智能充电器设计
目录
一、引言 1
（一）本课题的研究背景 1
（二）本课题研究的主要内容 1
二、 智能充电器的总体方案设计 2
（一）方案的选择 2
（二）系统总体设计方案 2
三、 智能充电器的硬件设计 4
（一）AT89C51单片机概述 4
（二）太阳能电池板模块 7
（三）LM7805稳压模块 8
（四）按键指示电路及实现 9
（五）LCD1602液晶显示器显示电路 10
（六）BUCK斩波电路 12
（七）电压电流的A/D采集 13
四、系统软件设计 15
（一）系统整体程序框架 15
（二）电路启动初始化 15
（三）按键采集流程图设计 16
（四）数据采集及模数转换程序 17
（五）充电子程序的设计 17
（六）电源子程序的设计 18
五、调试 19
总结 19
参考文献 20
附录1 原理图 22
附录2 程序 23
一、引言
（一）本课题的研究背景
新兴起来的太阳能电池技术不像传统能源那样必须要消耗水和燃料才能产生电能，而只需要太阳光的直接照射，太阳能就有电压产生。另外传统能源的使用必然伴随着产生大量的二氧化碳、一氧化碳等温室气体，严重影响地球上的环境，而太阳能能源作为一种清洁高效无污染的宝贵资源，无任何污物排除，从另一层面上，开发太阳能资源对拯救地球环境具有积极作用。
当下，在全世界的多种领域，如家用电器生产厂、通信部门、农业部门、商业部门、工业部门、航天 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
领域以及军事领域，太阳能电池被广泛的应用。尤其是在农村、海岛、沙漠、高山、边远地区等输电线路无法触及的地区，太阳能电池对他们来说更是一个福音。太阳能电池的开发及广为应用，对人类的发展以及地球的保护都具有重要作用。
（二）本课题研究的主要内容
本文设计的智能充电器主要通过智能型充电器外部的太阳能电池实现阳光和电能的转换工作，接着由内部的降压BUCK电路进行输出控制，由充电电路为智能型充电器内的充电电池充电，以备后用。由于智能型充电器的主要应用对象是为手机中的锂电池充电，而锂电池通常情况下不能够整个过程都是用恒流方式充电，最佳的方式是一开始先通过恒流方式对锂电池进行快速充电，等到锂电池的直流电压提高到系统的预设值时，控制系统自动将恒流充电变换为恒压充电，这种方式是对锂电池的一个很好保护，提高锂电池的使用寿命。本设计在充电时通过系统外部的LCD1602液晶显示器显示器及LED灯对充电过程进行指示，系统内部配置了性能极佳的过流保护措施，能够最大程度的避免过度充电而损坏电池，本设计采用太阳能供电，性能强大，充电容量在6000mAH以上，并且具有输出电压稳定在5V，而输出电流最大值达到1安培，能够方便快捷地为摄像机、MP3以及手机等电子设备安全有效地充电。
本文设计的智能充电器和市面上较为流行的普通智能型充电器相比，具有众多优点：
1、采用市电和太阳能两路供电，应变不同场合的应用；
2、具有控制作用，采用单片机作为主控核心，能够先给电池进行恒流充电再进行恒压充电，对电池起到极大地保护作用；
3、本智能型充电器内部的电压电流检测部分采用ADC0809数模转换器完成，采样数据分辨率高，为控制系统提供了准确的信号输入和反馈；
4、具有数目管和LED显示功能，能够让用户方便地了解到智能型充电器的充电状态；
5、本智能型充电器在设计的时候还配备了按键输入功能，能够灵活地通过按键选择输出的电路，从而为不同类型的数码产品供电。
二、智能充电器的总体方案设计
（一）方案的选择
方案一：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，片外结合太阳能电池板模块、DC/DC型BUCK电路模块、AD模数转换模块、按键模块、LCD1602液晶显示器显示模块、晶振电路模块以及复位电路模块而构成等模块而构成。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的自动窗帘启闭系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
方案二：采用51单片机作为控制核心，片外同样结合太阳能电池板模块、DC/DC型BUCK电路模块、AD模数转换模块、按键模块、LCD1602液晶显示器显示模块、晶振电路模块以及复位电路模块而构成，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案成本低廉，模块分明并且稳定性强。
综合上述两个方案的分析，本次设计采用方案二作为智能充电器的最终设计方案，下图为本智能充电器的总体结构图，系统分为AT89C51单片机主控模块，太阳能电池板模块、DC/DC型BUCK电路模块、AD模数转换模块、按键模块、LCD1602液晶显示器显示模块、晶振电路模块以及复位电路模块。
（二）系统总体设计方案
虽然太阳能能源是一种清洁高效的能源，但是作为采集它的太阳能电池在使用时却不是那么方便，目前生产的太阳能电池内阻非常大，再加上太阳光的光照强度变化范围非常大，所以这些情况累加起来就造成太阳能电池的输出电流很小，这种糟糕的情况需要引入其他控制电路跟太阳能电池相配合将输出电压进行变换才能得到有效地利用。在室外光线强度非常大的时候，太阳能电池板通过其表面的硅材料开始系统光能并转化为电能。目前较为常用的智能型充电器都是通过很大的电流全程为电池充电，直到将电能充满为止，这种方式虽然能够快速地将电池充满电，然而却对电池产生了极大地损害，不但会让电池产生很多的热量，而且其内部会产生不可恢复的结构破坏。于是本文将采用ATMEL公司研发的AT89C51单片机实现一个精良灵活的控制系统来对充电过程加以控制，使充电过程能够从恒流充电模式适时地转变为恒压充电模式。下图问本智能充电器的整体结构框图：
图1 系统结构框图
上图的框图可以描述为：太阳能电池板在接收到光照后会输出直流电压给BUCK模块，同时AT89C51单片机会给BUCK一个初始占空比的PWM波，从而让BUCK电路输出初始的直流电压供给负载，与此同时通过ADC0809模数变换芯片采集负载的电流和电压并将采集到的数据反馈给51单片机，单片机将采集到的数据与设定数据作比较，当负载两端的电压远小于其额定电压时，此时单片机将输出大占空比PWM给BUCK电路，从而能够让恒定的大电流通过负载，让其快速充电；当ADC0809采集到负载电压快要接近其额定电压时，将反馈信号传送给51单片机，单片机立即改变PWM波的占空比，从而让BUCK模块的输出变为恒压直流电压，让负载在恒压模式下充电。另外按键模块是为了改变设定值，而数码管模块显示充电电流和电压。
三、智能充电器的硬件设计
（一）AT89C51单片机概述
1.AT89C51单片机组成
下图2为AT89C51单片机的内部组成结构，这就是一个典型单片机的内部组成，将CPU、存储器、I/O口模块、定时器、总线模块以及其他外围模块全部集成在单一的芯片内，我们通常称它为单片机。其中CPU是整个芯片的核心，负责整个系统的计算、控制等过程，其他模块都是为了配合CPU的高速运算而设置的。
一、引言 1
（一）本课题的研究背景 1
（二）本课题研究的主要内容 1
二、 智能充电器的总体方案设计 2
（一）方案的选择 2
（二）系统总体设计方案 2
三、 智能充电器的硬件设计 4
（一）AT89C51单片机概述 4
（二）太阳能电池板模块 7
（三）LM7805稳压模块 8
（四）按键指示电路及实现 9
（五）LCD1602液晶显示器显示电路 10
（六）BUCK斩波电路 12
（七）电压电流的A/D采集 13
四、系统软件设计 15
（一）系统整体程序框架 15
（二）电路启动初始化 15
（三）按键采集流程图设计 16
（四）数据采集及模数转换程序 17
（五）充电子程序的设计 17
（六）电源子程序的设计 18
五、调试 19
总结 19
参考文献 20
附录1 原理图 22
附录2 程序 23
一、引言
（一）本课题的研究背景
新兴起来的太阳能电池技术不像传统能源那样必须要消耗水和燃料才能产生电能，而只需要太阳光的直接照射，太阳能就有电压产生。另外传统能源的使用必然伴随着产生大量的二氧化碳、一氧化碳等温室气体，严重影响地球上的环境，而太阳能能源作为一种清洁高效无污染的宝贵资源，无任何污物排除，从另一层面上，开发太阳能资源对拯救地球环境具有积极作用。
当下，在全世界的多种领域，如家用电器生产厂、通信部门、农业部门、商业部门、工业部门、航天 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
领域以及军事领域，太阳能电池被广泛的应用。尤其是在农村、海岛、沙漠、高山、边远地区等输电线路无法触及的地区，太阳能电池对他们来说更是一个福音。太阳能电池的开发及广为应用，对人类的发展以及地球的保护都具有重要作用。
（二）本课题研究的主要内容
本文设计的智能充电器主要通过智能型充电器外部的太阳能电池实现阳光和电能的转换工作，接着由内部的降压BUCK电路进行输出控制，由充电电路为智能型充电器内的充电电池充电，以备后用。由于智能型充电器的主要应用对象是为手机中的锂电池充电，而锂电池通常情况下不能够整个过程都是用恒流方式充电，最佳的方式是一开始先通过恒流方式对锂电池进行快速充电，等到锂电池的直流电压提高到系统的预设值时，控制系统自动将恒流充电变换为恒压充电，这种方式是对锂电池的一个很好保护，提高锂电池的使用寿命。本设计在充电时通过系统外部的LCD1602液晶显示器显示器及LED灯对充电过程进行指示，系统内部配置了性能极佳的过流保护措施，能够最大程度的避免过度充电而损坏电池，本设计采用太阳能供电，性能强大，充电容量在6000mAH以上，并且具有输出电压稳定在5V，而输出电流最大值达到1安培，能够方便快捷地为摄像机、MP3以及手机等电子设备安全有效地充电。
本文设计的智能充电器和市面上较为流行的普通智能型充电器相比，具有众多优点：
1、采用市电和太阳能两路供电，应变不同场合的应用；
2、具有控制作用，采用单片机作为主控核心，能够先给电池进行恒流充电再进行恒压充电，对电池起到极大地保护作用；
3、本智能型充电器内部的电压电流检测部分采用ADC0809数模转换器完成，采样数据分辨率高，为控制系统提供了准确的信号输入和反馈；
4、具有数目管和LED显示功能，能够让用户方便地了解到智能型充电器的充电状态；
5、本智能型充电器在设计的时候还配备了按键输入功能，能够灵活地通过按键选择输出的电路，从而为不同类型的数码产品供电。
二、智能充电器的总体方案设计
（一）方案的选择
方案一：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，片外结合太阳能电池板模块、DC/DC型BUCK电路模块、AD模数转换模块、按键模块、LCD1602液晶显示器显示模块、晶振电路模块以及复位电路模块而构成等模块而构成。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的自动窗帘启闭系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
方案二：采用51单片机作为控制核心，片外同样结合太阳能电池板模块、DC/DC型BUCK电路模块、AD模数转换模块、按键模块、LCD1602液晶显示器显示模块、晶振电路模块以及复位电路模块而构成，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案成本低廉，模块分明并且稳定性强。
综合上述两个方案的分析，本次设计采用方案二作为智能充电器的最终设计方案，下图为本智能充电器的总体结构图，系统分为AT89C51单片机主控模块，太阳能电池板模块、DC/DC型BUCK电路模块、AD模数转换模块、按键模块、LCD1602液晶显示器显示模块、晶振电路模块以及复位电路模块。
（二）系统总体设计方案
虽然太阳能能源是一种清洁高效的能源，但是作为采集它的太阳能电池在使用时却不是那么方便，目前生产的太阳能电池内阻非常大，再加上太阳光的光照强度变化范围非常大，所以这些情况累加起来就造成太阳能电池的输出电流很小，这种糟糕的情况需要引入其他控制电路跟太阳能电池相配合将输出电压进行变换才能得到有效地利用。在室外光线强度非常大的时候，太阳能电池板通过其表面的硅材料开始系统光能并转化为电能。目前较为常用的智能型充电器都是通过很大的电流全程为电池充电，直到将电能充满为止，这种方式虽然能够快速地将电池充满电，然而却对电池产生了极大地损害，不但会让电池产生很多的热量，而且其内部会产生不可恢复的结构破坏。于是本文将采用ATMEL公司研发的AT89C51单片机实现一个精良灵活的控制系统来对充电过程加以控制，使充电过程能够从恒流充电模式适时地转变为恒压充电模式。下图问本智能充电器的整体结构框图：
图1 系统结构框图
上图的框图可以描述为：太阳能电池板在接收到光照后会输出直流电压给BUCK模块，同时AT89C51单片机会给BUCK一个初始占空比的PWM波，从而让BUCK电路输出初始的直流电压供给负载，与此同时通过ADC0809模数变换芯片采集负载的电流和电压并将采集到的数据反馈给51单片机，单片机将采集到的数据与设定数据作比较，当负载两端的电压远小于其额定电压时，此时单片机将输出大占空比PWM给BUCK电路，从而能够让恒定的大电流通过负载，让其快速充电；当ADC0809采集到负载电压快要接近其额定电压时，将反馈信号传送给51单片机，单片机立即改变PWM波的占空比，从而让BUCK模块的输出变为恒压直流电压，让负载在恒压模式下充电。另外按键模块是为了改变设定值，而数码管模块显示充电电流和电压。
三、智能充电器的硬件设计
（一）AT89C51单片机概述
1.AT89C51单片机组成
下图2为AT89C51单片机的内部组成结构，这就是一个典型单片机的内部组成，将CPU、存储器、I/O口模块、定时器、总线模块以及其他外围模块全部集成在单一的芯片内，我们通常称它为单片机。其中CPU是整个芯片的核心，负责整个系统的计算、控制等过程，其他模块都是为了配合CPU的高速运算而设置的。
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