基于單片機的多能源手機充電器設計與研究論文

基于單片機的多能源手機充電器設計與研究論文

　　1 概述

　　由于化石燃料的燃燒，導致了全球環(huán)境污染和能源短缺，不可再生能源已經(jīng)是進(jìn)入緊急狀態(tài)，能源危機越來(lái)越制約著(zhù)國際社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展，全球能源日益緊張并且環(huán)境污染越來(lái)越嚴重，我們必須開(kāi)發(fā)使用清潔、可再生能源。目前使用最廣泛的是太陽(yáng)能、風(fēng)能，同樣溫差能也開(kāi)始受到廣泛關(guān)注。

　　太陽(yáng)能是一種可再生且無(wú)污染的自然資源。越來(lái)越多的國家已經(jīng)使太陽(yáng)能資源成為了各國經(jīng)濟發(fā)展的新動(dòng)力。太陽(yáng)能電池通過(guò)使用太陽(yáng)發(fā)出的光能和材料相互作用產(chǎn)生電，來(lái)避免環(huán)境污染的可再生能源。這對改善生態(tài)環(huán)境,緩解溫室氣體等方面具有重要的意義。

　　風(fēng)能，是一種公認的廉價(jià)環(huán)保且資源豐富的可再生能源。風(fēng)能的儲量非常豐富，并且是持續產(chǎn)生的。對于風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)相對成熟且開(kāi)發(fā)成本較低，很適合大規模開(kāi)發(fā)利用。由于風(fēng)能具有該優(yōu)點(diǎn)，所以得到了各國的高度重視和大力開(kāi)發(fā)使用。

　　溫差發(fā)電器是能將熱能直接轉化成電能的固態(tài)裝置。美國科學(xué)家湯姆遜在研究鯊魚(yú)鼻子時(shí)發(fā)現，鯊魚(yú)將外界環(huán)境溫差轉換成電信號，傳輸給大腦來(lái)掌握海洋溫度。并通過(guò)大量實(shí)驗研究，發(fā)現了湯姆遜效應�；�于該理論開(kāi)發(fā)而成具有將溫差轉換成電壓的半導體發(fā)電片。由于溫差發(fā)電的轉換效率低，造價(jià)高，僅在必要條件下才會(huì )使用，其開(kāi)發(fā)潛力仍不小。

　　目前，采用單一的新能源技術(shù)充電，極易受到受環(huán)境影響，而達不到預期的發(fā)電效果。太陽(yáng)能和風(fēng)能兩種資源都是取自自然環(huán)境，而自然環(huán)境又是瞬息萬(wàn)變的，所以采用單一的發(fā)電技術(shù)，很顯然會(huì )存在不穩定的弊端，難以長(cháng)期提供連續的電能。為了避免采用相當大的儲電裝置，對資金浪費，同時(shí)占用大量的場(chǎng)地。在此情況下，采用多種發(fā)電方式進(jìn)行互補是必要的。根據我國所處氣候區，該氣候具有很強的互補性。例如冬天，太陽(yáng)能輻射的強度較弱，風(fēng)力較大;夏季，風(fēng)力較小，太陽(yáng)能輻射強度高。同時(shí)，白天風(fēng)力較小，太陽(yáng)能輻射強度大;黑天太陽(yáng)能輻射強度接近為零，風(fēng)力較大。因此，太陽(yáng)能和風(fēng)能具有極強的互補性。

　　2 系統整體設計

　　2.1 系統整體結構設計

　　在全球能源危機越發(fā)顯著(zhù)的當下，開(kāi)發(fā)和使用新能源已是大勢所趨。為此，本課題在太陽(yáng)能、風(fēng)能、溫差能方面，進(jìn)行深度研究，提出并設計一套基于上述三種新能源技術(shù)的充電器，具體設計如下：硬件方面：新能源充電器主要由如下幾部分組成：?jiǎn)纹瑱C模塊、模數轉換模塊、液晶顯示模塊、降壓穩壓模塊等。

　　系統由STC89C51 控制，模數轉換芯片PCF8591 采集太陽(yáng)能電池板輸出電壓電流、風(fēng)力發(fā)電機輸出電壓，顯示在液晶屏中;太陽(yáng)能產(chǎn)生的電壓，經(jīng)降壓穩壓電路轉換輸出5V 電壓，實(shí)現手機充電。溫差能發(fā)電量較小，所以?xún)H留出接口，方便采用萬(wàn)用表測量。

　　2.2 單片機系統電路設計

　　本設計中，微處理器選用STC89C51 單片機。51 單片機設計電源電路、復位電路、時(shí)鐘電路，才可以使STC89C51 單片機穩定可靠地運行。設計中電源電路選用AOZ1016 降壓穩壓芯片，經(jīng)過(guò)降壓得到5.3V 電壓，該電壓可以滿(mǎn)足單片機的正常工作。復位電路采用上電復位，實(shí)現上電后即復位。

　　時(shí)鐘源電路采用無(wú)源晶振設計的，選用11.0592M 晶振作為系統的時(shí)鐘源。此外，單片機直接驅動(dòng)1602 液晶屏，顯示電壓信息。

　　2.3 降壓穩壓電路設計

　　本設計采用典型的BUCK 型電源芯片-AOZ1016 芯片作為降壓穩壓芯片。該芯片采用SO-8 封裝設計而成，內部集成P 溝道場(chǎng)效應管和肖特基二極管，使外圍電路非常簡(jiǎn)單。

　　2.4 A/D 轉換電路設計

　　PCF8591 是具有IIC 總線(xiàn)接口的8 位A/D 及D/A 轉換器。有4路A/D 轉換輸入，1路D/A 模擬輸出。這就是說(shuō)，它既可以作A/D 轉換也可以作D/A 轉換。A/D 轉換為逐次比較型。電源電壓典型值為5V。引腳功能如下：

　　PCF8591 芯片的模擬通道0 檢測手機手機充電電壓，模擬通道1 檢測風(fēng)能發(fā)電的電壓，模擬通道2 檢測太陽(yáng)能電池板發(fā)電電壓，模擬通道3 檢測手機充電電流。

　　2.5 充電控制電路設計

　　在實(shí)際應用中，為了保護手機免收過(guò)高的電壓沖擊而燒壞，本系統設計了充電控制電路。結合A/D 轉換電路，如果電壓超過(guò)5.5V，則斷開(kāi)充電電路，從而保護手機。同時(shí)，也設計了按鍵控制充電回路通斷的功能。

　　3 系統軟件設計

　　本設計的基本過(guò)程是從太陽(yáng)能電池板獲取太陽(yáng)能后，進(jìn)行電壓的降壓供系統供電和手機充電。而PCF8591 隨時(shí)進(jìn)行數模轉換，將風(fēng)能產(chǎn)生的電量、太陽(yáng)能電池板發(fā)電電壓、手機充電電壓和電流等數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后進(jìn)行LCD 液晶顯示屏顯示。另外，手機是否充電，以及充滿(mǎn)電后，均通過(guò)單片機控制充電電路的通斷。

　　4 結束語(yǔ)

　　本手機充電器系統的設計分為硬件電路設計和程序設計兩個(gè)部分，硬件電路設計屬于電路設計工作，通過(guò)對方案和可行性的分析，確定由89C51 單片機完成主電路的控制和測量，首先展開(kāi)對主要電路與控制硬件電路設計，硬件電路的設計主要是設計電路原理圖和原件，芯片參數的確定。在硬件電路設計上遇到不少麻煩，最初穩壓電路想用LM7805，但后來(lái)發(fā)現設計要求中要求只利用升壓，而LM7805 涉及降壓，因此改換aoz1016 芯片來(lái)升壓，再將電壓輸入usb 接口進(jìn)行控制充電。并且在后期換掉了ADC0809 改用PCF8591這個(gè)四路的AD 進(jìn)行數模轉換�？紤]到太陽(yáng)能電池板輸出電壓隨時(shí)波動(dòng)，所以采用AOZ1016 降壓穩壓芯片，產(chǎn)生5.3V 的穩定電壓，實(shí)現手機充電，并給單片機系統提供電源。采用51 單片機以及A/D 轉換芯片，采集手機充電的電壓值，并且顯示在1602 液晶屏上。

　　本設計首先進(jìn)行硬件設計和加工制作，在完成硬件加工，進(jìn)行軟件編程。最后得到完整的實(shí)物。通過(guò)對實(shí)物的功能測試，發(fā)現整個(gè)設計可以滿(mǎn)足將太陽(yáng)能為主要能源轉換成電能，并直接給手機充電。在測試過(guò)程中，功能達到要求，符合設計需求，具有實(shí)際應用價(jià)值。

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