畢業(yè)論文-基于單片機(jī)的太陽(yáng)能充電寶設(shè)計(jì)

1、 第1章 緒 論1.1題目背景及目的 在科技日新月異的今天，各類電子設(shè)備的小型化智能化越來(lái)越高，其功能也在跟著人們的要求的增加來(lái)增加而且須要加以完善。且有不少的電氣化的設(shè)備進(jìn)入了便攜掌上的時(shí)期。然則時(shí)至今日困擾這些便攜掌上設(shè)備的第一個(gè)重要問(wèn)題遍是電量問(wèn)題，換句話說(shuō)就是電子設(shè)備本身使用時(shí)間長(zhǎng)短會(huì)跟著各種的功能的豐富而逐漸減小了，固然有鋰離子聚合電池可以一定程度上減少電池體積小電量少的問(wèn)題。但是電池儲(chǔ)存的電量也是有限的。現(xiàn)在也沒(méi)有找到一個(gè)更好的解決方發(fā)來(lái)使得電池儲(chǔ)存更多的電量且還要縮小其體積。當(dāng)然理論上來(lái)說(shuō)鋰離子聚合電池可以持續(xù)提高儲(chǔ)能能力和減小體積的大小，可是實(shí)際上由于這樣做的話會(huì)導(dǎo)致電池在使用

2、時(shí)會(huì)讓電池的溫度變高，這樣的話會(huì)影響到電池本身的自身的使用時(shí)間長(zhǎng)短和安全使用，況且對(duì)于溫度敏感的元器件和電路來(lái)說(shuō)，電路長(zhǎng)時(shí)候處于在高溫下會(huì)損害電路，加快的氧化過(guò)程，造成電路的失靈，短路從而使得電子器件出現(xiàn)損壞。為了能夠延伸電子設(shè)備的使用時(shí)間，人們?cè)诓环奖阏业诫娫床遄臅r(shí)候只會(huì)使用外接便攜式電源作為補(bǔ)充電量的方式，就是現(xiàn)在大家熟知充電寶。而目前充電寶的電池一般都選用聚合物鋰電池。這種電池體積不大且儲(chǔ)能高，可是因?yàn)樵谑褂眠^(guò)程中會(huì)溫度過(guò)高的問(wèn)題，使得該電池的日常使用安全問(wèn)題也不是很好，作為折中的辦法，限定該電池的體積大小，人為的控制了鋰電池的發(fā)熱問(wèn)題。現(xiàn)在隨著關(guān)于新能源的技術(shù)的不斷發(fā)展，譬如太陽(yáng)能發(fā)

3、電技術(shù)的實(shí)用化，太陽(yáng)能發(fā)電為直流電對(duì)于電子設(shè)備和掌上便攜式儲(chǔ)能設(shè)備來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)直就是一個(gè)福音。太陽(yáng)能發(fā)電本身無(wú)法作為主要能量來(lái)源的一點(diǎn)是其自己的功率并不高，可是對(duì)于大多數(shù)的電子器件來(lái)說(shuō)這個(gè)缺點(diǎn)并沒(méi)有太大的影響，由于不少的電子設(shè)備自己的啟動(dòng)電壓不高，所以并不必要要很高的電壓供給，那些由鋰離子聚合物電池供電的設(shè)備就更是如此。1.2太陽(yáng)能充電寶的原理 太陽(yáng)能充電寶的原理是：將太陽(yáng)能電池板放置在陽(yáng)光底下接受太陽(yáng)光，并通過(guò)光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為電能，然后通過(guò)設(shè)計(jì)的電路將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的能量存儲(chǔ)到外部鋰電池中，在要給外部設(shè)備充電時(shí)，鋰電池內(nèi)的電能通過(guò)設(shè)計(jì)的電路為設(shè)備充電。1.3太陽(yáng)能電池板的結(jié)構(gòu)與發(fā)電原理 太陽(yáng)能電池

4、的結(jié)構(gòu)圖、發(fā)電原理圖如圖1-1、圖1-2所示。太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，電子由p區(qū)跑向n區(qū)，空穴由n區(qū)跑向p區(qū)，接通電路后就形成了電流。這便是光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池的工作原理1。在陽(yáng)光下，通過(guò)光能轉(zhuǎn)換為電能并通過(guò)控制電路儲(chǔ)存到鋰電池中，再由鋰電池給手機(jī)電池充電。本設(shè)計(jì)采用的是光電直接轉(zhuǎn)換。圖1-1太陽(yáng)能電池板的結(jié)構(gòu)圖1-2太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理1.4 課題的主要研究?jī)?nèi)容及要解決的關(guān)鍵問(wèn)題 本次設(shè)計(jì)是基于ST公司的STC89C52RC單片機(jī)的太陽(yáng)能充電寶器設(shè)計(jì)。具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容為：(1)研究基于STC89C52單片機(jī)的太陽(yáng)能路充電寶控制器設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本功能

5、，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體方案。(2)以STC89C52單片機(jī)為核心根本構(gòu)建系統(tǒng)的硬件架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制及信號(hào)的處理。(3)結(jié)合課題，設(shè)計(jì)出可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的算法程序。(4) 通過(guò)C語(yǔ)言編寫(xiě)相應(yīng)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)同過(guò)對(duì)各個(gè)部分不同功能的研究，共同實(shí)現(xiàn)利用太陽(yáng)能對(duì)充電寶進(jìn)行充電的功能。本課題擬解決的主要問(wèn)題為：通過(guò)對(duì)硬件設(shè)施及相應(yīng)工序進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；依據(jù)實(shí)際需求，選擇適合相應(yīng)情況的電子元件及其型號(hào)，在充分理解相應(yīng)電子元件工作原理與實(shí)用情況下，選擇合適的電壓模塊；并保證輸出輸入電壓的穩(wěn)定。1.5本文主要研究?jī)?nèi)容 1、系統(tǒng)研究的可行性； 2、系統(tǒng)硬件選擇與電路設(shè)計(jì)； 3、軟件選擇與程序設(shè)計(jì)； 4、焊接介紹與調(diào)試。第

6、2章方案論證2.1控制芯片的選擇方案選擇微處理器主要考慮因素有以下幾個(gè)方面：應(yīng)用領(lǐng)域：一個(gè)產(chǎn)品功能、性能要求定下來(lái)后，它所在應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)隨之確定。應(yīng)用領(lǐng)域確定則暗示要選擇的芯片型號(hào)范圍將大大縮小。自帶資源：芯片自帶資源越靠近產(chǎn)品的需求，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)相對(duì)就越簡(jiǎn)單?？蓴U(kuò)展資源，要求芯片可擴(kuò)展存儲(chǔ)器。低功耗：功率低意味著節(jié)能又節(jié)財(cái)，乃至可以減少環(huán)境的污染，也增加了性能的可靠性，它有如此多的優(yōu)點(diǎn)，因而低功耗也是成了芯片選型的一個(gè)重要成分。 芯片的可延續(xù)性及技術(shù)的可繼承性，芯片的價(jià)錢(qián)和供貨也是必需考慮的因素，所以選擇時(shí)盡量選擇有量產(chǎn)且是市面上應(yīng)用領(lǐng)域范圍廣的的芯片，會(huì)有較多的共享資源，給開(kāi)發(fā)者帶來(lái)許多的方便。

7、2.1.1 STC89C52RCSTC89C51RC為40引腳雙列直插式芯片，工作電壓3.3V5.5V，其內(nèi)部集成ROM（4k字節(jié)）與RAM（256字節(jié)），可以實(shí)現(xiàn)EEPROM、兩個(gè)計(jì)數(shù)/定時(shí)器、看門(mén)狗等功能，其具有最高可以達(dá)到48MHz工作頻率高，配備32個(gè)通用I/O口2，其可在無(wú)專用編程器和仿真器情況下支持ISP及IAP兩種不同的編程方式，并能對(duì)傳統(tǒng)的8051具有優(yōu)異的兼容性屬于8051型的加強(qiáng)版3。2.1.2ATmega16 AVR單片機(jī)ATMEL公司的AVR單片機(jī)是一種基于增強(qiáng)RISC結(jié)構(gòu)的、低功耗、CMOS技術(shù)、8位微控制器(EnhancedRISCMicrocontroller)，

8、其中ATmega16 AVR單片機(jī)是比較典型的單片機(jī)。它有三種形式的封裝：、44腳方形的TQFP和MLF形式（貼片形式）。其中40腳雙列直插PDIP外部引腳如圖2-1所示。圖2-1 ATmega16 AVR單片機(jī)外部引腳圖 其中，各個(gè)引腳的功能如下表2-2所示。表2-2引腳功能表引腳號(hào)功能VCC供電電壓GND接地端口 A(PA7.PA0)A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端端口 B(PB7.PB0) I/O 口端口 C(PC7.PC0) I/O 口端口 D(PD7.PD0)I/O 口/RESET 復(fù)位輸入引腳XTAL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端AVCCA

9、VCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與V CC 連接。使用ADC時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與 V CC 連接。AREFA/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳 值得一提的是，與52單片機(jī)一樣ATmega16 AVR也有引腳復(fù)用功能4，它的引腳復(fù)用功能為端口D，其中端口D復(fù)用功能如表2-3所示。表2-3端口D復(fù)用功能表引腳號(hào)第二功能PD7OC2 (T/C2 輸出比較匹配輸出 )PD6ICP1 (T/C1 輸入捕捉引腳 )PD5OC1A (T/C1 輸出比較 A 匹配輸出 )PD4OC1B (T/C1 輸出比較 B 匹配輸出 )PD3INT1 ( 外部中斷 1 的輸入 )PD2INT0

10、( 外部中斷 0 的輸入 )PD1TXD (USART 輸出引腳 )PD0RXD (USART 輸入引腳 )2.1.3主控制芯片的確定雖然ATmega16 AVR單片機(jī)與STC89C51RC功能相似，但是考慮到性價(jià)比和熟悉程度，決定采用STC89C51RC。這種芯片在在滿足設(shè)計(jì)需求的同時(shí)，具有兼容性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)單、低成本、易取得等諸多優(yōu)勢(shì)。和AVR比較具有明顯的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，最終選擇作為系統(tǒng)控制芯片。2.2本章小結(jié)本章在對(duì)太陽(yáng)能充電寶系統(tǒng)的主控制芯片的方案選擇進(jìn)行了分析、對(duì)比，確定了單片機(jī)的類型、控制核心方案。本章所確定芯片為后電路模塊的硬件設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。第3章 硬件電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)電路主要

11、分為核心STC89C52單片機(jī)、升壓電路、充電保護(hù)電路、光照檢測(cè)電路。3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 本次設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能充電寶以模塊化方式分塊設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)分成主控制模塊，電壓模塊，和檢測(cè)模塊。本設(shè)計(jì)將分步完成相應(yīng)模塊設(shè)計(jì)，最終將各個(gè)模塊拼湊和整合到一起，完成整個(gè)設(shè)計(jì)，然后最終進(jìn)行總體調(diào)試。先是將太陽(yáng)能板置于陽(yáng)光底下，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，光照檢測(cè)電路檢測(cè)到太陽(yáng)光，太陽(yáng)能板開(kāi)始收集太陽(yáng)能，并將收集的太陽(yáng)能儲(chǔ)存到電池中，然后因?yàn)闉閱喂?jié)的鋰電池，一邊需要通過(guò)升壓模塊電路升壓作為單片機(jī)的供電電壓，另一邊通過(guò)充電保護(hù)模塊電路，確保鋰電池不被過(guò)高的電壓傷害到。然后單片機(jī)在確認(rèn)是否有外部負(fù)載連接，判斷是否要充電。從控制芯片和硬

12、件電路的綜合角度確立了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，其中主控模塊包括電源模塊，核心STC89C52單片機(jī)、升壓保護(hù)電路、充電保護(hù)電路、光照檢測(cè)電路、太陽(yáng)能板模塊電路等部分。具體框圖如3-1所示。圖3-1 系統(tǒng)組成框圖3.2 模塊介紹 由于模塊電路具有很多優(yōu)點(diǎn)，所有的電路都用模塊進(jìn)行連接，這樣既減少成本，有更加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。下面主要介紹幾個(gè)模塊電路。3.2.1 中央控制模塊系統(tǒng)用51系單片機(jī)作為設(shè)計(jì)主控系統(tǒng)，其是由美國(guó)ST公司開(kāi)發(fā)出的具備SRAM、UART、SPI、PWM多種功能的調(diào)控裝置，可實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的Flash編譯，與其他系列相比，51系單片機(jī)具有功能強(qiáng)大，使用能耗低，系統(tǒng)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，并可與多種語(yǔ)言系統(tǒng)實(shí)

13、現(xiàn)穩(wěn)定對(duì)接5，具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線， HYPERLINK /view/1313309.htm t _blank看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16 位 HYPERLINK /view/281961.htm t _blank定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X51 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種 HYPERLINK /view/37.htm t _blank軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。斷電保護(hù)

14、模式下，RAM內(nèi)容被保留，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz，6T/12T可選。圖3-2 STC89C51引腳標(biāo)識(shí)STC89C51功能及性能參數(shù)如表3-2如下：表3-2STC89C51功能及性能參數(shù)功能/性能參數(shù)內(nèi)核標(biāo)準(zhǔn)51工作頻率040MHZFlash空間4KBRAM空間512B定時(shí)器計(jì)數(shù)器3*16位通用異步通信口（UART）1個(gè)中斷源8個(gè)在線可調(diào)式ISP IAP通用IO口3236個(gè)工作電壓3.85.5V外形封裝40腳PDIP、44腳PLCC和PQFPSTC89C51引腳說(shuō)明如表3-3所示。表3-3單片機(jī)的引腳說(shuō)明表引腳號(hào)功能特性P0外部程

15、序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器P1I/O口P2I/O口P3I/O口RST復(fù)位輸入ALE/PROG地址鎖存控制信號(hào)/變成輸入脈沖/PSEN外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)EA/VPP訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入XTAL2來(lái)自反向振蕩器的輸出VCC供電電壓GND接地值得一提的是，P3除了第一功能當(dāng)作一般I/O口之外，其還有復(fù)用功能，如下表3-4所示。表3-4 P3口復(fù)用功能表引腳號(hào)第二功能特性P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5T1（記時(shí)器1外部輸

16、入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）（三）STC89C51系統(tǒng)周期：系統(tǒng)周期主要由單片機(jī)、電源、計(jì)時(shí)器、復(fù)位器等功能部件連接而成，是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)正常運(yùn)行的最小工作單位。STC89C51內(nèi)部具有ROM/EPROM，尤其組成系統(tǒng)周期具有良好的簡(jiǎn)潔性與可靠性。此種單片機(jī)在連接計(jì)時(shí)單元與復(fù)位單元后即可組成最小應(yīng)用周期。不過(guò)由于其集成情況的限制只能實(shí)現(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)單單位的控制，原理圖如圖3-5。時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路復(fù)位電路STC89C52單片機(jī)I/O口圖3-5 單片機(jī)系統(tǒng)周期原理圖3.2.2復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位方式有兩種方法：按鍵復(fù)位：?jiǎn)纹瑱C(jī)RESET引腳獲得兩個(gè)時(shí)鐘周期的

17、高電平后進(jìn)行復(fù)位。2.上電復(fù)位：?jiǎn)纹瑱C(jī)上電電壓會(huì)從無(wú)到有在RESET處會(huì)先處于高電平一段時(shí)候，因?yàn)樵擖c(diǎn)通過(guò)電阻接地會(huì)把RESET該點(diǎn)的電平會(huì)漸漸改變?yōu)榈碗娖剑瑥淖寙纹瑱C(jī)的復(fù)位口電平從1到0，達(dá)到給單片機(jī)復(fù)位的功能。本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位。按鍵復(fù)位電路如圖3-6示：圖3-6按鍵復(fù)位電路圖3.2.3時(shí)鐘電路單片機(jī)的運(yùn)行離不開(kāi)時(shí)鐘電路，通過(guò)時(shí)鐘電路給單片機(jī)提供脈沖信號(hào)，俗稱“拍”來(lái)確保單片機(jī)根據(jù)時(shí)序工作，時(shí)鐘電路由晶振，電阻，和電容組成，晶振兩邊并聯(lián)兩個(gè)電容可以起到頻率微調(diào)的作用，又采用了12M晶振，電容大小在22-40Pf之間選擇，本設(shè)計(jì)選擇22Pf電容6。本次設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路如圖3-7示：圖3-7時(shí)鐘電

18、路圖3.2.4 光照檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中光照檢測(cè)電路采取光敏電阻和比較器LM393對(duì)光照閾值進(jìn)行判斷處理，比較器LM393引腳功能圖如圖3-7。光敏模塊對(duì)周邊環(huán)境光強(qiáng)度具有較高的靈敏度，因此可使用在對(duì)環(huán)境光強(qiáng)度的檢測(cè)方面。光敏模塊在接受的光強(qiáng)度閾值的情況下，DO口輸出高電平；在接受的光強(qiáng)度閾值的情況下，DO口輸出低電平。其模塊電路圖如圖3-8所示，實(shí)物圖如圖3-9所示。圖3-7比較器LM393引腳功能圖圖3-8 光敏電阻模塊電路圖圖3-9 光敏電阻模塊實(shí)物圖3.2.5鋰電池充電電路、升壓電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中選擇9V的太陽(yáng)能電池板，發(fā)電后經(jīng)過(guò)L7805CV芯片穩(wěn)壓后，將發(fā)電后的電壓穩(wěn)在5V。然后

19、，在給鋰電池進(jìn)行充電，又因鋰在化學(xué)元素周期表中位置靠前，屬于一種“幾乎和任何材料發(fā)生反應(yīng)”的活躍材料，如果充電的電壓過(guò)高，會(huì)造成電池內(nèi)部短路，因此需要一個(gè)充電保護(hù)電路來(lái)保護(hù)鋰電池，鋰電池的電壓是由電極的電勢(shì)決定的。電壓也稱作電勢(shì)差或電位差，是衡量電荷在靜電場(chǎng)中因?yàn)殡妱?shì)差異所產(chǎn)生的能量差的物理量。鋰離子的電極電勢(shì)約是3V，鋰電池的電壓隨材料差異而有變化。如一般的鋰電池額定電壓為3.7V，滿電的電壓為4.2V，換句話說(shuō)，鋰電池正極和負(fù)極之間的電勢(shì)差不能超過(guò)4.2V，這是一種基于材料和使用安全的需要。若是電勢(shì)差超過(guò)了4.2V會(huì)使鋰電池內(nèi)部生成晶枝7，晶枝生長(zhǎng)一定程度會(huì)刺破電池內(nèi)部的隔膜，造成電池內(nèi)部

20、的短路，會(huì)激發(fā)燃燒或者爆炸。就比如最近的三星手機(jī)電池發(fā)生燃燒、爆炸的問(wèn)題一樣，因?yàn)槠潆姵貎?nèi)部充電保護(hù)電路設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，造成電池在充電時(shí)發(fā)生燃燒或者爆炸，所以選擇一個(gè)可靠的保護(hù)電路是有必要性的，電池發(fā)生燃燒或者爆炸威脅到人的生命安全，毀壞的不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的一件衣服褲子，而是整個(gè)企業(yè)。故本設(shè)計(jì)中的充電保護(hù)電路選擇的是TP4056模塊。又因鋰電池的電壓為3.7V-4.2V，而本設(shè)計(jì)的單片機(jī)、光敏電阻模塊的供電為5V，所以使用升壓模塊將3.7V的電壓升到5V來(lái)給設(shè)備供電。其電路原理圖如圖3-10所示。圖3-10鋰電池充電電路、升壓電路原理TP4056模塊是一種具有完整、恒定單節(jié)鋰離子電池的線性充電器，其

21、主要功能為充電保護(hù)電路，并配備SOP8/MSOP8的散熱單元。其可以通過(guò)USB或通過(guò)普通家用電源供電。這些設(shè)計(jì)都提高了此款芯片的便攜式。其內(nèi)部設(shè)置了PMOSFET以及防倒充組件。其還加裝了熱反饋單位，為保證芯片正常工作提供相應(yīng)的溫度檢測(cè)，并及時(shí)調(diào)整。此款芯片穩(wěn)定充電電壓為4.2V，并在充電電流最終浮充電壓之后并降低到標(biāo)定值的0.1倍是，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停止功能。在無(wú)外部供電電源時(shí)，其可通過(guò)進(jìn)入電池漏電流為2uA的停機(jī)模式，以減少電量損耗。TP4056同時(shí)其還具有溫度檢測(cè)，電池溫度檢測(cè)、欠壓閉鎖、自動(dòng)化充電、指示充電狀態(tài)的LED 狀態(tài)引腳。特點(diǎn)高達(dá) 1000mA 的可編程充電電流無(wú)需 MOSFET、檢

22、測(cè)電阻器或隔離二極管用于單節(jié)鋰離子電池、采用 SOP 封裝的完整線性充電器恒定電流/恒定電壓操作，并具有可在無(wú)過(guò)熱危險(xiǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)充電速率最大化的熱調(diào)節(jié)功能精度達(dá)到1%的 4.2V 預(yù)設(shè)充電電壓用于電池電量檢測(cè)的充電電流監(jiān)控器輸出自動(dòng)再充電充電狀態(tài)雙輸出、無(wú)電池和故障狀態(tài)顯示C/10 充電終止待機(jī)模式下的供電電流為 55uA2.9V涓流充電器件版本軟啟動(dòng)限制了浪涌電流電池溫度監(jiān)測(cè)功能采用 8 引腳 SOP-PP/MSP-PP 封裝。絕對(duì)最大額定值輸入電源電壓（VCC） ：-0.3V8VPROG：-0.3VVCC+0.3VBAT：-0.3V7V ：-0.3V10VTEMP：-0.3V10VBAT

23、 短路持續(xù)時(shí)間：連續(xù)BAT 引腳電流：1200mAPROG 引腳電流：1200uA最大結(jié)溫：145工作環(huán)境溫度范圍：-4085貯存溫度范圍：-65125引腳溫度（焊接時(shí)間 10 秒） ：260本模塊特點(diǎn)：1、板載TP4056鋰電充電管理芯片2、板載MINI USB頭，可以直接鏈接電腦USB口充電3、本充電板也可以通過(guò)(IN+與IN-)排針供電4、預(yù)留TEMP排針接口，可以作為鋰電池溫度檢測(cè)用5、輸入電壓：4V-8V ，輸出最大充電電流：1000mA6、充電時(shí)D1指示燈亮，充電完成D2指示燈亮7、PCB板子尺寸：37.3(mm)x15(mm)其實(shí)物圖如圖3-11所示： 圖3-11 TP4056模

24、塊實(shí)物圖本設(shè)計(jì)中選擇的太陽(yáng)能電池板為多晶硅9V220ma 玻璃層壓太陽(yáng)能電池板 9V2W。有充足的陽(yáng)光的照耀就可以正常使用，不是存電產(chǎn)品，電量可以馬上使用。一般有20-25年的使用壽命。實(shí)物圖如圖3-12所示。圖3-12 太陽(yáng)能電池板實(shí)物圖本設(shè)計(jì)及選擇的是帶有USB的升壓模塊為DC-DC升壓模塊 (0.9V5V)升5V 600MA 升壓模塊。眾所周知，USB接口金屬觸點(diǎn)有4根金屬線，兩根電源線和兩根數(shù)據(jù)信號(hào)線，信號(hào)是串行傳輸?shù)?。是以也被稱為串行口，標(biāo)準(zhǔn)的USB2.0接口其數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)480Mbps。滿足工業(yè)和民用需要。USB接口的輸出電壓+5V，輸出電流是500mA 實(shí)際運(yùn)用中存在有正負(fù)0

25、.2v的誤差，即4.8-5.2V 。USB接口的4根線一般是紅白綠黑從左到右這樣分配的，具體針腳定義表和具體的實(shí)物圖如表3-13和圖3-14所示，正負(fù)極不能搞反了，不然會(huì)損壞USB設(shè)備或者計(jì)算機(jī)設(shè)備的芯片，從而影響到設(shè)備的正常使用。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)只用到充電的功能，所以兩條數(shù)據(jù)線只需焊接固定到板上，而剩下的兩條電源線接入電路中即可。1.本模塊采用高性能進(jìn)口芯片，性能優(yōu)于一般的模塊。2.輸入0.9V5V任意直流電壓，均可穩(wěn)壓5V輸出直流電壓3.工業(yè)級(jí)溫度范圍：-40+854.轉(zhuǎn)換效率高，最高達(dá)96%5.帶USB母座，用途廣泛6.超小體積（PCB板25mm*18mm），用安裝于各種小型設(shè)備里7.帶工作指

26、示燈其實(shí)物圖如圖3-15所示。其已默認(rèn)設(shè)置為5V表3-13USB針腳定義表圖3-14USB實(shí)物圖圖3-15 升壓模塊實(shí)物圖3.3整體電路原理圖該系統(tǒng)的電路原理圖是使用Altium Designer電路設(shè)計(jì)軟件完成的。此軟件是基于Protel的基礎(chǔ)上由Altium進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出的公司推出多功能軟件。整體電路原理圖如圖3-12所示。為了使操作者在電路設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)上更加得心應(yīng)手8，這套軟件將PCB電路的繪編，布線、可靠性分析、整體輸出匯集在一起，實(shí)現(xiàn)軟件多功能的運(yùn)行，是電路設(shè)計(jì)、研發(fā)的首選。圖3-12整體電路原理圖第4 章軟件設(shè)計(jì)4.1 Keil C51Keil C51是美國(guó)Keil Software公

27、司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編對(duì)比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的上風(fēng)優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)越發(fā)深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。此外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率十分之高，大多語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹Keil C51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用，界面如下圖4-1所示。圖4-1 KEIL運(yùn)行界面4.2系統(tǒng)源程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，各個(gè)模塊初始化，

28、將太陽(yáng)能電池板放置于陽(yáng)光下照射，太陽(yáng)能電池板開(kāi)始采集光能，并通過(guò)模塊電路將光能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存到外部鋰電池中，若連接電子設(shè)備充電線，主控制模塊斷開(kāi)收集能量，轉(zhuǎn)而給外部設(shè)備充電，當(dāng)電壓過(guò)高時(shí)，單片機(jī)會(huì)斷開(kāi)外部充電設(shè)備，保護(hù)外部充電設(shè)備。系統(tǒng)程序流程圖如4-2所示。 圖4-2 系統(tǒng)程序流程圖4.3按鍵子程序 按鍵子程序中，打開(kāi)按鍵1，按鍵2，光敏模塊判斷是否有光照照射，有光照射的話LED燈不會(huì)發(fā)亮，反之則亮。打開(kāi)按鍵1，關(guān)閉按鍵2 ，LED燈會(huì)常亮，可用于照明。按鍵子程序流程圖1如4-3所示與按鍵子程序流程圖2如4-4所示。圖4-3 按鍵子程序流程圖1圖4-4 按鍵子程序流程圖2第5章 焊接與系統(tǒng)調(diào)

29、試5.1 電路焊接現(xiàn)階段的主流焊接工藝已由人工焊接轉(zhuǎn)向了機(jī)械焊接，其相對(duì)人工焊接具有更高的效率、更高的質(zhì)量保證，但是由于缺乏足夠的靈活性，其在維修、調(diào)試節(jié)點(diǎn)的電子產(chǎn)品焊接方面遠(yuǎn)遜色手工焊接9。手工焊接對(duì)焊接工作者具有較高的要求，需要使用者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期堅(jiān)持不懈的練習(xí)與實(shí)踐方可保證焊接的質(zhì)量與速度。手工焊接依據(jù)拿握電烙鐵的方式的不同可分為正握、反握及握筆式。其中握筆式使用最為廣泛。手工焊接的工作流程如下: 準(zhǔn)備階段: 對(duì)被焊元件進(jìn)行清理，并保證電烙鐵頭可以順利加熱焊點(diǎn)處。同時(shí)保證被焊接元件引線鍍有錫層。最后注意保護(hù)其他焊接元件。 加熱階段:將焊錫、松香以及被焊元器通過(guò)電烙鐵頭加熱若干秒。取下元器件則無(wú)

30、需焊錫、松香，直接將電烙鐵頭加熱印刷版與元器件連接點(diǎn)，并通過(guò)鑷子扥工具將電子元件取下。 清理焊接面:保證在結(jié)果中電烙鐵頭不焊錫量適宜。如焊錫過(guò)多可輕輕將多余的焊錫去除；如過(guò)少則可通過(guò)二次補(bǔ)焊以保證焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量。 最終檢查:檢查焊接點(diǎn)是否達(dá)到焊接要求，有無(wú)虛焊現(xiàn)象等。5.2 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)焊接完成后并不一定是可以用的，很有可能會(huì)有部分位置電路虛焊，或其他原因?qū)е孪到y(tǒng)不能工作，要通過(guò)多次調(diào)試使系統(tǒng)達(dá)到最佳的工作狀態(tài)10。另一方面，該系統(tǒng)是軟硬件共同工作的，軟件不同，系統(tǒng)的工作效果也不會(huì)相同，軟件移植到新的硬件工作平臺(tái)上都須要進(jìn)行調(diào)試。在電路板通電之前，大概觀察下電路板上是否存在問(wèn)題，譬如是否有明

31、顯的裂痕，有無(wú)短路、開(kāi)路等狀況，再用萬(wàn)用表檢查一下電源跟地線之間的電阻值是否夠大，以確保通電安全。結(jié)論通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我對(duì)新能源認(rèn)識(shí)更加進(jìn)一步的理解，也加深了我對(duì)各類元器件和對(duì)單片機(jī)的了解。將元器件按PCB焊接完畢后，連接上太陽(yáng)能電池板，并將太陽(yáng)能電池板放置于陽(yáng)光下，然后測(cè)量模擬鋰電池電阻不同時(shí)對(duì)電壓的影響，用不同阻值的電阻替代鋰電池電阻，當(dāng)輸入電壓為7V時(shí)不同阻值時(shí)的輸出電壓值如表5-1和折線圖5-2所示。由表5-1與圖5-2，可以看出來(lái)，在相同電壓時(shí)在不同的電阻值時(shí)，輸出在鋰電池電壓在限定的4.2V內(nèi)，滿足了設(shè)計(jì)要求。再由不同掌上便攜設(shè)備充電輸出電壓值如表5-3所示，不難看出充電基本穩(wěn)定

32、在5V內(nèi)，電壓上下波動(dòng)在0.11-0.2V之間，且由給酷比魔方平板充電示意圖圖5-4、聯(lián)想手機(jī)充電示意圖圖5-5和中興小鮮2充電示意圖圖5-6所示可以看出已經(jīng)成功給掌上便攜設(shè)備充上電了，滿足了設(shè)計(jì)要求。畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我的一種挑戰(zhàn)，由于在學(xué)校中學(xué)到的東西基本上是理論上的知識(shí)?？墒钱厴I(yè)設(shè)計(jì)是要實(shí)際與理論相結(jié)合的，它是要通過(guò)本身的實(shí)踐和書(shū)上的很多知識(shí)聯(lián)系，一步一步對(duì)你所做的東西進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。好比單純看這么一個(gè)開(kāi)關(guān)確實(shí)是一個(gè)簡(jiǎn)單不過(guò)的東西，可是要加上智能控制，可靠性、安全性、方便性、適用性和成本等一些生日常生活中的問(wèn)題，所以實(shí)際并不是理論上那么簡(jiǎn)單的。 通過(guò)以上內(nèi)容的介紹，我們可以知道太陽(yáng)能手機(jī)充電寶的設(shè)

33、計(jì)是契合要求的。但是設(shè)計(jì)中仍然出現(xiàn)了需要注意的地方，憑借PCB電路圖來(lái)進(jìn)行焊接，做到細(xì)心，防止出現(xiàn)錯(cuò)連。另有在焊接前先檢測(cè)元器件功能是否完好，以免焊接完成時(shí)造成返工。最后在焊接完成后要仔細(xì)檢查電路，觀察其各個(gè)電路節(jié)點(diǎn)是否導(dǎo)通，是否有錯(cuò)接的電路，以免在加入電源時(shí)造成元器件的損壞。在焊接時(shí)要細(xì)心，萬(wàn)萬(wàn)不可有虛焊，造成接觸不良，也不能有短路，造成元器件的燒壞。綜上所述，我們?cè)谧鲈O(shè)計(jì)時(shí)要準(zhǔn)備充分，制作時(shí)細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn)。本次的畢業(yè)的設(shè)計(jì)讓我充滿信心，自己去設(shè)計(jì)一個(gè)太陽(yáng)能充電寶并且加工出來(lái)，在之前是不會(huì)去想的。在歷盡千辛萬(wàn)苦后，終于把它設(shè)計(jì)出來(lái)，我感到滿滿的成就感。所以通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我相信從此以后自己會(huì)在電

34、子這個(gè)行業(yè)中會(huì)更快的入手這個(gè)行業(yè)。表5-1當(dāng)輸入電壓為7V時(shí)不同電阻時(shí)的輸出電壓值電阻電壓1004.042V1504.106V2004.125V2504.134V3004.139V3504.143V4004.146V5004.149V6004.152V7004.153V圖5-2當(dāng)輸入電壓為8V時(shí)不同電阻時(shí)的輸出電壓值折線圖表5-3不同掌上便攜設(shè)備充電輸出電壓值掌上便攜設(shè)備輸出電壓酷比魔方4.98V聯(lián)想手機(jī)5.00V中興小鮮2手機(jī)5.02V圖5-4酷比魔方平板充電示意圖圖5-5聯(lián)想手機(jī)充電示意圖圖5-6中興小鮮2充電示意圖致謝語(yǔ)歷經(jīng)幾個(gè)月的編寫(xiě)，終于把這篇論文給編寫(xiě)完成?；赝诖髮W(xué)兩年的時(shí)間，心中感慨頗多，有開(kāi)心，有失望，有成功也有失敗，雖有憾，但無(wú)悔。首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師羅錦彬老師，在撰寫(xiě)論文的期間羅老師不厭其煩指導(dǎo)我，特別是在我遇到不懂的地方時(shí)。在此論文的寫(xiě)作過(guò)程中，羅老師給予 了我很大的幫助。能完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，