单片机的太阳能充电器设计
摘 要太阳能充电器控制系统指的是以单片机芯片作为控制器并结合其他必要功能模块的角色而实现的一种能够实现光伏转换、电能保存、输出电压显示以及输出电压为5V/2A等功能的自动控制系统，它的出现和普及大大改变了人们的生活方式，因此本次毕业设计将以单片机控制系统作为研究对象，。在硬件系统上使用了目前在大学教学和市场上最受欢迎的51单片机作为控制器芯片，在其片外配置了布雷克曼型光伏板、ADC0832模数转换器以及LCD1602液晶屏等功能模块；在软件上通过C语言编写了程序代码，并通过Keil软件环境进行了程序代码的优化和编译。在硬件系统和软件系统都设计完毕后，对这款控制系统进行了大量的测试和优化，在测试过程中系统表现出了非常高的稳定性和使用价值，非常适合进行大量生产并逐步取代相关产品。
目录
一、 引言 1
（一） 太阳能手机充电器控制系统的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容
二、 方案选择及元器件介绍 4
（一） 主控芯片的选取 4
（二） AT89C51处理器简介 5
（三） 太阳能发电板介绍 6
（四） 锂电池介绍 7
（五） XL6009升压稳压模块 7
（六） LCD1602型液晶简介 8
（七） AD采样芯片简介 8
三、 硬件系统设计 9
（一） 太阳能手机充电器系统的硬件结构框图设计 9
（二） 51单片机最小系统 10
1. 时钟电路 10
2. 复位电路 11
（三） 电能处理电路设计 11
（四） 输出电压检测电路设计 12
（五） 液晶电路设计 12
四、 软件系统设计 12
（一） 太阳能手机充电器系统的软件工作流程设计 12
（二） 液晶显示流程设计 1
（三） 输出电压检测流程设计 14
1. 启动指令 14
2. 通道选择指令 15
3. 读取指令 15
总 结 16
参考文献 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
致 谢 18
附录一 原理图 19
附录二 程序 20
引言
太阳能手机充电器控制系统的发展背景
本课题将要设计的这款基于AT89C51单片机的太阳能手机充电器控制系统是一种采用AT89C51芯片作为主要控制器的电子系统，这款系统的出现在某种程度上极大的方便了手机使用者野外或者乘车远行时没有220V供电情况下为手机充电，只需要将系统中的光伏板暴露在较强光源下即可实现电能转换从而为手机快速充电，不仅满足了现代人们对于优质出行的不断追求与向往，更在很大程度上推进了单片机与日常生产生活之间的距离，使得单片机系统趋向生活化和普遍化。太阳能手机充电器控制系统通常情况下由微处理器作为核心部分，周围配合其他必要的功能模块如显示以及声音提示等，通过微处理器的强大控制作用，实现整个控制系统的一体化，太阳能手机充电器控制系统之所以能够达到今天这种性能和功能，主要得益于人们对于单片机等一些微处理器的不断改进和性能提升，在这之前，要想实现一款太阳能手机充电器电子系统，只能依靠一些功能简单的数字逻辑芯片来实现，此时的太阳能手机充电器控制系统的典型特点是实现恒压或者横流充电，这种充电方式的典型特点是“粗暴”，充电速度较快，但是对锂电池的使用寿命却有较大影响，这种早期的太阳能手机充电器电子系统无论是在功能还是性能上，都是与现在市面上太阳能手机充电器系统所无法比拟的，首先在电路结构上，由于要完成一个简单的功能需要借助大量的逻辑门电路芯片来搭建，更有甚者需要大量分立的三极管基本部件来搭建一个逻辑门，可想而知要完成一整个太阳能手机充电器控制系统需要搭建一个庞大的硬件电路结构，这么大的体积使得系统非常容易受到各种各样的电磁或者机械干扰，使得其稳定性和抗干扰性极差，并且复杂的电子线路也给太阳能手机充电器控制系统的检修工作带来了极大的阻碍；其次在功能上表现得非常的简单，就以显示功能来说，最佳效果也只能是以数码管来显示一串数字来作为系统的人机交互，与现如今的液晶显示相差甚远。而现如今的太阳能手机充电器控制系统采用了具有集成外观的芯片并且是以单片机等微处理器作为控制器，性能得到了极大的提升，对于手机锂电池的横流、恒压和涓流充电模式相互组合并且过充保护等功能的实现变得极其容易，并且通过复杂的接口协议，高清晰显示效果使得用户能够更好的使用太阳能手机充电器控制系统。本次毕业设计就将以太阳能手机充电器控制系统来作为研究的核心对象，结合大学期间所学的单片机、模拟电路、数字电路以及传感器等重要课程，通过对这些课程的综合融会贯通，并结合课外积累到的一些电子项目设计经验，来完成对这款系统的设计与实现。
国内外发展现状
国内外对于这种新型实用性的太阳能手机充电器电子控制系统的研究一直处于炙热的状态，通过前期对网络显示的资料以及图书馆查阅到的相关文献后可总结为，当前这种控制系统或者称之为产品所存在的普遍不足和缺点为充电模式单一，对手机锂电池的保护功能较为欠缺，充电器控制系统中缺乏对锂电池使用状况的分析，另外在主控的选择上，大多数产品为了降低产品的生产成本以及提高其性价比，在系统硬件上尤其是内部控制器的选择上主要是一些性能较为落后的16位机。
本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统太阳能手机充电器系统的发展基础上，设计出一款能够实现太阳能手机充电器功能的智能太阳能手机充电器控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对太阳能手机充电器系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述；第五章主要在硬件电路的设计基础上，使用了Proteus 7.8仿真软件对太阳能手机充电器控制系统进行了仿真优化，并将仿真结果通过图片方式进行了展现，下列为本课题将要实现的功能和指标：
本课题将以AT89C51单片机作为主控芯片，在其片外设计复位电路以及时钟电路，通过这三个模块构成51单片机最小系统，实现对ADC0832模数转换器、液晶屏以及按键等模块的驱动；
配置布雷克曼型光伏板电路，实现对光能的采集并将其高效率转换为电能，以电压形式进行输出；
配置锂电池及其充电电路，实现电能的存储；
配置升压稳压电路，实现将锂电池输出电压升压并稳定在+5V，从而为单片机等芯片供电，并为手机充电，实现+5V/2A的充电参数；
配置模数转换器电路，实现对输出电压的采集；
配置液晶显示器电路，实现对充电器运行参数的显示。
对充电器充电电压的显示。
方案选择及元器件介绍
主控芯片的选取
在目前单片机市场一片玲琅满目的情境下，给毕业设计的完成带来了很大的便利，在制定好本文的设计目标后，首先需要考虑的就是系统主控器件的选取，结合到本系统要实现的功能，本文制订了选取单片机的两款方案。
方案一：使用美国MicroChip公司研发的PIC16F877单片机，这款单片机是一款被使用时间较长的典型8为单片机，无论是高校还是工业生产中都习惯将其成为PIC单片机，我们常说的PIC单片机是指一类通过内部特定结构实现的稳定度极高、抗电磁干扰能力显著的控制器。这种单片机在一些应用环境较为恶劣的场合非常常见，如路口的交通灯控制系统、工业生产中的主机运行等，在这些环境中，由于机器众多，电磁干扰现象非常严重，因此一些不采取保护措施的单片机就无法正常工作，而PIC单片机在不影响主频速度的情况下，通过改进内部电路结构同时施加一定的屏蔽措施，从而使得它能有条不紊的工作。如果本文选用PIC16F877单片机作为系统的主控，那么系统的稳定度将得到极大的提升，这款单片机另一个优点是具有DIP40双排直插封装可选，这样能够给电路的构建以及实物的焊接具有很大的便利性，不需要小心翼翼地去处理贴片管脚，能够大大促进毕业设计的成功性。另外PIC16F877单片机内部还集成了AD模数转换模块，能够实现高精度的信号采集功能，除此以外也包含定时器、中断以及UART等常用模块。
目录
一、 引言 1
（一） 太阳能手机充电器控制系统的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容
二、 方案选择及元器件介绍 4
（一） 主控芯片的选取 4
（二） AT89C51处理器简介 5
（三） 太阳能发电板介绍 6
（四） 锂电池介绍 7
（五） XL6009升压稳压模块 7
（六） LCD1602型液晶简介 8
（七） AD采样芯片简介 8
三、 硬件系统设计 9
（一） 太阳能手机充电器系统的硬件结构框图设计 9
（二） 51单片机最小系统 10
1. 时钟电路 10
2. 复位电路 11
（三） 电能处理电路设计 11
（四） 输出电压检测电路设计 12
（五） 液晶电路设计 12
四、 软件系统设计 12
（一） 太阳能手机充电器系统的软件工作流程设计 12
（二） 液晶显示流程设计 1
（三） 输出电压检测流程设计 14
1. 启动指令 14
2. 通道选择指令 15
3. 读取指令 15
总 结 16
参考文献 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
致 谢 18
附录一 原理图 19
附录二 程序 20
引言
太阳能手机充电器控制系统的发展背景
本课题将要设计的这款基于AT89C51单片机的太阳能手机充电器控制系统是一种采用AT89C51芯片作为主要控制器的电子系统，这款系统的出现在某种程度上极大的方便了手机使用者野外或者乘车远行时没有220V供电情况下为手机充电，只需要将系统中的光伏板暴露在较强光源下即可实现电能转换从而为手机快速充电，不仅满足了现代人们对于优质出行的不断追求与向往，更在很大程度上推进了单片机与日常生产生活之间的距离，使得单片机系统趋向生活化和普遍化。太阳能手机充电器控制系统通常情况下由微处理器作为核心部分，周围配合其他必要的功能模块如显示以及声音提示等，通过微处理器的强大控制作用，实现整个控制系统的一体化，太阳能手机充电器控制系统之所以能够达到今天这种性能和功能，主要得益于人们对于单片机等一些微处理器的不断改进和性能提升，在这之前，要想实现一款太阳能手机充电器电子系统，只能依靠一些功能简单的数字逻辑芯片来实现，此时的太阳能手机充电器控制系统的典型特点是实现恒压或者横流充电，这种充电方式的典型特点是“粗暴”，充电速度较快，但是对锂电池的使用寿命却有较大影响，这种早期的太阳能手机充电器电子系统无论是在功能还是性能上，都是与现在市面上太阳能手机充电器系统所无法比拟的，首先在电路结构上，由于要完成一个简单的功能需要借助大量的逻辑门电路芯片来搭建，更有甚者需要大量分立的三极管基本部件来搭建一个逻辑门，可想而知要完成一整个太阳能手机充电器控制系统需要搭建一个庞大的硬件电路结构，这么大的体积使得系统非常容易受到各种各样的电磁或者机械干扰，使得其稳定性和抗干扰性极差，并且复杂的电子线路也给太阳能手机充电器控制系统的检修工作带来了极大的阻碍；其次在功能上表现得非常的简单，就以显示功能来说，最佳效果也只能是以数码管来显示一串数字来作为系统的人机交互，与现如今的液晶显示相差甚远。而现如今的太阳能手机充电器控制系统采用了具有集成外观的芯片并且是以单片机等微处理器作为控制器，性能得到了极大的提升，对于手机锂电池的横流、恒压和涓流充电模式相互组合并且过充保护等功能的实现变得极其容易，并且通过复杂的接口协议，高清晰显示效果使得用户能够更好的使用太阳能手机充电器控制系统。本次毕业设计就将以太阳能手机充电器控制系统来作为研究的核心对象，结合大学期间所学的单片机、模拟电路、数字电路以及传感器等重要课程，通过对这些课程的综合融会贯通，并结合课外积累到的一些电子项目设计经验，来完成对这款系统的设计与实现。
国内外发展现状
国内外对于这种新型实用性的太阳能手机充电器电子控制系统的研究一直处于炙热的状态，通过前期对网络显示的资料以及图书馆查阅到的相关文献后可总结为，当前这种控制系统或者称之为产品所存在的普遍不足和缺点为充电模式单一，对手机锂电池的保护功能较为欠缺，充电器控制系统中缺乏对锂电池使用状况的分析，另外在主控的选择上，大多数产品为了降低产品的生产成本以及提高其性价比，在系统硬件上尤其是内部控制器的选择上主要是一些性能较为落后的16位机。
本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统太阳能手机充电器系统的发展基础上，设计出一款能够实现太阳能手机充电器功能的智能太阳能手机充电器控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对太阳能手机充电器系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述；第五章主要在硬件电路的设计基础上，使用了Proteus 7.8仿真软件对太阳能手机充电器控制系统进行了仿真优化，并将仿真结果通过图片方式进行了展现，下列为本课题将要实现的功能和指标：
本课题将以AT89C51单片机作为主控芯片，在其片外设计复位电路以及时钟电路，通过这三个模块构成51单片机最小系统，实现对ADC0832模数转换器、液晶屏以及按键等模块的驱动；
配置布雷克曼型光伏板电路，实现对光能的采集并将其高效率转换为电能，以电压形式进行输出；
配置锂电池及其充电电路，实现电能的存储；
配置升压稳压电路，实现将锂电池输出电压升压并稳定在+5V，从而为单片机等芯片供电，并为手机充电，实现+5V/2A的充电参数；
配置模数转换器电路，实现对输出电压的采集；
配置液晶显示器电路，实现对充电器运行参数的显示。
对充电器充电电压的显示。
方案选择及元器件介绍
主控芯片的选取
在目前单片机市场一片玲琅满目的情境下，给毕业设计的完成带来了很大的便利，在制定好本文的设计目标后，首先需要考虑的就是系统主控器件的选取，结合到本系统要实现的功能，本文制订了选取单片机的两款方案。
方案一：使用美国MicroChip公司研发的PIC16F877单片机，这款单片机是一款被使用时间较长的典型8为单片机，无论是高校还是工业生产中都习惯将其成为PIC单片机，我们常说的PIC单片机是指一类通过内部特定结构实现的稳定度极高、抗电磁干扰能力显著的控制器。这种单片机在一些应用环境较为恶劣的场合非常常见，如路口的交通灯控制系统、工业生产中的主机运行等，在这些环境中，由于机器众多，电磁干扰现象非常严重，因此一些不采取保护措施的单片机就无法正常工作，而PIC单片机在不影响主频速度的情况下，通过改进内部电路结构同时施加一定的屏蔽措施，从而使得它能有条不紊的工作。如果本文选用PIC16F877单片机作为系统的主控，那么系统的稳定度将得到极大的提升，这款单片机另一个优点是具有DIP40双排直插封装可选，这样能够给电路的构建以及实物的焊接具有很大的便利性，不需要小心翼翼地去处理贴片管脚，能够大大促进毕业设计的成功性。另外PIC16F877单片机内部还集成了AD模数转换模块，能够实现高精度的信号采集功能，除此以外也包含定时器、中断以及UART等常用模块。
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