太阳能手机充电器的设计与制作毕业设计论文
毕业设计开题报告-基于单片机的太阳能充电器的设计
哈尔滨工业大学毕业设计（论文）开题报告题目名称：基于单片机的太阳能充电器设计与调试学院：机电学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：XX学号：XX指导教师：XX职称：教授2019年12月25日毕业设计（论文）开题报告实施方案：太阳能充电系统的充电电路是太阳能充电板在阳光的照耀下产生电荷，用1000uF 电容存储太阳能电池板的电荷，经过LM1117-5稳压芯片给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。
充电电池电压低于3V 时，报警指示灯闪烁。
系统总体框图如图1所示。
图1 整体设计框图可行性分析：在此之前国内外研究太阳能智能追光系统已经有一段的时间并且取得了相应的成果，因此基于单片机的太阳能智能追光系统具有很大的现实可行性。
我在学校单片机原理及控制技术、C 语言、电力电子技术等专业课的课程设计中，积累了一定的实践经验，为本次毕业设计的完成奠定了较好的基础。
机械结构方面：外壳选用高强度金属外壳，易加工、外形比较小、重量比较轻，能容纳电池。
技术方面：（1）市面现有采集精度、速度的太阳能板种类多、精准度高、体积小，便于安装、调试。
（2）有相关论文资料，可以独立完成此项设计。
充电电池单片机STC89C52升压5V 输出ADC0832液晶显示电源模块太阳能充电电路充电保护查阅相关文献确定研究方向完成硬件电路设计及元器件的选型熟悉软件使用，完成软件设计实物设计与制作实物调试与完善（）。
太阳能手机充电系统设计
占地面积大
目前太阳能充电系统的成本相对于其他充电方式较高。
成本较高
虽然太阳能充电系统具有环保和可持续性，但其技术成熟度和可靠性还需要进一步验证和完善。
技术成熟度
结论与展望
05
研究成果总结
实现了太阳能电池板与手机充电系统的成功对接，证实了该系统的可行性和实用性。
与传统充电方式相比，太阳能充电系统具有环保、节能、降低费用的优点。
太阳能充电系统不需要额外的电力设施，可以降低建设和运营成本。
太阳能充电系统具有较高的灵活性，可以根据实际需要进行定制和扩展。
系统局限
太阳能充电系统的充电效率受到天气条件的影响，阴天或雨天可能无法正常充电。
受天气影响
为了获得足够的能量，太阳能充电系统需要较大的面积来安装太阳能电池板，可能影响城市规划和景观。
通过实验数据验证了该系统在各种环境条件下稳定运行的性能。
该研究成果具有较高的实际应用价值，对推动绿色能源的利用和手机充电行业的发展具有重要意义。
进一步优化系统性能，提高充电效率和稳定性，以满足更多用户的需求。
加强与相关企业的合作，推动该系统的商业化应用，加快其普及和推广进程。
探索更多可再生能源的应用，如风能、水能等，实现多种能源形式的互补利2
利用太阳能电池表面的光能，将其转换为电能，实现太阳能充电。
光电转换
利用太阳能产生的热量，通过热电偶或热电堆等热电转换装置，将热能转换为电能。
热电转换
太阳能充电原理
单晶硅太阳能电池
转换效率高，稳定性好，寿命长，但是成本较高。
制造成本较低，转换效率较高，但是不如单晶硅太阳能电池稳定。
xx年xx月xx日
《太阳能手机充电系统设计》
CATALOGUE
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
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。
太阳能手机充电系统设计
选用高效的充电控制器，采用适当的充电策略和算法，提高充电效率。
优化充电控制器
选用合适的储能设备，如蓄电池、超级电容等，提高储能系统的能量密度和充放电效率。
优化储能系统
优化方法介绍
采用高效光伏电池板
选用高效光伏电池板，提高光电转换效率。
采用最大功率点跟踪技术
采用最大功率点跟踪技术，使得光伏电池板在各种光照条件下都能输出最大功率。
在有市电的情况下，可以作为备用电源为设备供电。
太阳能手机充电系统设计
03
将太阳能转换为电能。
系统总体架构
太阳能电池板
控制电池的充电过程。
电池充电控制模块
包括逆变器、电力储存模块等。
其他模块
太阳能电池板设计
太阳能电池板材料
多晶硅、单晶硅、薄膜太阳能电池等。
太阳能电池板面积
根据所需电量确定太阳能电池板面积。
设计过放保护功能，当储能系统电量过低时自动切断放电电路，防止过放对储能元件造成损害。
结论与展望
06
太阳能电池板功率与充电效率
01
通过实验验证了采用高转换效率的太阳能电池板能够提高充电效率。
研究成果总结
电池储能与充电时间
02
对比了不同储能电池的充电时间，发现采用高容量的电池能够减少充电时间。
充电管理系统设计
太阳能电池板工作原理
充电控制
MPPT技术
保护功能
电池充电控制原理
太阳能充电系统组成
充电控制器
控制电池的充电过程，确保电池在最佳状态下进行充电。
太阳能电池板
负责将太阳光能转化为电能。
蓄电池
用于存储太阳能电池板输出的电能，以便在没有阳光的情况下也能为设备供电。
太阳能手机充电研究与开发----充电器部分设计【文献综述】
毕业设计开题报告电气工程及其自动化太阳能手机充电研究与开发----充电器部分设计一、前言1.概述自1973年马丁库伯发明了手机，经过短短三十多年的发展它已经成为了人们日常生活中必不可少的通信工具。
据调查，我国目前的手机用户已经超过了三亿。
尤其在当代大学校园里，几乎每个人都有手机。
然而由于手机电池储电量有限，人们在外出时经常遇到手机没电，充电器又不在身边或找不到可以充电的地方等情况。
使得手机无法正常使用，带来许多不便。
而目前市场上的太阳能充电器基本上是便携式，其质量良莠不齐。
一个好的太阳能充电器要综合考虑它的使用效率、蓄电池和电路设计等方面。
使用效率包括两个方面，太阳能板的转化效率和二次转化效率。
蓄电池的质量和容量，便捷式太阳能手机充电器的蓄电池容量一般为手机电池的1.2倍。
控制电路和保护电路，目前市场上的太阳能手机充电器的保护电路和控制电路大部分都设计的很简单，且兼容性比较差。
容易充坏手机或减短手机及电池的使用寿命。
现在的太阳能手机充电器大多只能作为一个应急的电源使用，不能完全的依靠它给手机等数码产品充电。
要实现完全给手机充电就需要太阳能电池板大于0.7W。
正因为这些原因太阳能手机充电器还没有被很多消费者所使用。
其中很多不足之处都是受便捷式的体积所制约。
因此就产生了太阳能手机充电站。
它能弥补太阳能手机充电器的不足之处，可是在使用的方便上比不上便捷式充电器。
它可以安装在一些没有共用电网或不容易充电的地方且人流多地方，比如商业街、旅游景点等，它的外部设计可以有跟超市寄存物品一样的储存手机箱子，使用者可以在充电时暂时的离开去干自己的事。
它还可以设计一个数码相机的充电器，在一些旅游景点可以为那些没电的数码相机充电。
2.课题的目的及意义目前市场上的手机充电器大致可以分为座式充电器、旅行充电器和维护性充电器。
但是只有很少一部分采用微电脑控制。
本设计目的是用单片机来实现把太阳能电池接收到的能量充到手机锂离子电池的过程。
太阳能手机充电器
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太阳能手机充电器
图 10 升压电路
图 11 LT1302 引脚示意图 LT1302 在最低输入电压为 2.0V 的情况下，仍可以有 600mA，5V 的稳定输出，一 般用于由两节电池产生 5V 稳定输出的电路。实验中，蓄电池 2.4V 的电压首先经过 C4 和 C5 两个电容进行滤波， 然后输入到 LT1302 中， 再经引脚 4 输出为 5.0V 的稳定电压。
图 7 稳压电路
实际应用中 LM317 作为输出电压可变的集成三端稳压块， 是一种使用方便、 应用广 泛的集成稳压块。317 稳压块都有一个最小稳定工作电流，最小稳定工作电流的值一般 为 1.5mA。当 317 稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时， 317 稳压块就不能正 常工作。当 317 稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317 稳压块就可以输出 稳定的直流电压。在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作 为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把 317 烧坏。
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太阳能手机充电器
图 12 充电电路
图 13 USB 接口定义 四． 电路实物模型 根据实验电路设计图焊接电路，得到太阳能手机充电器的实物模型，如图 14 所示。 使用时，若要使用太阳能电池板对蓄电池充电，则应将开关拨至红灯亮。若要使用蓄电 池对手机充电，则将开关拨至绿灯亮。由于太阳能电池板量子效率低，蓄电池容量又比 较大，所以给蓄电池的充电时间可能较长。
图 1 整体设计思路图 基于上述设计思路，实验中我们所设计的整体电路如图 2 所示。
图 2 电路原理图
三．
各部分电路介绍
1.太阳能电池板 太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应， 掺杂半导体硅材料的结构如图 3、 4 所示。 在硅晶体中掺入少量的五价元素磷，晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷 原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个 电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能 移动的带正电的离子。这样形成 N 型半导体。 在硅晶体中掺入少量的三价元素硼，晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼 原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个 空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。这样形成 P
4文献综述 太阳能手机充电器
电子与信息工程学院本科毕业论文(设计)文献综述学生姓名：黄祖勋专业：电气工程及其自动化指导教师：邓方雄2012年12月太阳能电池的历史与发展一、前言人类在2l世纪面对的最大困难是什么?答案是不可再生能源的日渐减少和环境污染的日益严重。
如何解决这一对难题成为困扰世界经济发展的首要任务。
各种可再生能源的优越性日渐突出。
于是，人们将目光纷纷投向了太阳。
太阳时时刻刻都在向地球发送着能量，并且这种能量是取之不尽，用之不竭的。
如果仅仅将太阳发射到地球的总辐射功率换算成电功率，可以高达1.77×10千瓦，前全世界平均消费电力还要大数亿倍。
太阳能不但数量巨大，而且源于太阳的各种绿色能源，如：风能、潮汐能、生物质能、水力能都属于可再生能源，只要有太阳的存在，能源就像阳光一样源源不断。
太阳能的利用有很多种，可以利用光的热效应，将太阳辐射转化成热能；也可以利用光的伏特效应，将太阳辐射直接转换成电能等。
在太阳能的有效利用中，太阳能的光电利用成为近些年发展最快、最具活力的研究领域。
太阳能电池的研究发展也日益迅速起来。
太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接产生电能，不需要消耗燃料和水等物质，释放包括二氧化碳在内的任何气体，是对环境无污染的可再生能源。
这对改善生态环境、缓解温室气体的有害作用具有重大意义。
因此太阳能电池有望成为2l世纪的重要新能源。
目前一些发达国家采用太阳能电池发出的电并人电网的措施，既能部分平衡高峰用电，又可省去储电的费用。
太阳能发电系统一般没有发电机具有的转动部件，所以也不会产生噪音，不容易损坏。
太阳能发电装置规模可大可小，小的可以是数瓦或数十瓦，如便携式太阳能手电筒和太阳能手机充电器，大的可以是数兆瓦或数十兆瓦，例如大型发电站等。
二、主题1光伏电池简介1.1太阳能电池的发展历史作为太阳能电池工作基本原理的光伏效应(PhotovoltaieEffect缩写PV)是l839年被发现的。
由太阳光的光量子与材料相互作用而产生电势，从而把光的能量转换成电能，此种进行能量转化的光电元件称为太阳电池(SolarCel1)，也可称之为光伏电池。
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目 录 摘 要 ............................................................................................................................ - 3 - Abstract ............................................................................................................................. - 4 - 第一章 绪论 ...................................................................................................................... - 5 - 1.1题研究的背景 ..................................................................................................... - 5 - 1.2手机充电器的运用环境 ..................................................................................... - 5 - 1.3手机充电器的进化史 ......................................................................................... - 5 - 1.4 本课题的研究内容及主要技术参数 ................................................................ - 6 - 1.4.1 研究内容 ............................................................................................... - 6 - 1.4.2总体框架设计 ........................................................................................ - 6 - 第二章手机充电器的工作原理 ........................................................................................ - 7 - 2.1华为手机充电器外观 ......................................................................................... - 7 - 2.2华为手机充电的内部构造 ................................................................................. - 7 - 2.3 华为手机充电器的相关参数及运行程序 ........................................................ - 8 - 第三章 太阳能集板 ........................................................................................................ - 10 - 3.1 太阳能的发展及应用 ...................................................................................... - 10 - 3.2太阳能集板的结构及原理 ............................................................................... - 10 - 3.3太阳能电池板的材料 ........................................................................................- 11 - 第四章 太阳能手机充电器的硬件设计 ........................................................................ - 12 - 4.1系统设计的总体方案 ....................................................................................... - 12 - 4.2 在外接情况下的手机充电电路 ...................................................................... - 12 - 4.2.1变压整流电路 ...................................................................................... - 12 - 4.2.2滤波稳压电路 ...................................................................................... - 13 - 4.3单片机电路 ....................................................................................................... - 14 - 4.3.1电路的处理器 ...................................................................................... - 14 - 4.3.2 A/D转化 ............................................................................................... - 14 - 4.4 NCP1651的应用 .............................................................................................. - 14 - 4.4.1 NCP1651的性能及内部结构图： ..................................................... - 14 - 4.4.2恒流控制电路 ...................................................................................... - 15 - 4.4.3NCP1651反馈控制电路 ...................................................................... - 16 - 4.4.4 PWM控制原理 .................................................................................... - 17 - 4.5 NCP1651过电流检测 ...................................................................................... - 17 - 第五章 程序源的设计实现 .......................................................................................... - 19 - 5.1系统整体程序框架 ........................................................................................... - 19 - 5.2电路启动初始化 ............................................................................................... - 19 - 5.3控制电路的流程图 ........................................................................................... - 20 - 5.4数码管显示子程序 ........................................................................................... - 21 - 太阳能手机充电器的设计与制作 5.5数据的采集及模数转化程序 ........................................................................... - 21 - 5.6电源子程序的设计 ........................................................................................... - 22 - 结 论 .......................................................................................................................... - 24 - 参考文献 .......................................................................................................................... - 25 - 致 谢 .......................................................................................................................... - 26 -