单片机的太阳能充电器的设计与制作
目 录
一、 引言 1
（一） 太阳能充电器的发展背景 1
（二） 太阳能充电器的国内外发展现状 1
（三） 本文主要内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制系统的主控芯片对比与选择 3
（二） AT89C51单片机 3
（三） LCD1602字符点阵型液晶显示器 4
（四） 光伏板模块 5
（五） LM7805三端稳压芯片 6
（六） ADC0832模数转换器 7
（七） BUCK电路模块 8
三、 硬件系统设计 9
（一） 太阳能充电器的原理框图设计 9
（二） 单片机最小系统设计 9
（三） LCD1602液晶屏与单片机电路设计 10
（四） LM7805稳压芯片电路设计 11
（五） 光伏板与BUCK稳压电路设计 11
四、 软件系统设计 13
（一） 太阳能充电器的软件流程设计 13
（二） 显示器的工作流程设计 14
五、 Proteus仿真与调试 16
总结 19
致谢 21
参考文献 22
附录一 原理图 23
附录二 元件列表 24
附录三 程序 25
引言
太阳能充电器的发展背景
所谓太阳能充电器指的是将太阳能作为能源输入，通过内部电路的转换作用，能够为手机等常用电器充电的一种电子控制系统，它有模拟电路式以及模拟数字混合式两种类型，模拟电路式太阳能充电器出现较早，内部结构简单，通常由光伏模块、稳压装置以及其他一些必要部分组成，由于内部不含有过流检测以及过压检测等功能，因此成本非常低；而数字模拟混合式充电器在模拟式的基础上添加了数字模块，使得充电器可以实现控制，因此过流过压以及显示功能在这种类型的充电器中非常常见。光伏技术是人类在意识到太阳能这个清洁并且无处不在的资源后，结合先进的半导体技术发明出来的，利用太阳这个天然的核反应堆，能够为人类带来取之不尽用之不竭的能源，因此科学家利用半导体中功能千变万化的
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一些必要部分组成，由于内部不含有过流检测以及过压检测等功能，因此成本非常低；而数字模拟混合式充电器在模拟式的基础上添加了数字模块，使得充电器可以实现控制，因此过流过压以及显示功能在这种类型的充电器中非常常见。光伏技术是人类在意识到太阳能这个清洁并且无处不在的资源后，结合先进的半导体技术发明出来的，利用太阳这个天然的核反应堆，能够为人类带来取之不尽用之不竭的能源，因此科学家利用半导体中功能千变万化的PN结，发明出能够实现光电转换的结构，当阳光照射到这种半导体晶体上时，光能迅速以电流进行输出，这就是今天我们常见的光伏太阳能板，在路边的一些交通灯顶部较为常见，它将太阳能转换为电能后为交通灯提供电能。而在太阳能充电器中，也具有这个模块，它输出的电压为系统内部的其他模块进行供电，从而使得太阳能充电器无需外界电源即可使用。在传统式的模拟电路太阳能充电器中，只有光伏板和稳压模块两个部分，当太阳照射到光伏板上将有6至10V左右的电压输出，电压输出大小随着阳光的强度而发生变化，因此光伏板输出的电压不能够直接为手机等设备充电，变化不定的电压很容易损坏电子设备，因此必须将光伏板输出的直流电压稳定在5V，当光照强度变化时，输出的5V直流电压不变化，这就是所谓的模拟电路式太阳能充电器，内部全部是模拟电子线路，没有一片数字芯片的存在，这种充电器在被使用了很长一段时间后，使用者纷纷反应它存在的几大缺点，一是当给电池充满电后，充电器仍然保持在大电流的充电模式，经常将电池充坏；二是充电器使用起来不太方便，因为用户看不到它是不是处于工作状态，设计人员根据这两个缺点，设计出了一种新型的太阳能充电器，将微处理器引入系统内部，通过对电流的检测实现过压过流保护等动作，并且能够根据充电电压电流的大小，判断出充电器的工作状态，并将其显示在液晶屏上反馈给使用者，大大提高了用户体验度。
太阳能充电器的国内外发展现状
太阳能转换技术是目前国内外在研究的一个热点技术，它以转换效率、转换速率以及对环境的污染程度等指标反应该技术的发展现状，目前全世界很多企业和研究小组对太阳能充电器都有研究，大功率充电器以及开关电源是他们的所研究的核心问题，将光伏技术与开关电源技术相结合，设计出最大电流能够达到10安培，输出电压为5V的太阳能充电器。
本文主要内容
本文以太阳能充电器控制系统为研究目标，设计了一款通过能够通过太阳能为手机等电子设备充电的电子设备，并通过单片机的控制作用实现过压保护以及过流保护。在文章第一章，主要对汽车电子系统以及灯光控制的发展背景和国内外发展现状进行了描述，第二章对系统的设计方案以及元器件进行了选择和介绍，文章的第三章对硬件系统进行了设计，第四章主要对软件系统进行了设计，第五章通过Keil以及Proteus两款软件实现了太阳能充电器系统的仿真。
方案选择及元器件介绍
控制系统的主控芯片对比与选择
方案一：若以使用经验和成本为第一考虑要素，那么51单片机将是一个不错的选择。目前市面上51单片机具有广泛的市场，无论是在高校教学还是工业控制场合，都能看到51单片机的身影。大学期间的单片机课程主要对51单片机（如AT89C51、STC89C51等）的内部结构、使用方法等有过全面的教学，并且其内部寄存器数量较少，相比于其他类型的单片机更容易进行程序构建，选择51单片机作为主控核心，能够使得顺利完成毕业设计具有保障。另外在成本方面，51单片机芯片根据其内部资源情况价格不一，但价格都相对较低廉；51单片机的程序烧写方式采用两根线形式的串口来完成，这样相对于其他厂家的单片机来说，无需配置价格昂贵的仿真器。在单片机性能上，所有51单片机都采用同一种内核——MCS—51作为CPU，外部都集成了计时器、中断以及串口等模块，这样极大方便了系统软件系统的构建；不但如此，51单片机的处理速度也能够胜任大多数应用场合。
方案二：若从单片机处理速度、性能、稳定度以及内置资源等方面考虑，意大利ST公司的STM32单片机是最佳选择。在处理速度上，其主频达到72MHz以上，内部高稳定度的PLL锁相环模块能够将外部时钟倍频到工作频率，这样就大大提高了指令的处理速度。STM32单片机芯片内部大多集成了ADC、DAC、IIC、SPI以及DMA等常用模块，这点是51单片机所不具有的，这样往往通过一片STM32芯片就能完成一个复杂系统的设计。其内部程序储存器（FLASH）空间大小达到64k以上，而51单片机只有4k或者8k左右，这样在进行庞大系统的构建时，就无需进行片外FLASH的配置了。虽然STM32单片机相对于51单片机有这么多的优点，然而其在本课题中的缺点也是不可小觑的，第一STM32的寄存器高达上百个，如果没有相关开发经验，那么将无从下手；第二STM32单片机芯
一、 引言 1
（一） 太阳能充电器的发展背景 1
（二） 太阳能充电器的国内外发展现状 1
（三） 本文主要内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制系统的主控芯片对比与选择 3
（二） AT89C51单片机 3
（三） LCD1602字符点阵型液晶显示器 4
（四） 光伏板模块 5
（五） LM7805三端稳压芯片 6
（六） ADC0832模数转换器 7
（七） BUCK电路模块 8
三、 硬件系统设计 9
（一） 太阳能充电器的原理框图设计 9
（二） 单片机最小系统设计 9
（三） LCD1602液晶屏与单片机电路设计 10
（四） LM7805稳压芯片电路设计 11
（五） 光伏板与BUCK稳压电路设计 11
四、 软件系统设计 13
（一） 太阳能充电器的软件流程设计 13
（二） 显示器的工作流程设计 14
五、 Proteus仿真与调试 16
总结 19
致谢 21
参考文献 22
附录一 原理图 23
附录二 元件列表 24
附录三 程序 25
引言
太阳能充电器的发展背景
所谓太阳能充电器指的是将太阳能作为能源输入，通过内部电路的转换作用，能够为手机等常用电器充电的一种电子控制系统，它有模拟电路式以及模拟数字混合式两种类型，模拟电路式太阳能充电器出现较早，内部结构简单，通常由光伏模块、稳压装置以及其他一些必要部分组成，由于内部不含有过流检测以及过压检测等功能，因此成本非常低；而数字模拟混合式充电器在模拟式的基础上添加了数字模块，使得充电器可以实现控制，因此过流过压以及显示功能在这种类型的充电器中非常常见。光伏技术是人类在意识到太阳能这个清洁并且无处不在的资源后，结合先进的半导体技术发明出来的，利用太阳这个天然的核反应堆，能够为人类带来取之不尽用之不竭的能源，因此科学家利用半导体中功能千变万化的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
一些必要部分组成，由于内部不含有过流检测以及过压检测等功能，因此成本非常低；而数字模拟混合式充电器在模拟式的基础上添加了数字模块，使得充电器可以实现控制，因此过流过压以及显示功能在这种类型的充电器中非常常见。光伏技术是人类在意识到太阳能这个清洁并且无处不在的资源后，结合先进的半导体技术发明出来的，利用太阳这个天然的核反应堆，能够为人类带来取之不尽用之不竭的能源，因此科学家利用半导体中功能千变万化的PN结，发明出能够实现光电转换的结构，当阳光照射到这种半导体晶体上时，光能迅速以电流进行输出，这就是今天我们常见的光伏太阳能板，在路边的一些交通灯顶部较为常见，它将太阳能转换为电能后为交通灯提供电能。而在太阳能充电器中，也具有这个模块，它输出的电压为系统内部的其他模块进行供电，从而使得太阳能充电器无需外界电源即可使用。在传统式的模拟电路太阳能充电器中，只有光伏板和稳压模块两个部分，当太阳照射到光伏板上将有6至10V左右的电压输出，电压输出大小随着阳光的强度而发生变化，因此光伏板输出的电压不能够直接为手机等设备充电，变化不定的电压很容易损坏电子设备，因此必须将光伏板输出的直流电压稳定在5V，当光照强度变化时，输出的5V直流电压不变化，这就是所谓的模拟电路式太阳能充电器，内部全部是模拟电子线路，没有一片数字芯片的存在，这种充电器在被使用了很长一段时间后，使用者纷纷反应它存在的几大缺点，一是当给电池充满电后，充电器仍然保持在大电流的充电模式，经常将电池充坏；二是充电器使用起来不太方便，因为用户看不到它是不是处于工作状态，设计人员根据这两个缺点，设计出了一种新型的太阳能充电器，将微处理器引入系统内部，通过对电流的检测实现过压过流保护等动作，并且能够根据充电电压电流的大小，判断出充电器的工作状态，并将其显示在液晶屏上反馈给使用者，大大提高了用户体验度。
太阳能充电器的国内外发展现状
太阳能转换技术是目前国内外在研究的一个热点技术，它以转换效率、转换速率以及对环境的污染程度等指标反应该技术的发展现状，目前全世界很多企业和研究小组对太阳能充电器都有研究，大功率充电器以及开关电源是他们的所研究的核心问题，将光伏技术与开关电源技术相结合，设计出最大电流能够达到10安培，输出电压为5V的太阳能充电器。
本文主要内容
本文以太阳能充电器控制系统为研究目标，设计了一款通过能够通过太阳能为手机等电子设备充电的电子设备，并通过单片机的控制作用实现过压保护以及过流保护。在文章第一章，主要对汽车电子系统以及灯光控制的发展背景和国内外发展现状进行了描述，第二章对系统的设计方案以及元器件进行了选择和介绍，文章的第三章对硬件系统进行了设计，第四章主要对软件系统进行了设计，第五章通过Keil以及Proteus两款软件实现了太阳能充电器系统的仿真。
方案选择及元器件介绍
控制系统的主控芯片对比与选择
方案一：若以使用经验和成本为第一考虑要素，那么51单片机将是一个不错的选择。目前市面上51单片机具有广泛的市场，无论是在高校教学还是工业控制场合，都能看到51单片机的身影。大学期间的单片机课程主要对51单片机（如AT89C51、STC89C51等）的内部结构、使用方法等有过全面的教学，并且其内部寄存器数量较少，相比于其他类型的单片机更容易进行程序构建，选择51单片机作为主控核心，能够使得顺利完成毕业设计具有保障。另外在成本方面，51单片机芯片根据其内部资源情况价格不一，但价格都相对较低廉；51单片机的程序烧写方式采用两根线形式的串口来完成，这样相对于其他厂家的单片机来说，无需配置价格昂贵的仿真器。在单片机性能上，所有51单片机都采用同一种内核——MCS—51作为CPU，外部都集成了计时器、中断以及串口等模块，这样极大方便了系统软件系统的构建；不但如此，51单片机的处理速度也能够胜任大多数应用场合。
方案二：若从单片机处理速度、性能、稳定度以及内置资源等方面考虑，意大利ST公司的STM32单片机是最佳选择。在处理速度上，其主频达到72MHz以上，内部高稳定度的PLL锁相环模块能够将外部时钟倍频到工作频率，这样就大大提高了指令的处理速度。STM32单片机芯片内部大多集成了ADC、DAC、IIC、SPI以及DMA等常用模块，这点是51单片机所不具有的，这样往往通过一片STM32芯片就能完成一个复杂系统的设计。其内部程序储存器（FLASH）空间大小达到64k以上，而51单片机只有4k或者8k左右，这样在进行庞大系统的构建时，就无需进行片外FLASH的配置了。虽然STM32单片机相对于51单片机有这么多的优点，然而其在本课题中的缺点也是不可小觑的，第一STM32的寄存器高达上百个，如果没有相关开发经验，那么将无从下手；第二STM32单片机芯
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