太阳能充电器的设计
2020-07-16
（泰山学院物理与电子工程学院，山东 泰山 271000）
一、设计方案
基于MAX1898 芯片为中心的智能充电器，主要实验器材介绍：单片机89C52、智能充电芯片MAX1896、双电压比较器LM393、轻触按键、红色LED 灯、二极管、瓷片电容、晶振、导线、镊子等器件。
MAX1898可对所有化学类型的锂电池进行安全充电，电池调节电压为4.2v，10 脚装。有如下几个特点①有4.5v 至12v 输入电压范围②内置检流电阻③可编程充电电流④输入电源自动检测⑤检流监测输出。功能：当充电电源和电池在正常工作范围内时，插入电池将启动一次充电过程，充电结束的条件是平均的脉冲电流达到快充电流的百分之一，或者是充电时间超出片上预置的充电时间。MAX1896 能够自动监测充电电源，没有电源时自动关断以减少电池漏电。启动快充后打开外接的P 型场效应管，但检测到电池电压达到设定的门限时进入脉冲充电方式，P 沟道场效应管打开的时间会越来越短，充电结束时，LED 指示灯将会呈现周期性闪烁。
LM393 是高增益，宽频带器件，主要特点有①消耗电流小Vcc=0.8mA ②输入失调电压小③输出与TTL、MOS、CMOS 等兼容④输出可以用开路集电极连接或门。功能：输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上,不受 Vcc 端电压值的限制。此输出能作为一个简单的对地SPS 开路(当不用负载电阻没被运用),输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β 值所限制。当达到极限电流(16mA)时,输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升.输出饱和电压被输出晶体管大约60ohm 的γSAT限制。当负载电流很小时,输出晶体管的低失调电压(约1.0mV)允许 输出箝位在零电平。
二、实验设计思路
现假设手机电量为0%，当太阳能板给手机充电时，LM393 对太阳能板输入电压和手机内电压进行不断比较，充电开始时手机内电压较低，此时LM393发送信号到MAX1898 调节充电电压为较高电压，同时返回信息到单片机控制发光二极管亮表示正在充电，此时手机充电状态为快速充电。随着手机电量增高，LM393 不断发送信号到MAX1898 调节充电电压逐渐转化为较低电压，同时手机充电状态由快速充电逐渐转变为慢速充电。当手机充满电时，LM393 发送信息到MAX1898 输入电压为平衡电压停止充电，同时返回信息到单片机，控制蜂鸣器报警，提示电已充满。
STC89C52RC 单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051 单片机，12 时钟/机器周期和6 时钟/机器周期可以任意选择。主要特性如下：1.增强型8051 单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。2.工作电压：5.5V～3.3V（5V 单片机）/3.8V～2.0V（3V 单片机）。3.工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051 的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz。4.通用I/O 口（32 个），复位后为：P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉，P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O 口用时，需加上拉电阻。5.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。6.具有EEPROM，看门狗功能。7.外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。8.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。9.工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）。
三、实验过程
1.把编好的程序通过电脑下载到单片机89C52。
2.测量太阳能板选择68x95 型号测得室内电压，括号内为第二次测量且为白天正常情况下2.8v（2.5v）室外电压5.77v（5.67v）。120x30 型号测得电压，室内4.6v（4.67v）室外电压10.34v（9.65v）。太阳能板在阳光充足时电压才会达到最大，手机充电电压标准为5v。5.1v稳压二极管能稳大约5.1v的输入电压而不能稳小于5.1v 的输入电压（实际测得5.02v）。因此考虑选用120x30 的输出最大电压能到10v 以上的太阳能板。
3.按单片机连接基本要求焊好单片机周围晶振按键开关等基本原件，因为扬声器内阻过大，所以报警选用蜂鸣器。
4.查询用户手册连接LM393。
5.查询用户手册连接MAX1898，其中ISET 引脚外接电阻Rset 来设置最大充电电流Imax，存在Imax=1400/Rset 关系，限于材料有限，因此我们把芯片资料原图的2.8 千欧改为常用的1 千欧，控制最大充电电流为1.4A。
6.焊接USB2.0 母座，USB 插口朝上正面朝自己从左往右为VCC、—、+、GND，我们需要两边的引脚。
7.连接图示所有电源输入口并连接到图示右下角的Vcc 处，连接所有接地处并连接到图示右下角GND 处。
8.用万用表挨个测量是否有短路或断路的地方，尤其是芯片旁边拖焊较为紧密的地方，测试无误后接USB充电线连接手机到阳光充足的地方进行实验。手机充电正常，且红色指示灯发光，说明实验基本完成。当电充满时蜂鸣器响起说明实验成功。
9.利用绝缘胶固定焊接一面，注意较为紧密处和电烙铁不慎烫化的引线外皮出，目的防止使用过程中紧密处连接而短路，同时防止引线不慎断裂。把太阳能板仅靠USB 母座用绝缘胶固定。
（一）实验数据测试
室内连接充电电流为0.12A，充电电压为0.92V。室外充电电流约为1.02A，充电电压约为5.04V（值浮动只记录当中一组）
（二）注意事项
太阳能板电压不稳定，我们需要稳定到输入电压5v 左右，可使用5V 左右稳压二极管等元件。充电线使用快充线效果更明显。
附以下是编辑的单片机语言提供参考:
#include
for(a=z;a>0;a--), delay(500);//延时,for(b=110;b>0;b--); } } else//没有冲满电,void main( )//主函数, {{ SPEAK=1;//蜂鸣器不响 }}}
