便携式太阳能手机充电器.docx

学号，西北师范高校知行学院本科学生毕业论文（设计）便携式太阳能手机充电器系别名称：计算机及电子信息工程系专业名称：电子信息工程（电器及自动化方向）学生姓名：李长林指导教师：车玮讲师二。一七年三月BACHE1.ORSDEGREETHESISOFZHIXINGCO1.1.EGEOFNWNUPortab1.eso1.armobi1.echargerDeptofSubject：Computerande1.ectronicinformationengineering!E1.ectronicinfo11nationcngineering(c1.cctrica1.andautomationdirection)Name：ChangIinIiDirectedby：ChcWci1.ecturerMarch2017摘要随着手机科技的迅猛发屣，智能手机早已普及现实生活，几乎是“人手一机”人们的生活也越来越离不开手机。然而，美中总有不足，由于智能手机耗电量大，以及人们的频繁运用，致使人们不得不“一口一充”所以外出的时候常常会遇到手机没电的状况,就回让信息的传输和沟通陷入逆境，导致一些原本可避开的经经损失.本课题设计/一种便携式太阳能手机充电器，通过光电转换，它就可以很好地解决上述问题，从而给人们的生活带来很大的便利.既节约r能量，又运用便利，再也不用担忧出行时手机没电的问题，保证r信息沟通的畅通，是出行时的必备品.太阳能取之不尽，用之不竭,而且清洁环保,不产生任何污染物。所以它有着广袤的应用市场，而太阳能发电技术正在引起国内外的高度关注，现在，光伏组件的市场价格不断呈降低趋势,因此，我们信任太阳能光伏发电系统代替其他能源发电系统指日可待，从而给人们的生活带来极大的便利.太阳能;手机充电;单片机：光电转换ABSTRACTWiihtherapiddeve1.opne11ofscienceandtechno1.ogyoftheinte1.1.igentmobi1.ephone,mobi1.ephonehas1.ongbeenpopu1.arinrea1.1.ife,isa1.n)sta"onetoone"pp1.c,s1.itemoreandmorecannotdowithoutmobi1.ephone®However,thetota1.1.ackofinte1.1.igentmobi1.ephone,becauseof1.argepowerconsumption,andthefrequentuse,causingpeop1.eto"onedayachargesowhengoout.oftenencounterthesituationof11)obi1.ephonebatter).makesthetransmissionandexchangeofinfo11nationintroub1.e,resu1.tinginsomeoftheorigina1.canbeavoidedbythe1.oss.ITiisPaPerdesignsaportab1.eso1.armobi1.ephonecharger,throughthephotoe1.ectricconversion,itcanso1.vetheprob1.emVCrywe1.1.,whichbringsgreatconveniencetopeop1.e"s1.ife.Noton1.ysaveenergy,buta1.soeasytouse.no1.ongerhavetoworrj,aboutthetrave1.11H)bi1.ephonewithoute1.ectricityprob1.ems,ensurethesmoothcommunicationofi11fo11naiion.Isnecessarytotrave1.So1.arenergyisinexhaustib1.e,inexhaustib1.e,andc1.ean.doesnotproduceanypo1.1.ution.Soithasabroadapp1.icationmarket,andso1.arpowergenerationtechno1.ogyishigh1.yconcernedathomeandabroad,themarketpriceofthePVmodu1.eisconstant1.ydecreasing,therefore,webe1.ievethatso1.arenergyPhotovo1.taicPOWergenerationsystemtorep1.aceotherenergygenerationsystemcanbringgreatconveniencetopointthedayandawaitfori1.,topeop1.e,s1.ife.Keywords：So1.arenergy;nubi1.ephonecharging;MCU1。前言120设计要求及总体方案22。1系统设计任务22, 2设i昉案22.2。 1设计步骤22.3。 2原件类型33»论文主题331系统元器件选型33.1.1太阳能电池板选型33.12单片机选型43. k3AD转换芯片选型43.1 .4降压稔压芯片选型43.2 硬件电路设计43。2.1系统原理图43。2.2单片机系统电路设计53.2.3A/D转换电路设计63.3 系统软件设计63。3.1系统程序框架设计63.3.2A/D转换程序73。4液晶显示程序94.系统调试及性能测试91. 1电路板焊接94. 2硬件检杳105. 3软硬件调试106. 4功能测试11结论13致谢14参考文献15便携式太阳能手机充电器学生姓名：李长林指导老师：车玮1 .前言随着社会的发展，化石燃料不断运用，导致全球环境不断污染和能源短缺，如电力、煤炭、石油等不行再生能源已经面临枯竭，能源危机渐渐成为制约国际社会经济发展的瓶颈，所以人类须要抓紧节奏开发出新的能源代咨原有资源.为了人类社会的健康发展，我们必需增加运用清洁、可再生能源。太阳能取之不尽,用之不竭，是一种清洁环保且不产生任何污染的自然资源。作为一种新动力，世界上很多国家都着手实施“太阳能项目”。太阳能电池通过光电转换来为设得充电，运用过程中不消耗燃料和水以及其他物质，不会向外界排放出任何有需气体，从而解决了运用其他资源时对环境污染的问题,因此，对爱护环境，削减温室气体的排放方面有重大作用。太阳能充电器对比于其他充电设备有更多的可赞之处，第一是取之不尽，恒久也用不完，而且无任何污染。其次，随身携带，特别便利，只要有阳光，无论何时何地都保障您及挚友以及家人保持联系。所以在节能、经济、环保、平安方面，太阳能充电器都有它的优越之处。目前,太阳能电池已经普及到了军事和航空航天领域的工业、农业、商业、通信设备等各个方面,特殊是在偏远地区，列如沙漠、海岛和农村等。太阳能发电系统的运用不仅能够节约电力线路铺设的成本，而且避开了有害废物的产生，已为国家环境爱护和再生清洁能源的开发供应了很好的衽例.太阳能电池板利以用太阳辐射为主要途径,为大规模利用发展太阳能奠定了基础,同时我们看到了太阳能作为一种新的自然资源越来越引起各个国家的广泛关注。此外，就日常生活来说,随若智能手机功能越来越完善，屏幕越来越大，因此耗电量也越来越大。人们在旅途中如若遇到意外，不能给手机等设备充电时，方可采纳太阳能进行充电“因此，本设计在实际生产生活中也具有特别重要的好用价值。基于上述太阳电池的多种优点，以及好用性和可行性，我们来进行太阳能手机充电器的探讨及设计.2o设计要求及总体方案2。1系统设计任务设计并制作个完整的便携式太阳能手机充电系统.利用太阳能电池板将太阳能转换为电能，经过DC/AC变换电路运算处理后将电池板电压、USB输出电压进行监测和转换。单片机将会对采集的数据进行分析处理。接着，液晶显示屏对电压进行显示.此外,运用USB接口和数据线，就能给手机、MP3、摄像机等多种数备进行充电，2 .2设计方案2。2。1设计步骤图2-1系统设计步骤设计中,运用51单片机限制整个系统的运行，不仅降低了设计成本，而且可以为其他适用的数码产品进行充电。太阳能电池板将太阳能转变为电能。接着经过降压稳用电路处理,得到相对稳定的5v电压，既可通过USB接口给手机充电，也能给充电宝充电.此外,还能给单片机供电。USB接口两端的电乐通过单片机限制的PCF8591实时采集太阳能电池板电压，并显示在液晶屏上.最终,让PCF8591实现数据的采集及转换并传给单片机做分析处理，以此来限制整个系统电路正常工作。本系统总体设计步骤如图2-1所示2. 2.2原件类型表2-1原件类型元件类型型号数量单片机89C511芯片PCF85911芯片1.M2576T1液品屏1电阻3电容2品报12.OOOM1太阳能电池板12V5W1插件排阻A103G1用特基二极管SSM13。论文主题2.1 系统元器件选型3.1. 1太阳能电池板选型当火热的阳光照耀到太阳能电池板上时，有很小一部分被电池板表面反射掉，剩下了的被半导体汲取“汲取的光产生“电子一空穴对”通过光电效应或者光化学效应干脆把光能转化成电能.在这方面，域常用的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅以及太阳能电池等三种.因为要在户外，或者太阳光照不足够的地区运用。所以，非晶硅太阳能电池对太阳光照条件耍求很低，基于设计的须要，本系统采纳多晶硅太阳能电池板来设计制作.本设计采纳开路电压为6V的电池板，通过1.M2576T降压稳压电路，实现输出5V电压供手机充电。3.1.1 2单片机选型89C5I是一种高效微限制器。当前运用最为广泛的8位系列单片机是51系列单片机，它不仅具有丰富的开发资源，而且成本很低。本设计将采纳51单片机做为整个系统的的限制器。3.1.3 AD转换芯片选型PCF8591P是一款单电源、低功耗8位CoMS型A/D、D/A转换芯片，该器件具有多路模拟量输入、片上跟踪保持'8位A/D转换和8位EyA转换等功能,A/D及D的最大转换速率由PC总线的最大传输速率确定。PCF8591具仃以下特点：(1)单电源供电；(2)正常工作电源电压范用为2。5V6V:(3)运用FC总线来进行数据的传输：PCF8591在本电路中主要担当数模转换的作用,将电路中测室的电压电流状况转换为数字信号并在1.CD1602液晶显示涔中显示。3.1.4 降压程压芯片选型本设计采纳1.M2576T芯片，应用于降压稳压电路,其参数如下：材质：硅管，三极管结构：npn,二极管用途：功率管,适用频率：离频管.功率：大功率管,封装方式：插件三极管。3。2硬件电路设计3。2。1系统原理图本系统首先采纳捺压电路，将电池板输出电压稳定在5V输出,并干脆给手机充电：采纳89C51做为充电电路的监测器，该单片机干脆驱动液晶屏显示手机充电电压。总体设计原理图如图3-1所示。图31系统总体设计原理图3.2. 2单片机系统电路设计该系统电路包括了电源电路、更位电路以刚好钟源电路。其中，包位电路采纳阻容曳位电路。时钟源电路采纳无源晶振设计。电源电路干脆采纳降压稳压电路得到的5Y电压：最终，单片机限制液晶显示器并且显示出电压值数值。89C51单片机系统电路设计如图322所示：图3-2单片机电路原理图PC859Ip引脚、结构图如图33所示。J_AkVfa-1.S-2I<JVDD153AIMAQ1."IN2VREF'-1.1.4135AIA3AuNb12AoEaT1.OSC'_1.1.1082SCI.9VSSSDA'图3-3PCF8591P引脚引脚功能如下：AINO-AIN3:模拟信号输入:A0-A2：引脚地址:VDD、VSS：电源端(2.5-6V):SDA、SC1.:总线的Q据线、时钟线：0SC：外部时钟输入端，内部时钟输出端：EXT：内部、外部时钟选择线,运用内部时钟时EXT接地:AGND:模拟信号接地:AQU：D/A转换输出端：VREF：基准电源端.3o3系统软件设计3. 3.1系统程序框架设计具体流程图如下图所示:3.3»2A/D转换程序A/D检测程序,主函数,和液晶显示罂子程序都包含及整个系统中。在此,对下ZD检测程序作重点介绍。PCF859IP芯片内部可编程限制字有两个：个是地址选择字，个是转换限制字JVD器件高四位地址和低三位地址分别为100I和AO,A1.,A2,由硬件电路确定，地址的最终位是方向位RV.MCU向AD洛件进行读操作时为1，写时为仇表31D7D6D5D4D3D2DDo1001A2A1.AOR/W限制寄存器中存放PCF859I的转换限制字,用它来实现芯片运行期间的各种功能)表32D7D6D5I),D3D2D1DoDO.D1：通道选择位。00为通道0：O1.为通道I：10为通道2:11为通道3。D2:自动增量允许位为1时，道转换后，将会切换到下个通道，自动增量允许位为为0时，将不会进行进行通道的转换，须要说明的是,还可以运用软件进行通道的转换。D3:特征位，固定位0。D4、D5:模拟量输入方式选择位.D6：模拟输出限制位。D7：特征位,固定为0.配宣PCF8591芯片,并且进行读取模拟电压值操作。具体程序如卜所示：voidA(K1.PCF8591<charcontro1.byte)ucharidatareceiveda,i-0：iic_star(>：1 ICSendByte(PCF859i_WRITE):限制字check_ACK();if<FO=1)SystemError=1;return：)IicscniIByte(Contro1.byte):限制字CheCk_ACK():if(FO=1)(Sys1.emError=1;return：)iic,startOs重新发送起先吩咐2 ICSendByte(PCF8591_READ)：限制字CheCk_AeK():if(FO=1)(SystemError=1;return：)IICreCCiVCBy1.CO：不整任何读取一次，然后再调将读读取的依次s1.avc-ACK()t接受字节并发送应答»hi1.e(i<4)(rcceive-da=IICrcccivcByie0：receivebufi*=receive_da：s1.ave_ACK();/接受字节并发送应答)s1.ave_NOACK0：接受字节并发送应答iic-st<)：)3. 4液晶显TB程序系统运用单片机限制该液显示器.在显示之前，须要先对1602液晶显示器进行初始化设计，方法如下：(1)发送0x38H指令到1602.假如液晶显示器没处在工作繁忙状态的话，将马上进行初始化操作，单片机发送数据后就会显示数值。(2)由于16()2是可以显示2行每行16个字符,所以在显示前，须要设定显示位(3)液晶显示程序如下所示:showva1.ue(rcceivebuf1.)：显示通道11.cd_pos(0x42):1.cdjdat(dis2);1.cd_pos(Ox1.I);ICdjdat(dis1)s1.cd_pos(0x45)：ICdjrdat(dis)：/赘数位显示第一位小数显示其次位小数显示de1.ay(10)；4o系统调试及性能测试401电路板焊接设计完统硬件的选型及组装之后,接着进行各方面的检测及调试，首先，在焊接元器件的时时候，应根据元件在在板子上的高度从低到高依次焊接。先焊接核心芯片、贴片电阻电容，然后焊接晶振、堆拌插针，在焊接电源插头、电源模块等.最终做整体检查，检查无误后得到的电路板如图4-1所示：图IT系统整体硬件图4«2硬件检查(1)检查电路系统运行之前,应当通过各种手段来检测焊接过程中产生的错误以及不合适.参考电路图的指示，严格根据依次检查。首先检查源是否接错,电源及地仃没仃短路,二极管方向和电解电容的极性有没有接反,此外,还要留意器件已经是否有虚焊现彖，如有，应当刚好改正。(2)通电视察以上检查均没有问题后.接通电源。首先要视察是否有异样现象，如目烟、异样气味、放电的声光、元涔件发烫等。假如有.应马上关断电源，待解除故障后方可羽新接通电源。上述检查均无误后,进行软件以及硬件调试。4. 3软硬件调试首先运用软件模拟调试,运用开发单片机程序的计算机去模拟单片机的指令执行，并虚拟单片机片内资源，从而实现调试的目的，但是软件调试无法刚好模拟单片机的执行时序，为了解决软件调试的问题，我们再硬件谢试，大致过程如卜?计售机软件把编译好的程序通过串行口、并行口或者USB口传输到硬件谢试设备中,仿真器仿真全部的单片机资源，仿真器可以接入实际的电路中，然后及单片机一样执行。同时,仿真器也会返回单片机内部内存刚好序等状况给计算机的协助软件，这样就可以在软件里看到真实的执行状况.本设计采纳软硬件调试的方法，对编写好的程序先后进行调试检验，显示功能正常.4.4功能测试在焊接完成之后，进行功能测试。当电池板正对阳光时.液晶屏可以清楚的显示出手机充电时的电压,即降压稳压电路输出电压.当手机接到USB充电口时.手机上可显示正在充电,如下图4-2,4-3所示：屏Si999O0000OOJn<*PCCNOPROB1.EM1-5.6U2-4.98U'。b(5OOOOOOOOO0°Q“JP1.QOOOQOOQOOOOOOOOGoooooco0000000000oooooo图4-2理件测试效果图（无手机）NOPROB1.EM1.-18.1U2-4.98UQOQOQ9oooooooooooooROQOOOOO一ooooo1.2229ooo.Hsssss:oooUQOO煦OoVooo500SJO。50030。*o>oo现将硬件测试结果汇总如下:表4一1刈试结果次数光照强度单位：1.UX显示电压数值单位：V10.1万T万（自然光液品屏无任何数据显示22万一4万（早核）液晶屏显示输入电压1-5；液晶屏显示输出电压】一3.836万一8万（中午）液晶屏显示输入电压1-25,6：液晶屏显示输出电压1-5.015万-6万（下午）液晶屏显示输入电压1-16,5:液晶屏显示输出电压15.0本设计在做测试时很简洁受到外界的影响.测试的时间不同，得到的测试数据也不同，在一天中的早上、中午、下午测试，以及春夏秋冬四季各个不同时候测试都会得到不同的测试结果。另外,最关键的还是光照强度的影响，系统在室内自然光下不会产生电压，只有在室外太阳光，或打电暖气的照耀下才能产生电压给设备充电。还有，就是充电时太阳能电池板的摆放角度也对电压的产生有很大的影响，应当尽量保持住电池板跟太阳光呈90度的角度,这样系统才能最大限度地给设备充电。结论本手机充电器系统的设计分为硬件电路设计和程序设计两个部分，硬件电路设计是电路设计的主要部分，通过对设计的分析,最终确定由STC89C51单片机完成主电路的限制和测量，首先对主要电路及限制硬件电路设计，硬件电路的设计主要是设计电路原理图和确定原件、芯片的参数。在设计中遇到很多问题，并且在后期换抻了用)C0809改用PCF8591这个四路的AD进行数模转换。软件的设计采纳模块化的设计方法，处理计算则是靠自己探讨，因为这些东西涉及到具体硬件电路，是找不到相关资料的，软件编程通过AT89C51来实现.对于本设计，我认为还应当接者进行探讨,假如进行下一步的的探讨,应当重点考虑下面几个方面：(1)本电路单片机起到J'协助作用，根据思路，去掉单片机从理论上也可实现，但会不精确,根据原有要求，应当思索一下假如主要利用单片机汇编程序应当怎样变更电路。(2)要对电路进行简化,E白于时间仓促，在设计中问题不断出现，就进行对芯片或者原件的思索及替换,完全没有考虑到节约原材料这一方面，假如进行长期探讨和开发，就要视这个问题。(3)电路设计中尽可能的运用较少的按键，尽量通过程序来进行实现，这样简洁,易操作。本设计首先进行硬件设计和加工制作，在完成硬件加工后,乂进行了软件编程。最终得到完整的实物。通过对实物的功能测试.可发觉整个设计可以满意将太阳能转换成电能，并干脆给手机充电。在测试过程中，功能都达到要求,符合设计需求，具有实际应用价值.论文完成之际,我首先向我的指导老师.乍玮老师表示诚心的感谢。老师严谨的治学看法，精益求精的工作作风，对我影晌深远。从最初的选题，到资料收集，到写作、修改，直至论文定稿，老师都给了我耐性的指导和无私的梢助,使得我的毕业设计课题能够深化地进行卜去。在此过程中，我接触到了很多新学问和实际应用的新问题，也做了很多有益的思索，加深了对本专业核心学问的相识和对工程设计的思索。老师仔细负货的工作看法，将是我以后工作和生活的榜样。然后，我要感谢四年中陪伴在我身边的同学、挚友以及舍友，感谢他们为在学习和探究中为我供应有益的建议和观点，这份友情，这份情义，这份感动会成为我将来最美妙的回忆.最应当感谢的是我的父母,细想这四年来的吃穿用度，四年的财力物力，以及二卜多年来的教化栽培，都是由他们两手供应。可以说“我无父母无以至今日”，在此对他们表示深深个感谢。最终感谢母校西北师范裔校知行学院，感谢母校的每一寸土地，感谢母校的每一位老师和同学,因为他们的存在构成一个大环境，一个大平台,这个大环境和大平台不仅丰富/我的学问，开阔r我的视野,而且使我顽当完成学业。再次感谢评委老师们辛勤的评阅工作!参考文献1戚春华.粽合电子系统设计及实践M.北京:北京航空航天高校出版社）2009。2胡亚琪.单片机原理及应用系统设计M.西安:西安电子科技高校出版社,2010o3康华光.电子技术基础本.北京:高等教化出版社,2012。4北京市建设委员会。新能源及可再生能源利用技术M。北京：冶金工业出版社，2006.5王红军.电子元器件检测及修理M。北京：中国铁道出版社，2014。6罗云俊.太阳能利用技术M.北京:化学工业出版社，2015.7臧春华。现代电子技术基础（数字部分）M.北京：北京航空航天而校出版社，2005.8秦曾煌.电工学（第五版）国.北京:高等教化出版社,2008.9甘建平。基于CS5463的多功能电子式电能表的探讨及设计D.湖南：湖南高校，2007.10谢碧云.基于CS5463的多功能电子式电能表的探讨及设计D。西安：西安电子科技高校，2011。11马文兵。PW70液晶电视系统软件设计及实现D。大连：大连理工高校，2008。12莫武中.适用于数字视音频处理的嵌入式系统的研制D.广东：中山高校,2005.13冯垛生.太阳能发电原理及应用M。北京：人民邮电出版社，2007»14杨金焕.太阳能光伏发电应用技术V.北京：电子工业出版社，2009.15侯玉宝，陈忠平，李成群等编著,基于Proteus的51系列单片机设计及仿真M.北京：电子工业出版社，2008.16张红润等.单片机应用技术教程（第三版）M北京:清华高校出版社,2006。17张红涧等。电子器件原理及应用M.北京:科学出版社,2009。18张红洞.单片机应用设计20。列M北京：北京航空航天高校出版社，2006。