基于光伏发电的太阳能手机充电器的设计与研究
基于STC89C51的便携式太阳能充电器设计
基于STC89C51的便携式太阳能充电器设计张鹏【摘要】when electronic products are used outdoors its battery capacity is limited, it can affect users' normal use, a portable multi-purpose solar charger is designed. The charger can convert solar energy into charging voltage which fits for battery of electronic products, and can adjust different voltage, with built-in battery can meet portable power supply demand when the user is in outdoors. The system uses STC89C51 microcontroller as the control core, structured by boost circuit, photoelectric conversion circuit, overcharge protection circuit, voltage regulation circuit and digital display circuit. The performance of system is tested, the results show that the system has advantages of wide output voltage range, simple structure and high reliability, with mains charging function;it can meet different load requirements charging voltage under a variety of conditions.%针对电子产品在户外使用时电池容量有限，影响用户正常使用的问题，设计了一种便携式多用太阳能充电器。
基于单片机的太阳能充电器的设计
基于单片机的太阳能充电器的设计毕业设计(论文)课题名称基于单片机的太阳能充电器的设计学生姓名曹为学号1041303002系、年级专业信息工程系、10通信工程指导教师周建华职称副教授2013年05月20日摘要随着环境保护意识的增强，寻求洁净能源的现实问题也日益显现出来。
具有清洁可再生的太阳能已经越来越受到人们的关注。
本文提出了一个基于单片机的太阳能充电器的设计，它不但能环保节能，还可以在没有电源充电时对手机进行应急充电。
喜欢外出或游玩的人通常会有手机没电的经历，提供充电的地方也不会到处都有，因此会出现手机因没有电无法正常使用的情况。
本次毕业设计介绍一种通过单片机控制的太阳能手机充电器，它能将太阳能通过电路变换成稳定的直流电从而给手机充电，还可以在电池充好电以后有自动停止充电的功能，并且能当作一般的直流电源，让我们减弱对市电的依靠，从而得到通信的自由。
与传统的充电器对比，太阳能充电器的优势日益发挥出来。
关键词：太阳能电池板；单片机；光伏发电技术；智能充电AbstractWith the enhancement of environmental consciousness，issues concerning finding new clear energy source are turning up. Being clean and recyclable, Solar energy has gained more and more attention. This Paper introduces a solar charger design which is based on single-chip Microcontrollers. It can not only protect the environment and save energy, but also emergency charge for mobile phone.People who go out and travel a lot have the experience of running out its cell phone power,Provide charging place nor are everywhere, so the phones will appear because of no electricity can't normal use. this paper introduces a solar cell phone charger controlled by single-chip microcomputer. It can convert the solar energy into stable direct current through circuit so as to charge the cell phone. It features the function to stop charging once the battery is fully charged.Besides it can be used as a general direct current power, lightening our relying on the commercial electricity to obtain the freedom of correspondence. With so many advantages over the traditional chargers, the solar charger will play an increasing role in the futures.Key words: solar energybattery；single chip；solar energy；intelligent charge目录摘要...................................................... Abstract . (I)目录 (II)1 绪论 01.1 本课题研究背景及现状 01.2 课题设计思想 01.3 论文结构 (1)2 基于单片机的太阳能充电器系统总体方案设计 (2)2.1 设计方案一 (2)2.2 设计方案二 (2)2.3基于单片机的太阳能充电器的设计的总体设计方案 (3)3 基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计 (5)3.1太阳能电池板的选用 (5)3.2 LM7805稳压电路 (5)3.3 充电主电路的设计 (6)3.4 信号采集处理电路 (7)3.6 单片机AT89C51介绍 (8)3.7 单片机电路 (10)3.7.1单片机复位电路 (10)3.7.2 单片机时钟电路 (11)3.7.3 单片机A/D转换电路 (11)3.7.4按键电路 (12)3.7.5数码管显示电路 (13)3.8锂电池充电原理 (14)4 基于单片机的太阳能充电器系统的软件设计 (16)4.1 设计思想 (16)4.2 基于单片机的太阳能充电器系统的整体程序设计 (17)4.3 基于单片机的太阳能充电器系统的子程序的设计 (17)4.3.1电路启动初始化 (17)4.3.2按键采集程序 (18)4.3.3数据采集及模数转换程序 (19)4.3.4数码管显示子程序 (20)4.3.5 充电子程序的设计 (21)4.3.6电源子程序的设计 (22)5 仿真与调试 (23)5.1 充电电路仿真 (23)5.2 电流采样处理电路仿真 (23)5.3系统做直流电源使用时电路仿真图 (24)5.4 系统做充电器使用时仿真结果 (24)总结与展望 (27)参考文献 (28)附录A 整体电路图 (30)附录B 整体程序 (31)致谢 (41)1 绪论1.1 本课题研究背景及现状当代社会随着一些不可再生资源如煤炭，石油等日益减少，使得各国社会经济越来越受能源问题的约制，因此许多国家开始逐渐的实行“阳光计划”，开发洁净的能源如太阳能，用以成为本国经济发展的新动力。
基于LP3947手机太阳能充电器的研制
基于LP3947手机太阳能充电器的研制*孙超1张飞2李伟2(内蒙古科技大学1材料与冶金学院;2.信息工程学院,内蒙古包头014010)摘要:采用LP3947为主控制芯片制作的太阳能手机便携式充电器,能有效地缩短手机电池的充电时间,提高手机电池的充电效率,外围电路能保护内充电电路安全、高效的工作。
关键词:L P3947;太阳能电池;充电控制;制作1太阳能手机充电器的设计思想1.1锂离子电池充电器设计原则锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、无记忆效应、自放电小、循环寿命长等一系列优点,成为便携式电子产品的主要电源。
设计锂离子电池充电器要考虑以下几个原则:应充足实际容量,以延长电池的一次充电使用时间,同时要防止过充电;充电电流要有限制,以防止电池过热,发生意外;为使新旧电池能够达到可充状态,需要一个预充过程。
1.2充电器的特点安全合理地缩短充电时间,方便使用。
由于手机充电器需要便携的原因,所用太阳能光伏电池面积大小受限,市场上的充电器,一般情况下在10平方厘米以下。
按照现有光伏电池发电效率10%~15%计算。
并按照5~6V 的太阳能电池输出电压计算。
电池板每小时输出的电流大概是40~100mA ,普通的手机锂电池容量大约是1000mAh 。
因此,仅靠太阳能电池板要充满手机电池大约需要8~10h 。
对于多数便携式的太阳能手机充电器需要自带一块储能电池作为充电中转之用。
当不接入手机时,可将充电器放置在阳光下自行充电自带内置储能电池。
当接入手机时,由太阳能电池板和自带储能电池同时为手机锂电池充电。
2太阳能手机充电器的主要组成模块太阳能手机充电系统控制电路,从原理上可以分为:稳压电路、保护电路和充电控制回路等。
本文根据制作过程把充电电路分为以下几个主要功能模块。
2.1锂电池稳压及保护电路本文所用太阳能电池板最高输出电压是6.5V 而手机充电电压要求是V 以下。
为了得到稳定的4V 电压为内置锂电池充电。
采用了D W01+芯片,它内置高精度电压检测电路和延迟电路,适用于单节锂电池及锂聚合物电池的稳压及保护。
简易太阳能手机充电器的设计
２ 电路 分析
使用普通的电子器件构造充电电路的各个部分
模块， 使用两片 ６ 伏的单晶硅太阳能电池板来对整
图一 Ｌ １ 压芯 片 Ｍ３７稳
个系统进行充电以保证足够的电压。在整个充电模
★基金 项 目： 江苏省海洋资源开 发研究 院科技开放基金 项 目 （ Ｉ Ｒ ９ ０ ：０９ Ｊ Ｍ ０Ｄ１）２０ 年江苏 省高等学 校大学生 实践创新 训 Ｓ
练计划 （５ ９ １） ５００３
生活质量提高的同时，对于时尚的追求也成为了一 种普遍的现象。所以一个小巧而又外型美观的太 阳
摘
要： 设计了一款简易太阳能手机充 电器 ， 对充电电路的稳压模块、 电保护模块、 充 充电控制模块 等进
行 电路 的分 析 与研 究 ， 阐述 了电路 的工作原 理， 际测试 表 明， 实 该充 电器 工作 稳定 、 靠， 用 灵活 。 可 使
关键词： 太阳能； 手机 ； 电控制 充 中图分 类号 ： Ｎ７ ０ Ｔ １ 文献标 识码 ： Ｂ
文章编 号 ：６ １４ ９． ０ ０９０ ３—３ １７ －７ ２（ １）．１ １０ ２
Ａｂ ｔ ｃ ： ａｇ ｒｏ ｌｒｅ ｅｇ ｏ ｂｌ ｅｅ ｈ ｎ ａｔｒ ｅ ｉｎ ｄ Ｔ ｅｒ ｇ ｌｔ ｒｍｏ ｕ ｅ ｃ ａ ｇｎ ｓｒ ｔＣｈ ｒｅ ｆｓ ａ ｎ ｒｙ ｆｒｍｏ ｉ ｔｌｐ ｏ ｅｂ ｔ ｙ ｉ ｄ ｓｇ ｅ ． ｈ ｅ ｕａｏ ｄ ｌ， ｈ ｒｉ ｇ ａ ｏ ｅ ｅ ｓ
压芯 片 （ 图一 所示） 实现对 电路 前段 的稳压和控 如
制， 其输出电压满足公式 Ｖ １ ５ １ ２Ｒ ） ｏ ． （＋Ｒ ／ １。我 ２ 们通过调节 Ｒ ２的阻值来得出整体电路所需求的电 压。 最初设定 Ｒ ２阻值为 ７０ 输 出电压为 ５ ｔ 。 ２ 欧， Ｖ＊格 也是可以为我们所接受的【 。 ｌ 圳
基于单片机的太阳能无线手机充电器的设计
基于单片机的太阳能无线手机充电器的设计作者：王阳朱铝芬高宇程凯来源：《物联网技术》2019年第11期摘要：为了解决手机户外无法充电而不能正常使用的问题，设计一款基于单片机的便携式太阳能无线智能手机充电器，利用太阳能电池板将光能转换为电能，由降压稳压电路将电能存储于蓄电池中，通过无线电力传输模块将电能传输至手机终端，由降压稳压处理后给手机充电，并结合单片机对充电过程进行智能监控，有效保护蓄电池。
实验结果表明，该无线充电器在光能充足、距离适当的情况下，能够有效实现太阳能无线充电。
关键词：太阳能;无线传输;单片机;蓄电池;智能监控;降压稳压电路中图分类号：TP202 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2019）11-00-030 引言现代社会，科技高速发展，太阳能作为绿色环保能源被广泛应用，手机、耳机、键盘甚至共享单车也都进入无线时代，而手机充电器却依然被电源、插座和数据线束缚着。
太阳能作为绿色环保能源有着无可比拟的优势，简单便捷的无线充电方式也必将逐渐替代传统的有线充电，特别是在缺乏电能的地方，太阳能无线充电具有较高的使用价值，故研制一款便携式太阳能无线手机充电器非常有意义。
然而，市面上的一些太阳能无线充电器普遍存在以下问题：（1）太阳光照强度的变化引起太阳能电压输出不稳定;（2）无线传输的稳定性不强及距离限制问题;（3）蓄电池充电保护不完善;（4）不具备显示、报警功能。
针对上述问题，本文设计一款基于单片机的便携式太阳能无线智能手机充电器。
1 总体方案设计太阳能无线手机充电器主要由太阳能电池板、降压稳压电路、无线电力传输电路、单片机电压采集监控电路、无线电力接收电路、手机充电电路、充电保护电路等组成，实现将太阳能转换成电能，通过无线供电方式为手机等设备供电。
具体设计框图如图1所示。
2 硬件设计2.1 太阳能充电及降压稳压电路设计利用太阳能电池板可直接将光能转换为电能，为了解决太阳光照强度不稳定导致电压不稳定的问题，本文采用多块太阳能电池板进行串并联以提高电压，再利用稳压器降压后给蓄电池供电，从而确保输出相对稳定的电压。
太阳能手机充电系统设计
太阳能手机充电系统设计第一部分：引言太阳能是一种绿色、可再生的能源，具有无污染、免费获取等优势。
随着人们对环境保护和节能减排意识的提高，太阳能手机充电系统越来越受到关注和应用。
本文将针对太阳能手机充电系统进行设计，以实现可靠、高效、安全的充电过程。
第二部分：系统设计1.太阳能充电板太阳能充电板是太阳能手机充电系统的核心部件，其主要功能是将太阳能转化为电能进行充电。
在设计太阳能充电板时，需要考虑以下几点：-太阳能充电板的材料选择应该具有高效转化太阳能的能力，并且能够抵抗恶劣天气条件下的腐蚀和损坏。
-太阳能充电板的面积和电流输出应根据手机的功率需求进行合理设计，以确保能够提供足够的充电电流。
-太阳能充电板应具备自动跟踪太阳光的功能，以提高光能的利用效率。
2.电池储能系统由于太阳能的不稳定性，需要将多余的电能储存起来，以供夜间或天气不好时继续为手机充电。
电池储能系统是太阳能手机充电系统中的重要组成部分，其设计应考虑以下几点：-选用高容量、高效率的电池，以确保能够储存足够的电能。
-设计合理的电池管理系统，使得充电过程稳定可靠，并能够进行电池的保护和监控。
-考虑使用可再生的电池，如锂离子电池，以减少对环境的污染。
3.充电控制电路充电控制电路是太阳能手机充电系统中的关键部分，其设计应具备以下功能：-能够对太阳能充电板的输出电流进行监测和控制，以确保充电过程的稳定性和安全性。
-具备多种充电模式的选择，如恒流充电、恒压充电等，以满足不同手机的充电需求。
-具备过压保护、过流保护和短路保护等功能，以确保充电过程的安全性。
第三部分：系统性能评估在设计太阳能手机充电系统后，需要对其性能进行评估，以确保其能够满足预期的要求。
-充电效率：充电效率应该尽可能高，以确保从太阳能中获取到的能量最大化转化为电能进行充电。
-安全性：充电过程中需要具备各种保护功能，以防止因电压过高、电流过大或短路等问题而对手机造成损害。
-稳定性：充电过程应该稳定可靠，不受太阳能输入的波动影响。
基于新能源的太阳能无线充电器设计
基于新能源的太阳能无线充电器设计
齐超然
【期刊名称】《集成电路应用》
【年(卷),期】2024(41)4
【摘要】阐述一款太阳能无线充电器的总体设计方案,硬件设计方案包括单片机模块选型、单片机选型、无线电力发射/接收芯片选型,软件设计方案包括AD转换程序设计、无线充电模块程序设计。
【总页数】2页(P122-123)
【作者】齐超然
【作者单位】山西应用科技学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM910
【相关文献】
1.基于单片机的太阳能无线充电器设计
2.太阳能无线充电器的设计
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基于DSP的太阳能独立光伏发电系统的研究与设计
基于DSP的太阳能独立光伏发电系统的研究与设计一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和环境保护意识的提升，太阳能光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注。
基于数字信号处理器（DSP）的太阳能独立光伏发电系统，通过高效能、智能化的电能转换和管理，为无电网或电网不稳定的地区提供了可靠的电力解决方案。
本文旨在深入研究与设计基于DSP的太阳能独立光伏发电系统，以提升系统的整体性能，优化能源利用效率，并推动太阳能光伏发电技术的广泛应用。
本文首先概述了太阳能光伏发电的基本原理和DSP在光伏发电系统中的应用价值。
随后，详细分析了太阳能光伏电池板的选择与配置、最大功率点跟踪（MPPT）算法的实现与优化、电能存储与管理系统的设计等关键技术问题。
在此基础上，提出了一种基于DSP的太阳能独立光伏发电系统的总体设计方案，并深入探讨了系统硬件电路和软件程序的实现方法。
本文还通过实验验证和性能评估，对所设计的基于DSP的太阳能独立光伏发电系统的性能进行了全面分析。
实验结果表明，该系统具有较高的电能转换效率、稳定的运行性能和良好的适应性，为太阳能光伏发电技术的发展和应用提供了有力支持。
本文总结了基于DSP的太阳能独立光伏发电系统的研究与设计成果，并对未来的研究方向和应用前景进行了展望。
通过不断优化和完善系统设计，我们有信心为全球能源结构的转型和可持续发展做出更大的贡献。
二、太阳能光伏发电技术概述太阳能光伏发电，是一种将太阳能直接转换为电能的绿色能源技术。
其基本原理是利用光伏效应，即当太阳光照射在光伏电池上时，光子会与电池中的半导体材料发生相互作用，导致电子从原子中被激发出来，形成光生电流，从而产生电能。
这一过程不需要任何机械运动或其他形式的中间能量转换，因此太阳能光伏发电具有高效、清洁、无噪音、无排放等优点，被视为未来可持续能源发展的重要方向。
太阳能光伏发电系统主要由光伏电池板、电池板支架、逆变器、储能装置和控制系统等组成。
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基于光伏发电的太阳能手机充电器的设计与研究
摘要：光伏发电是广泛应用于交通、通信、气象、航天等领域的供电系统的一
项重要技术。
光伏发电是利用了光生伏特效应来将光能转换成电能的。
太阳能作
为一种环保无消耗可再生的新型能源，是为便携式设备供电的有吸引力的能源。
本文设计了一款基于光伏发电原理的太阳能手机充电器，它以单片机作为整个充
电系统的控制中心，由太阳能充电电路、ADC0832模数转换器、升压电路、数码
显示模块和电源模块等功能电路构成。
该充电器结构简单，性价比高，且没有地
域的限制，满足了人们在出差、旅游和生活中的充电需求，在未来拥有广泛的应
用前景。
关键词：光伏发电；单片机；ADC0832模数转换器；数码显
0 引言
随着科技的不断发展智能手机也在不停的更新换代，直到今天，手机已经不
仅仅只是作为通讯工具出现在我们的生活中了，手机已经成为了重要的交友和娱
乐工具。
但是由于智能手机的耗电快的问题，大部分人在出门的时候会随身携带
一些移动电源，来避免手机没电造成的麻烦，但实际上的情况是这些移动电源不
仅携带起来不方便，而且也会很快就没电，不仅没有给我们带来方便，反而给我
们增加了不必要的负担。
且由于近几年来，环境污染严重造成的生态被破坏、资
源日益枯竭在此背景之下推广使用太阳能这种可再生的新型能源不仅能够节约能
源而且避免了对环境造成污染，因此使用太阳能来为便携式设备供电有着非常广
阔的市场前景。
1 硬件设计
1.1硬件设计方案
太阳能充电系统由单片机最小系统、太阳能充电电路、ADC0832模数转换器、太阳能充电电池、液晶显示模块和电源模块这六部分组成。
太阳能充电系统是太
阳能充电板在阳光的照射下产生电荷，存储太阳能电池板的电荷，经过稳压芯片
稳压后给TP4056芯片提供电源和充电电池充电。
充电时，充电指示灯点亮，当
充电完成后，充电指示灯熄灭。
利用ADC0832模数转换器采集充电电池的电压并
在液晶LCD1602上显示充电电压值。
其硬件组成框图如图1所示：
1.2 太阳能电池板单元
1.2.1太阳能光伏发电原理的研究
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应将光能转变为电能，光伏发电的
原理是太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的
作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流，
从而发电。
这种技术的关键元件是太阳能电池。
太阳能电池经过串联后进行封装
保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发
电装置。
1.2.2太阳能电池板的选用
太阳能电池板是太阳能充电器的供电基础，是本设计的核心部分。
硅太阳能
电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池3种，它们各有优势。
其光电转换效率如表1所示：
其中单晶硅太阳能电池转化效率最高，使用寿命一般在15年到25年之间，
在光电转换效率和使用寿命等方面单晶硅要优于多晶硅电池和非晶硅电池，故本
设计选用单晶硅电池。
2 软件设计
2.1 太阳能充电系统的软件设计
充电电路的主要工作是由单片机进行控制，充电系统软件流程如下：充电电
路初始化，输出功能选择，选择确定输出电流和输出电压，为负载进行充电直至
充电完成，充电停止，整个充电过程结束。
系统主程序流程如图2所示：
3 太阳能充电器各模块电路设计
3.1电源部分的设计
为保证太阳能充电系统安全工作，对该系统电源部分进行如下设计：太阳能
光伏充电系统采用USB线电源供电方案，其中SW1为电源开关，DC成为电池接口，发光二极管是太阳能充电系统的电源工作指示灯，电阻R1的作用是限流，
防止电流太大击穿电源指示灯。
电路原理图如图3所示：
3.2 稳压电路设计
稳压电路可以保护手机电池不会被不稳定的电压损害，因此稳压电路是本设
计必不可少的部分。
在电路中，稳压通常是由四部分组成：电源变压器，整流、
滤波和稳压。
电源变压器，是将交流电网220 V的电压降至所需要的电压值，然后，通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。
由于脉动电压还含有较大的
波纹，所以需要滤波电路进行滤除，从而得到平滑的直流电压，但电压随电网负
载和温度而变化，所以要有稳压电路。
稳压电源作为模拟电路中一项必不可少的
重要组成部分，也被广泛运用。
稳压电路的设计以三端集成稳压器W7800为核
心 , 由启动电路、取样电路、比较放大电路、基准环节、调整环节和过流保护环
节等组成。
稳压电路如图4所示：
当输入连线较长时，由于电感效应会引起自激振荡，产生纹波电压，电路中
的电容Ci的作用是消除自激振荡，减小纹波电压；输出端的电容Ci作用是消除
电路的高频噪声，改善负载的瞬态响应；电路中二极管的作用是当输入端断开时，电容Co会从稳压器的输出端向稳压器进行放电，从而损坏稳压器，在稳压器的
输出端和输入端之间接一个二极管，可以对稳压器W7800起到保护作用。
3.3 充电电路设计
本次我们采用的是锂电池，锂电池容量大，体积小，无污染，安全性能好，
应用广泛。
但是锂电池对充电条件要求严格，过充承受能力比较差。
因此, 本设计的充电电路应该包括充电控制电路和电量检测控制电路两部分。
其中电池充电控制电路来控制稳压电路来向锂电池进行充电，电池电量检测电路可以来检测充电的电量，当电量充满时，指示灯亮起，显示充满，停止充电。
4 太阳能光伏充电系统的测试
4.1测试方案
将本系统放置在阳光下，调整太阳能电池板与光照角度，从而获得在不同的光照条件下，太阳能手机充电器的数据，用万用表测量对应的输入电压输入电流和输出电压输出电流并将其绘制成表，并对测试所得的数据进行分析。
4.2测试结果
测试结果如表2所示。
经过对测试数据的分析，该系统的输出电压稳定，太阳能光伏充电系统运作状态良好，测试结果和预期成果相符合。
5结束语
本文设计了一款基于光伏发电原理的便携式太阳能手机充电器，解决了当前电子产品续航能力不足的问题，与市面上其他充电器相比较具有性能稳定、易于携带等优点，可有效满足于人们在不同环境下的充电需求，为光伏电源的小型化应用提供了参考。
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