基于单片机的太阳能充电器的设计

张旭冉　夏路超　路康怡　尚徐碧玥　邓媛元

摘 要：随着人们生活水平的不断提高，全国汽车保有量的快速增长，中国每年超过一半以上的石油都需要进口，国家大量的外汇都用在了进口石油上面，加上对环境保护的重视，因此挖掘清洁的太阳能源，对整个国家和社会都有着非常重要的意义。本设计将太阳能板放在太阳光下产生电能，将产生的电压值送到直流变换电路中做处理后再输送到手机电池中，单片机STC12C5A60S2检测手机电池输出的电压值再显示到液晶屏上。

关键词：太阳能;AT89C51;STC12C5A60S2

1 方案选择

（1）本方案由输入、输出以及单片机控制部分组成的。太阳能电池板是其输入部分，负责把太阳能转化为电能。单片机STC12C5A60S2控制输出电压和最大充电电流，把太阳能板中产生的电压送给直流變换电路，然后再将变换后的电压值输送至手机电池，再将手机中输出的电压值经过单片机检测后送到液晶显示器中显示。LCD1602液晶显示器负责输出部分，其作用是显示充电时的电压值和电流值，以及显示由按键设置后的电压和电流的参数值[1]。

（2）控制器的选择。

方案一：AT89C51单片机。单片机AT89C51是一款低电压、高性能微处理器，其内部有4K字节的可编程FLASH存储器，有程序保密锁定的作用，其使用的生产技术和标准的工业MCS-51指令集和输出管脚互相兼容，在下载用户程序时，必须要增加一个驱动。

方案二：STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2属于增强型的8051单片机，指令代码能实现对之前传统的8051的兼容，其内部具有60K FLASH ROM，有看门狗的用途，能以用电的形式进行瞬间擦除和改写，并且自身带有PWM的功能，和串口程序烧写的作用，输入输出端可以自行定义，性价比高，运行速度快。

（3）太阳能板的选择。

方案一：单晶硅太阳能板。单晶硅太阳能的转换太阳能效率最高能达到百分之二十五左右，其技术也很稳定，因此不管在工业中还是实验中应用的地方都比较多。

方案二：多晶硅薄膜太阳能板。多晶硅的转换效率不太高，只能达到百分之十六七左右，但它具有成本低的优点。

由于单晶硅太阳能电池板的转换效率相比更好，成本核算也合适，因此本设计使用单晶硅太阳能电池板。

（4）A/D转换器的选择。ADC0832转换器是一种具有双通道模数转换的功能、转换的速度快，稳定性高，能耗低，电路设计简单，所以选择ADC0832模数转换器。

（5）按键选择。独立式按键直译就是把按键区分单独来用，这种方式使用在对输入要求很少的情况下，而且接法实现起来相对较容易，但如果需要的按键太多时，这种方法就不便使用了。由于本设计的按键不太多，矩阵式会让其编程变得较复杂，而独立式按键电路容易实现，编写程序较容易，所以使用独立式按键。

2 软件系统的设计

（1）系统的总设计。本设计主要由单片机程序控制来实现整体工作，其工作过程分为以下几个模块：电路启动初始化，充电电路的功能选择，液晶显示。当电池充电时，则通过液晶显示来实施监视其电压电流值，当充电完成或者没有接入充电器时，则停止充电或者等待接入电池。

（2）电路启动初始化程序。充电之前，单片机必须实行初始化操作，主要清片内，而且其每次上电时，都要使用上电复位操作。复位后，单片机的寄存器又会被设为其他不一样的数值，而其中有的难免会值超过事先预定的值，而这些值在单片机完成复位且正常运行以后，会产生难以掌控的后果，严重的还会将系统破坏。

（3）按键采集程序。键盘子程序有探测开关的作用，验证是否身处在开关状态，来确定系统是否运转，而且可以通过按键设置其电压电流参数值。电压值在0～5V之间都可以设置，电流值在0～500mA。

（4）液晶显示程序。LCD液晶显示器显示电压电流参数值的过程是首先得定义LCD的各个引脚，然后再进行初始化，初始化完成后进行延时程序，等待数据的采集。然后设置其地址进行写数据，数据发送完LCD就会读取写入的地址信息然后将其显示出来。

（5）模数转换程序。首先对ADC0832进行初始化，然后选择通道，接着读取传输的信息，最后将信息输送到单片机，让单片机进行处理，最后送入显示器显示。

（6）充电子程序的设计。当电池正在进行充电时，显示“充电”的灯亮;充完电后，“充满”的灯亮，同时“充电”的灯灭;其主要程序如下：

void Change（void）{

if（I_DATA>15）{RED=0;YELLOW=1;}//开始充电

if（I_DATA<10）{

RED=1;

YELLOW=0;}}

3 系统的调试

（1）在windows8.1操作系统中，内存是4GB，64位操作系统，基于x64的处理器，用keil4.0和Proteus7.0来进行调试。初始化：按下Proteus软件中的运行键，单片机开始初始化，液晶屏上显示的电压值是2.9v，电流值是386mA。

（2）按键。LCD1602是液晶显示器，主要显示充电电压和电流，单片机是STC12C5A60S2，系统中总共有四个按键分别是加键、减键、复位键以及设置最大输出电流键[3]。

（3）调试。单片机在初始化以后，先按下最小值设定按键，再按下加键，LCD液晶显示屏中的数字会达到你想设定的值。当电路处于充电的状态时，“充电”灯亮。当电路处于充满电的状态时，“充满”灯亮且同时“充电”灯灭。

4 结束语

本设计可以在阳光温度高的情况下可以有效的快速充电，充满时可以自动停止、也可作为直流电源来使用，在有阳光的工作场合即可，从而能解决人们的通信自由。但任何东西有利也有弊，如果要对我的太阳能充电器进行深一步的研究，第一可以考虑把PWM的产生由简单的独立芯片来完成，这样既能减轻单片机的负担，也可以提高电路输出的精度问题。第二也可以换一种折叠式的太阳能板型，比较易于人们外出携带。

参考文献：

[1]刘仁君.可调直流稳压电源[M].2018.

[2]吴季伟.基于单片机的十位数字密码锁电路设计[M].2016.

[3]王盘林.可编程电池充电器设计[M].2019.