABSTRACT At present the use of solar energy is mainly embodied in two aspects: the sunlight transformation and photoelectric, this paper, by using solar photoelectric characteristics, design a way that there is no power, it can also charger for various mobile anywhere at any time. The design takes
5、AT89C51 produced by ATMEL as the control core and is composed of buttons, digital pipe display circuit, BUCK chopper circuit and A/D acquisition circuit, which can transfer solar energy into electric power. With stable electric pressure and then processed by DC/DC transform circuit, it can supply el
6、ectricity through charging circuit. The system is added with single-chip control buttons for free choice of charging mode. It will control the input of low current and stop charging according to the current return to mobile phones so as to prevent battery from being damaged due to overcharging, and
7、then give the feedback about output of electric current. Ultimately, the goal of intellectual charging can be achieved.KEY WORDS: Solar energy;Single chip;BUCK converter目 录1 绪论11.1 本课题研究背景11.2 本课题研究目的与意义11.3 本课题研究的总体思路11.4 本课题研究的主要任务22 太阳能电池的研究和分析32.1 太阳能电池的原理32.2 太阳能电池的等效电路42.3 太阳能电池板的输出特性及影响因素52.3
8、.1太阳的光照强度对光伏电池转换效率的影响62.3.2温度对光伏电池输出特性的影响72.4本系统所采用的光伏电池83 太阳能充电器硬件设计93.1 系统总体设计方案93.2电源电路设计93.2.1 LM7805芯片介绍93.2.2 LM7805应用电路103.2.3电源模块设计113.3控制电路设计123.3.1单片机简介123.3.2单片机电路133.4 按键电路设计143.5 数码管显示电路设计143.6 降压斩波电路设计163.7 A/D转换电路设计173.8 检测电路设计203.8.1 MAX471介绍203.8.2 工作原理214 太阳能充电器软件设计254.1 系统整体程序框架25
9、4.2 电路启动初始化264.3 按键采集程序274.4 数据采集及模数转换程序284.5充电子程序的设计294.6 电源子程序的设计305 电路测试315.1软件测试315.2硬件测试336 结论与展望34致 谢35参考文献36附录1:主电路原理图37附录2:汇编源程序38附录3:元器件清单46附录4:实物图471 绪论1.1 本课题研究背景 随着电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急,能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈,越来越多的国家开始实行“阳光计划”,开发太阳能资源,减少不可再生资源的消耗和环境污染,缓解能源压力,而且太阳能居家旅行使用方便,经济实用,光能开发势必会成为经济发展
10、的新动力。太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接产生电能,不需要消耗燃料和水等物质,使用中不释放包括二氧化碳在内的任何气体,是对环境无污染的可再生能源。这对改善生态环境、缓解温室气体的有害作用具有重大意义。 目前,太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门。而且随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光电转换装置的发明,各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求,太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法,可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景1。1.2本课题研究目的与意义使用手机的人都有过这样的经历,外出或旅游时电池突然没电了,特别
11、是在火车、汽车、轮船等没有电源的交通工具上,没电、电量不足,使手机变成了信息交流的盲区,造成不必要的麻烦和经济损失。为了解决这样的问题,本课题研究了一种太阳能充电器,它可以很好的解决上述问题,给你的生活带来很大的方便。既节约了能量,又使用方便,是居家旅行的必备品。通过本课题的研究,除了对所学知识的进一步巩固外,还可以把理论与实践结合起来,把知识转变成生产力,创造使用价值,给人们的生活带来方便。1.3 本课题研究的总体思路 本充电器通过太阳能电池板将太阳能转化为电能,经过DC/DC变换电路处理后,由充电电路为负载供电。锂电池一般不宜采用全过程恒流充电方式,而是采取开始恒流快速充电,待电池电压上升
12、到设定值时,自动转入恒压充电的方式,并且这样有利于保存电池容量。充电过程中采用LED灯、数码管指示,系统中设计有完备的过流过压保护,避免因电池过度充电而损坏,并且充电器采用模块式结构和USB接口,可对手机、MP3、摄像机等多种数码产品充电。文中介绍设计的太阳能手机充电器,与普通的手机充电器相比,它的特殊之处除了能源的供应来自太阳能电池板外,充分利用单片机的智能性,设有完备的电压电流检测保护电路,并通过LED显示电路的状态,当光线不够强时,指示灯不亮,蓄电池为手机充电,光线足够强时,指示灯亮,由太阳能电池板供电,同时可为充电电池充电。把太阳能电池板放在一个有阳光的地方,即可以为手机提供一个方便的
13、太阳能充电点。这种便捷的太阳能充电器几乎可以在任何地方补充电力,从而获得通信的自由。1.4 本课题研究的主要任务结合系统设计的总体思路和任务要求,我设计了一种基于单片机控制的多功用太阳能手机充电器,设计的主要任务有: 硬件设计:电源模块设计,单片机控制模块设计,显示电路模块设计,降压斩波电路模块设计,检测模块设计,A/D转换模块设计以及太阳能手机充电器电路原理图设计。软件设计:电路启动初始化程序设计,按键采集程序设计,数码管显示程序设计,数据采集及模数转换程序设计,充电子程序设计,电源子程序设计。 2 太阳能电池的研究和分析2.1 太阳能电池的原理太阳能光伏电池表面有一层金属薄膜似的半导体薄片
14、。当太阳光照射时,其中一部分被表面反射掉,其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光,当然有一些变成热,另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞,于是产生电子空穴对。这样,光能就以产生电子空穴对的形式转变为电能。薄片的另一侧和金属薄膜之间将产生一定的电压,这一现象称为光伏效应。太阳能光伏电池正是一种利用光伏效应直接将光能转化为电能的装置。对于半导体P-N结,光伏效应更明显。因此,太阳能光伏电池都是由半导体构成的。图2-1 掺入硼原子的硅晶体结构图(P型) 图2-2 掺入磷原子的硅晶体结构图(N型) 太阳能电池的基本结构相当于一个大面积二极管,其基本特性也与二极管类似。当用适当波长的太阳光照射到半导
15、体上时,光能被半导体吸收后,在导带和价带中产生非平衡载流子-电子和空穴。半导体内在P型和N型交界面(图2-3)两边形成势垒电场,能将电子驱向N区,空穴驱向P区,从而使得N区有过剩的电子,P区有过剩的空穴,在P-N结附近形成与势垒电场方向相反的光生电场。光生电场的一部分除抵消势垒电场外,还使P型层带正电,N型层带负电,在N区与P区之间的薄层产生所谓光生伏特电动势。若分别在P型层和N型层焊上金属引线,接通负载,外电路则有电流通过。如此形成的一个个电池元件,把它们串联、并联起来,就能输出一定的电压、电流和功率。这样,太阳的光能就直接变成了可付诸实用的电能。图2-1所示为P型区结构图,图2-2所示为N
16、型区结构图。图2-3 半导体P型与N型交界面另外,在受光面上,覆盖着一层很薄的天蓝色氧化硅薄膜以减少入射太阳光的反射,提高太阳能电池对于入射光的吸收率6。2.2 太阳能电池的等效电路光伏电池受光的照射便产生电流。这个电流随着光强的增加而增大,当接受的光强度一定时,可以将光伏电池看作恒流电源。目前使用的光伏电池可看作P-N结型二极管,因为在光的照射下产生正向偏压,所以在P-N结为理想状态的情况下,可根据图2-4表示的等效电路来考虑。V 图2-4 理想状态的太阳能电池等效电路图 在这种等效电路中,加给负荷的电压V和流过负荷的电流I之间的关系式,可由下式给出。太阳能 (2-1) 当I=0时,可以得到
17、太阳能电池的开路电压 (2-2) 其中I为电池单元输出电流;IL为PN结电流(A);IO为二极管的反向饱和电流(A);V为外加电压(V);q是单位电荷(1.610-19K库仑);K是玻耳兹曼常数(1.3810-23J/K);T是绝对温度(T=t+273K);n为二极管指数。但是在实际的光伏电池中,由于电池表面和背面的电极和接触,以及材料本身具有一定的电阻率,流经负载的电流经过它们时,必然引起损耗,在等效电路中可将它们的总效果用一个串联电阻RS来表示。同时,由于电池边沿的漏电,在电池的微裂痕、划痕等处形成的金属桥漏电等,使一部分本该通过负载的电流短路,这种作用可用一个并联电阻RSH来等效表示。此
18、时的等效电路可根据图2-5来描述,其伏安特性可由(2-3)式给出。图2-5 实际光伏电池等效电路 (2-3)此式叫做光伏电池的超越方程式。2.3 太阳能电池板的输出特性及影响因素光伏电池的输出特性包括伏安特性、温度特性和光谱特性,其中伏安特性和温度特性主要通过I-V和P-V特性曲线来加以体现。而光谱特性主要研究光伏电池与入射光谱的关系,所以本文不对其进行讨论。本节将着重探讨前两种特性及其相关参数。光伏电池的几个重要技术: 短路电流ISC:在给定日照强度和温度下的最大输出电流。 开路电压VCC:在给定日照强度和温度下的最大输出电压。 最大功率点电流(IM):在给定日照强度和温度下相应于最大功率点
19、的电流。 最大功率点电压(VSC):在给定日照和温度下相应于最大功率点的电压。 最大输出功率(PM):在给定日照和温度下光伏电池可能输出的最大功率 填充因子 (2-4) 光伏电池的转换效率:输出功率PM与阳光投射到电池表面上的功率PS之比,其值取决于工作点。通常采用光伏电池的最大效率值作为其效率, 以上各个参数可以在图2-6中表示如下。图2-6 太阳能电池的I-V特性关系曲线 图2-6中,在I-V曲线上总可以找到一个工作点,此点处的输出功率最大,此点就是最大功率点(MPPT),即图中M点。M点所对应的电流IM为最佳工作电流,VM为最佳工作电压,PM为最大输出功率,由图和公式还可以看出,光伏电池
20、不工作于最大功率点时,其效率都低于按此定义的效率值,甚至会低到零。原则上讲,可对输出功率求导使其为0,即可得到该电池的最佳工作点IM,VM,从而求出最大输出功率:PM=IMVM。但是要求出其解析解,几乎不可能。因为它受太阳能电池内部等效的串、并联电阻的影响,其特性方程由公式(2-3)可知一个超越指数方程,无法用线性方程表示,具有非线性。图2-6可表示太阳能电池的P-V曲线。 从图2-6可见,IM和VM的乘积就是最佳工作点的纵横坐标所确定的矩形面积,在曲线范围内这个面积越大,表明电池的输出特性越优越。如果在一定光照下的I-V特性曲线是理想的矩形,那么IM和VM乘积就等于ISC和VCC的乘积。对实
21、际光电池,引人填充因子FF(Fill factor)概念来表征光电池的这一特性,FF定义为式(2-4)。它表示最大输出功率的值所占的以VCC和ISC为边长的矩形面积的百分比,填充因子是表征光电池的输出特性好坏的重要参数之一。它的值越大,表明输出特性曲线越“方”,电池的转换效率也越高。 2.3.1太阳的光照强度对光伏电池转换效率的影响 图2-7、图2-8分别是太阳能电池阵列在温度为25时,不同日照(S)下表现出的电流-电压(I-V)和功率-电压(P-V)特性。从图2-7可知,太阳能电池阵列的输出短路电流(ISC)和最大功率点电流(IM)随日照强度的上升而显著增大,也就是说式(2-3)中ISC强烈
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 本科毕业 论文 太阳能 手机 充电器
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【Fis****915】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【Fis****915】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。