基于單片機(jī)控制的太陽(yáng)能無(wú)線充電器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要太陽(yáng)能是一種清潔高效的能源。隨著現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的更迭換代，將對(duì)太陽(yáng)能的利用提出了新的要求。本課題將對(duì)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，再將電能利用無(wú)線充電技術(shù)進(jìn)行充電，太陽(yáng)能無(wú)線充電的發(fā)展將帶來(lái)給充電設(shè)備帶來(lái)便利，可以解決在戶外缺電帶來(lái)的煩惱。該課題主要實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能無(wú)線充電。主要由STC89C52單片機(jī)、LCD1602液晶顯示、鋰電池充電檢測(cè)、太陽(yáng)能發(fā)電、鋰電池充電保護(hù)TP4056、升壓穩(wěn)壓電路組成。對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化的電流對(duì)整個(gè)設(shè)備提供電能，利用液晶顯示可以對(duì)設(shè)備的電量施行監(jiān)測(cè)。因?yàn)槭褂玫脑O(shè)備電壓固定的，輸出的電流電壓不同所以要接入一個(gè)穩(wěn)壓電路，在設(shè)備充電輸出的反饋上，通過(guò)顯示模塊可以觀察充電的狀態(tài)，最后接入輸出模塊給到需要充電的設(shè)備進(jìn)行充電。太陽(yáng)能無(wú)線充電器，能給我們的手機(jī)、相機(jī)等設(shè)備的充電。將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的電能，再利用無(wú)線耦合技術(shù)對(duì)手機(jī)、相機(jī)等小設(shè)備提供電能。太陽(yáng)能板要在太陽(yáng)光照強(qiáng)的情況下，充電效果才能更好的展現(xiàn)出來(lái)。太陽(yáng)能無(wú)線充電器的設(shè)計(jì)解決了在戶外充電的問(wèn)題，能讓我們的手機(jī)、相機(jī)有一個(gè)更長(zhǎng)的使用時(shí)間。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能電池；STC89C52單片機(jī)；鋰電池TP4056；升壓穩(wěn)定；無(wú)線耦合技術(shù)目錄TOC\o"1-3"\h\u26260第1章緒論 緒論研究背景太陽(yáng)能現(xiàn)在最清潔的能之一，主要是利用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能再將電能利用無(wú)線輸出端進(jìn)行無(wú)線充電。太陽(yáng)能成為目前的清潔能源，太陽(yáng)能的利用將減少燃燒發(fā)電、核能發(fā)電所帶來(lái)的污染。而無(wú)線技術(shù)輸送電力的出現(xiàn)，有著廣闊的領(lǐng)域和應(yīng)用前景。太陽(yáng)能發(fā)電的利用成為全世界最受歡迎的綠色能源利用之一。清潔無(wú)污染，只要有太陽(yáng)光照的地方都可以利用太陽(yáng)能能源。太陽(yáng)光照通過(guò)太陽(yáng)能板轉(zhuǎn)化成電能，這一技術(shù)可以用于太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)能節(jié)能路燈、太陽(yáng)能充電器等。太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)利用可以解決在戶外用電帶來(lái)的困擾，將太陽(yáng)能量的轉(zhuǎn)換為電能，可以為農(nóng)村或者路邊電燈提供電能，減少農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施的投入成本。目前太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)，被航天領(lǐng)域、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)利用，在一些條件不好的地方如山區(qū)、沙漠、海島等，我們可以利用太陽(yáng)能來(lái)進(jìn)行發(fā)電。太陽(yáng)能資源的開(kāi)發(fā)利用和眾多環(huán)境污染能源的之間選擇時(shí)，再生清潔能源的開(kāi)發(fā)利用將是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。在設(shè)計(jì)的時(shí)候?yàn)榱丝紤]攜帶方便、選擇什么樣的技術(shù)。所以在做材料選擇的時(shí)候，我們選擇利用太陽(yáng)能電池板來(lái)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化電能的電能進(jìn)行輸出利用。當(dāng)在戶外或無(wú)交流電源的時(shí)候，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)手機(jī)和相機(jī)等設(shè)備進(jìn)行充電的一個(gè)無(wú)線充電器。太陽(yáng)能無(wú)線充電器在現(xiàn)有的技術(shù)下，如果要現(xiàn)實(shí)無(wú)線充電，可以考慮使用的兩種技術(shù)，一種是電磁共振，其原理是初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間頻率達(dá)到一致就可以進(jìn)行能量的傳輸；另外一種是電磁耦合，耦合技術(shù)的原理是初級(jí)和次級(jí)繞組之間通過(guò)電磁感應(yīng)來(lái)達(dá)進(jìn)行無(wú)線傳輸。在這個(gè)設(shè)計(jì)里利用了電磁耦合技術(shù)來(lái)進(jìn)行無(wú)線傳輸，因?yàn)橐紤]到太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化的電能是直流電，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)射端將直流電進(jìn)行電流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?。轉(zhuǎn)化后的電流經(jīng)過(guò)初級(jí)繞組進(jìn)行輸出，接收到高頻電流的次級(jí)繞組再轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電流給手機(jī)、相機(jī)等設(shè)備充電。為了能監(jiān)測(cè)到設(shè)備的工作狀態(tài)，利用到了一個(gè)帶液晶屏顯示的單片機(jī)來(lái)完成。本課題的設(shè)計(jì)要求1、利用光照通過(guò)太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)化成電能，電能作為整個(gè)設(shè)計(jì)輸入電源。2、設(shè)備需要的電流電壓是穩(wěn)定的，所以要對(duì)輸入的電能進(jìn)行升壓穩(wěn)定輸出。3、充電狀態(tài)的反饋通過(guò)液晶顯示器來(lái)進(jìn)行顯示充電狀態(tài)。4、液晶顯示是否在充電狀態(tài)。5、升壓模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出端接入的設(shè)備進(jìn)行充電。設(shè)計(jì)思路和工作原理設(shè)計(jì)思路太陽(yáng)能無(wú)線充電器的設(shè)計(jì)是將太陽(yáng)輻射出來(lái)的能量利用太陽(yáng)能電池板進(jìn)行匯聚，經(jīng)過(guò)光電效應(yīng)轉(zhuǎn)化后的電能可用對(duì)對(duì)手機(jī)、相機(jī)等設(shè)備充電。在輸入端的材料選擇時(shí)，我們將考慮“硅”這一材料來(lái)作為設(shè)計(jì)輸入端的電池板材料。當(dāng)太陽(yáng)光照到太陽(yáng)能電池板上時(shí)，一部能量被材料硅吸收，當(dāng)光子攜帶的能到硅原子時(shí)，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P－N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。[1]。在目前使用到的普通充電電池和可循環(huán)充電電池中，太陽(yáng)能電池是一種清潔環(huán)保的綠色能源電池。目前，晶體硅太陽(yáng)能電池板材料（包括多晶硅和單晶硅）是最主要的光伏材料，其市場(chǎng)占有率在90%以上,而且在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期也依然是太陽(yáng)能電池的主流市場(chǎng)材料[2]。設(shè)計(jì)采用了9V的多晶硅太陽(yáng)能板來(lái)作為輸入端的發(fā)電元器件，太陽(yáng)能在轉(zhuǎn)換成電能后不斷給鋰電池提供電能，單片機(jī)的工作需要電源輸入，所以設(shè)置了一節(jié)電池來(lái)持續(xù)供電，就不用接入移動(dòng)電源，因?yàn)橐还?jié)電池的電壓有限。設(shè)計(jì)中單片機(jī)工作電壓額定值是5V，所以要對(duì)單節(jié)電池輸出的電壓需要進(jìn)行升壓轉(zhuǎn)化。為了保證能很好的使用，設(shè)計(jì)應(yīng)在陽(yáng)光充足條件，該設(shè)計(jì)沒(méi)有設(shè)計(jì)儲(chǔ)存電能模塊，電量立發(fā)立刻使用。晶體硅太陽(yáng)電池片、薄膜太陽(yáng)能電池片是現(xiàn)目前市場(chǎng)上使用最多的太陽(yáng)能電池，兩種材料最后的要達(dá)到的目的都是相同的。晶體硅太陽(yáng)能電池片，在使用和制作太陽(yáng)能電池的過(guò)程中，材料的成本偏低，該器件在使用損耗上偏高。電池片制作成本比較符合投資市場(chǎng)的前景，適合在室外陽(yáng)光下發(fā)電。薄膜太陽(yáng)能電池片，材料的成本偏高，該器件在使用損耗方面上偏低。但光電轉(zhuǎn)化效率相對(duì)晶體硅電池片一半多點(diǎn)，但弱光效應(yīng)非常好，在普通燈光下也能發(fā)電[2]?，F(xiàn)目前使用的無(wú)線充電技術(shù)中，有兩種無(wú)線充電方式。一種是電磁共振，該技術(shù)的原理是當(dāng)初級(jí)繞組和次級(jí)繞組間頻率達(dá)到一致時(shí)能量可以進(jìn)行傳輸；另外一種電磁耦合技術(shù)，原理是初級(jí)和次級(jí)繞組通過(guò)磁感應(yīng)來(lái)進(jìn)行無(wú)線傳輸。第一種現(xiàn)目前的使用難度比第二種難度大，所以將采取第二種來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸。無(wú)線充電的原理是將轉(zhuǎn)化后的直流電通過(guò)發(fā)射電路，直流電流通過(guò)發(fā)射電路轉(zhuǎn)換成高頻交流電，高頻交流電傳到初級(jí)繞組進(jìn)行輸出，次級(jí)繞組接收到電流后再進(jìn)行電流輸出來(lái)給設(shè)備充電。并且采用帶液晶屏顯示的單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)充電電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控，無(wú)線充電器在光能充足、距離適當(dāng)?shù)那闆r下,能夠有效實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能無(wú)線充電[3]。太陽(yáng)能無(wú)線充電器工作原理及基本組成工作原理當(dāng)太陽(yáng)光射照射出來(lái)的能量匯聚到電池板上時(shí)進(jìn)行的一個(gè)能量轉(zhuǎn)換，并通過(guò)STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)、TP4056鋰電池充電模塊、最后轉(zhuǎn)化后的電能通過(guò)升壓模塊來(lái)進(jìn)行輸出。STC89C52單片機(jī)是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但是做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能[4]。USB-5V升壓模塊為DC-DC升壓模塊(0.9V~5V)升5V600MA模塊，模塊芯片是HX3001[5]，升壓模塊具有的穩(wěn)定、持續(xù)輸出等優(yōu)勢(shì)，所以設(shè)計(jì)中選擇DC-DC升壓模塊，目的是將3.7V的電壓升壓到5V?；窘M成模塊太陽(yáng)能輸入模塊、鋰電池充電模塊、顯示模塊、最小單片機(jī)系統(tǒng)電路、外接無(wú)線輸出模塊模塊功能太陽(yáng)能輸入模塊當(dāng)太陽(yáng)光照射在電池板上時(shí)，太陽(yáng)能電池板將對(duì)太陽(yáng)能能量進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)或光化學(xué)效應(yīng)，使太陽(yáng)能的能量變成電能。該模塊主要由太陽(yáng)能電池板組成，電池片主要功能是進(jìn)行發(fā)電，選取材料時(shí)常采用多晶硅太陽(yáng)能電池板。鋰電池充電模塊TP4056充電芯片是充電模塊核心部分，主要采用恒定電流/恒定電壓線性充電的原理。USB電源和適配器電源都可以適用、內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用PMOSFET架構(gòu)和防倒充電路的設(shè)計(jì)思路，外部隔離二極管就不再考慮。熱反饋可以對(duì)充電電流進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，便于在大功率操作或高環(huán)境溫度條件下對(duì)芯片工作溫度進(jìn)行限制[5]。模塊外圍整體電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，具有性能好、電量準(zhǔn)確度高等優(yōu)勢(shì)。顯示模塊設(shè)備的工作狀態(tài)通過(guò)可以通過(guò)一個(gè)顯示器來(lái)顯示，所以設(shè)置一個(gè)顯示模塊就可以直觀顯示出設(shè)備工作運(yùn)行狀態(tài)。目前市場(chǎng)上經(jīng)常用到的LED顯示有字段顯示和字符顯示。LED顯示原理和字段顯示兩者在原理的使用是相通，都是將想要進(jìn)行顯示的目標(biāo)信號(hào)送到相應(yīng)的管腳處后進(jìn)行顯示。本設(shè)計(jì)使用了字符型顯示，利用LCD1602來(lái)作為顯示器件進(jìn)行信息輸出。該技術(shù)與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，并且不需要任何電路來(lái)輔助[6]，在現(xiàn)在大部分設(shè)計(jì)中被廣泛用。最小單片機(jī)系統(tǒng)電路STC89C52單片機(jī)構(gòu)成最小單片機(jī)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是一種有較低功耗、高性能CMOS8位微控制器，還具有8K字節(jié)系統(tǒng)的可編程存儲(chǔ)器[7]。它具備了傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。系統(tǒng)可編程中還擁有8位CPU，使該單片機(jī)擁有靈活、有效解決問(wèn)題的能力。輸出模塊使用DC-DC升壓模塊(0.9V~5V)升5V600MA為輸出模塊，模塊芯片為4X-NXH，是一款高效輸出、恒定頻率、PWM控制的同步高效DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器[8]。使用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行控制，采取DC-DC雙向變換器設(shè)計(jì),進(jìn)行對(duì)鋰電池充電、放電功能,并且通過(guò)顯示屏顯示。設(shè)計(jì)選擇DC-DC升壓模塊將電壓由3.7V升壓到5V來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓升壓。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件組成包括：太陽(yáng)能電池板接口、充電管理電路、最小單片機(jī)系統(tǒng)電路、升壓電路、液晶模塊等組成，如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)框圖模塊介紹單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)最小單片機(jī)系統(tǒng)的各引腳如圖3.2所示圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)引腳圖一、STC89C52主要參數(shù)如下：（1）傳統(tǒng)8051使用的指令代碼完全能兼容、機(jī)器周期可以再6/12時(shí)鐘中進(jìn)行任意的選擇。（2）單片機(jī)的電壓工作范圍：5.5V～3.3V/3.8V～2.0V。（3）單片機(jī)的頻率工作范圍：該單片機(jī)工作范圍在0～40MH。（4）I/O接口用來(lái)進(jìn)行復(fù)位，P1、P2、P3用做雙向口，此時(shí)的P0口作為開(kāi)路進(jìn)行輸出。將它用來(lái)作為總線來(lái)進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，上拉電阻就不再需要加入。被用做I/O口時(shí)，就需加上拉電阻。（5）ISP/IAP：可以通過(guò)串口直接用來(lái)下載用戶程序，可以不使用專業(yè)編程器和仿真器。（6）單片機(jī)中設(shè)置有定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。分別是T0、T1、T2。（7）內(nèi)部設(shè)置有三個(gè)部分，分別是外部中斷、下降沿中斷和低電平觸發(fā)電路。在處于低電模式下，外部中斷可以觸發(fā)低電平來(lái)進(jìn)行喚醒。（8）定時(shí)器可以完成實(shí)現(xiàn)多個(gè)異步串行。四、STC89C52最小單片機(jī)系統(tǒng)STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)是最重要的核心系統(tǒng)，它的組成主要包含三部分，分別是時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路。各部分基礎(chǔ)電路的正常工作和運(yùn)行，使設(shè)計(jì)能更好的高效運(yùn)行。最小單片機(jī)系統(tǒng)原理如圖3.3所示。圖3.3單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖1.單片機(jī)的工作需要接入電源，VCC和GND是單片機(jī)的電源引腳接線端。2.復(fù)位電路設(shè)置有按鍵、電容和電阻，目的是為了實(shí)現(xiàn)非自動(dòng)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位。非自動(dòng)復(fù)位的原理是設(shè)備在信號(hào)采集時(shí)，當(dāng)接收到高端信號(hào)后進(jìn)行一個(gè)手動(dòng)復(fù)位的過(guò)程；自動(dòng)復(fù)位的原理就是變化的電壓可以被系統(tǒng)檢測(cè)到，然后通過(guò)升高電壓來(lái)的方式來(lái)進(jìn)行調(diào)整，這個(gè)時(shí)候的電路處于通路狀態(tài)，高電平拉低，讓高電位變?yōu)榈碗娢弧?.時(shí)鐘電路主要由晶振Y1、瓷片電容C1、C2三部分構(gòu)成。時(shí)鐘電路控制時(shí)間并自動(dòng)發(fā)出信號(hào)，控制芯片在接收到信號(hào)后進(jìn)行工作。接收信號(hào)后系統(tǒng)能正常工作，為了保證效率和控制系統(tǒng)能正常運(yùn)行，可以將晶振和電容進(jìn)行一個(gè)有效的結(jié)合，使控制器在上電后可以正常的運(yùn)行。4.JD1為單片機(jī)的下載接口。太陽(yáng)能發(fā)電電路設(shè)計(jì)1.太陽(yáng)能電池板（Solarpanel）的作用是轉(zhuǎn)換太陽(yáng)輻射出來(lái)的能量，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)或光化學(xué)效應(yīng)直接或間接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)換成電能的裝置，目前使用到的太陽(yáng)能發(fā)電材料主要為“硅”[9]。2.目前面對(duì)各種電池使用的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題中，普通電池和可循環(huán)充電電池的使用對(duì)環(huán)境保護(hù)造成了一定威脅，綠色太陽(yáng)能電池開(kāi)發(fā)利用成為一種清潔能源。3.單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高。多晶硅太陽(yáng)能電池則具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換效率，而且性能價(jià)格比最高[10]。一、太陽(yáng)能電池板結(jié)構(gòu)組成1.鋼化玻璃，主要可以對(duì)發(fā)電端的電池片進(jìn)行保護(hù)。透光性對(duì)材料的選擇使用提出了要求，所以選擇了不易碎的鋼化玻璃。2．要對(duì)發(fā)電主體部分進(jìn)行固定，考慮使用EVA背膠來(lái)進(jìn)行。材質(zhì)的好壞也會(huì)影響使用壽命，暴露在空氣中時(shí)間久了，就容易氧化變黃。變黃的材料會(huì)直接影響器件的透光率和發(fā)電效率，而且許多因素都會(huì)影響發(fā)電效率。3．發(fā)電主要部分是由電池片構(gòu)成，在太陽(yáng)能發(fā)電的材料市場(chǎng)上，晶體硅太陽(yáng)電池片、薄膜太陽(yáng)能電池片是目前市場(chǎng)上經(jīng)常用到的太陽(yáng)能發(fā)電材料，兩種材料各有各的有優(yōu)勝優(yōu)勝劣汰。晶體硅太陽(yáng)能電池片的優(yōu)勢(shì)是材料投入成本比較低，轉(zhuǎn)化效率高，適合戶外進(jìn)行發(fā)電，但對(duì)電池板損耗上會(huì)很高；薄膜太陽(yáng)能電池片，在使用中對(duì)電池片消耗偏低，但制作器件的投入成本很高。最主要的區(qū)別還是在于光電的轉(zhuǎn)化效率上，單晶硅比多晶硅電池片轉(zhuǎn)化率高，在弱光環(huán)境下或普通燈光下都可以進(jìn)行發(fā)電。4．防止整個(gè)系統(tǒng)被燒壞，接入一個(gè)接線盒。當(dāng)遇到電流過(guò)大時(shí)，就可以自動(dòng)斷開(kāi)電路。根據(jù)電池片的材料不同來(lái)選擇接線盒中的二極管。5.硅膠密封，其作用是固定各部件的。硅膠的材料選擇，可利用雙面膠條、泡棉等代替，目前市場(chǎng)上大部分密封材料是硅膠，因?yàn)橛械统杀?，易操作，方便使用等特點(diǎn)。6.電池板的材料特點(diǎn)如下；（1）晶體硅（多晶硅、單晶硅）是目前市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位的光伏發(fā)電材料，其市場(chǎng)占有率高達(dá)90%,具有一定的市場(chǎng)前景[11]。（2）單晶硅太陽(yáng)能電池材料的光電轉(zhuǎn)換率在18%左右，最高的達(dá)到24%，是目前太陽(yáng)能材料中轉(zhuǎn)換率最高的[12]，在實(shí)際生活中因?yàn)橹谱魍度氲某杀竞艽螅瑥慕?jīng)濟(jì)、實(shí)惠為出發(fā)點(diǎn)的話不易推廣和普及。（3）多晶硅太陽(yáng)電池的制作方式都差不多，但多晶硅的轉(zhuǎn)換率比單晶硅低。為了大規(guī)模的投入使用，多晶硅擁有巨大的市場(chǎng)和發(fā)展前景，也更加符合現(xiàn)在在的太陽(yáng)能電池板的使用市場(chǎng)。但是有一定的缺陷，就是多晶硅使用壽命比較短。但性價(jià)比和實(shí)用性為出發(fā)點(diǎn)來(lái)看的話，多晶硅太陽(yáng)能電池更符合當(dāng)前市場(chǎng)發(fā)展前景。（4）設(shè)計(jì)選用發(fā)電元器件是9V多晶硅太陽(yáng)能電池板，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換后的電能經(jīng)過(guò)TP4056模塊給鋰電池進(jìn)行充電，電壓為3.7V-4.2V的鋰電池，需要通過(guò)升壓到5V才能讓系統(tǒng)工作，所以要用使用升壓模塊進(jìn)行升壓供電。該設(shè)計(jì)選擇了多晶硅玻璃層壓太陽(yáng)能電池板來(lái)作為發(fā)電設(shè)備，實(shí)物圖如圖3.4所示。圖3.4電池板實(shí)物圖（5）電池板的接入端的電路原理圖如圖3.5所示。為了避免使用時(shí)反充對(duì)電池板的破壞，接入一個(gè)單向的二極管即可。圖3.5太陽(yáng)能電池板發(fā)電接口原理圖TP4056充電模塊電路設(shè)計(jì)充電模塊采用的是恒定電流/恒定電壓的線性充電器，USB電源和適配器電源均適用。充電模塊的底部帶有封裝的散熱片(SOP8/MSOP8)和部分外部元件，內(nèi)部有防倒充的電路和PMOSFET結(jié)構(gòu)，隔離二極管就不用設(shè)置。接入一個(gè)熱反饋可對(duì)芯片的溫度、充電電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)工作在高溫條件和大功率情況下時(shí)，可以將充電電壓固定在4.2V，加入一個(gè)外部電阻器，可以對(duì)充電電流進(jìn)行改變。浮充的設(shè)定是當(dāng)充電的電流達(dá)到了設(shè)置的值時(shí)，充電循環(huán)自動(dòng)終止。拿掉交流適配器或USB電源時(shí)，模塊自動(dòng)進(jìn)入一個(gè)低電流狀態(tài)。當(dāng)電池電流降至2uA以下時(shí)，并且有電源的接入時(shí)模塊處于停機(jī)模式。TP4056芯片在使用時(shí)，不需要利用MOSFET、檢測(cè)電阻器和隔離二極管[13]TP4056鋰電池充電模塊接口原理圖如圖3.6所示，為了讓整個(gè)系統(tǒng)輸出有穩(wěn)定的充電電壓，我們可以在鋰電池的接口處接入一個(gè)電容。圖3.6TP4056鋰電池充電模塊接口原理圖TP4056鋰電池充電模塊實(shí)物圖如圖3.7所示。圖3.7TP4056鋰電池充電模塊實(shí)物圖升壓模塊電路設(shè)計(jì)USB-5V升壓模塊作為輸出模塊，采用DC-DC升壓轉(zhuǎn)化可以將低電壓升高。模塊中使用的是4X-NXH芯片，使模塊擁有高效、恒定的輸出頻率。升壓模塊當(dāng)在比較低電壓下時(shí)是可以工作的，對(duì)電能的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到就九成以上。輸入的電壓低于單片機(jī)工作的電壓時(shí)，該模塊可以對(duì)輸入的電壓進(jìn)行升壓。選擇使用該升壓模塊可以將單節(jié)鋰電池輸出的3.7V的電壓升到5V。一、模塊參數(shù)（1）采用穩(wěn)定性能高的芯片，便于更好得進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（2）0.9～5V中任意一個(gè)電壓的輸入都可以穩(wěn)定輸出5V的電壓，設(shè)置一節(jié)鋰電池來(lái)對(duì)模塊供電。電池的節(jié)數(shù)可以根據(jù)設(shè)計(jì)用電量進(jìn)行疊加使用，使用的電池越多輸出的電量越高。（3）具有較高的轉(zhuǎn)換效率，轉(zhuǎn)化效率最高可以達(dá)到96%。（4）設(shè)置還帶有USB的接口方便設(shè)備使用。（5）使用指示燈，指示燈可以更好的反應(yīng)出設(shè)計(jì)運(yùn)行。升壓模塊的接線實(shí)物圖如圖3.8所示。在具體使用中，對(duì)該模塊的接線要有一個(gè)正確的接入和清晰的認(rèn)識(shí)。圖3.8升壓模塊接線實(shí)物圖升壓模塊接口原理圖如圖3.9所示。打開(kāi)開(kāi)關(guān)后，電壓經(jīng)過(guò)升壓模塊，電壓由3V升到5V。將轉(zhuǎn)化的電壓進(jìn)行穩(wěn)定輸出，該部件還使用到了濾波電容，其作用是讓電壓能平穩(wěn)的輸出。圖3.9升壓模塊接口原理圖升壓模塊實(shí)物圖如3.10圖所示。圖3.10升壓模塊實(shí)物圖LCD1602液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì)現(xiàn)目前市場(chǎng)上使用的顯示器的材料有字段顯示和字符顯示。LED顯示原理與字段顯示相似，相應(yīng)的管腳處上對(duì)應(yīng)相應(yīng)的信號(hào)輸出就能進(jìn)行顯示。該設(shè)計(jì)采用的是字符型顯示，使用LCD1602液晶顯示器件來(lái)顯示。它具有體積小、功耗低等優(yōu)勢(shì)，更不用再設(shè)計(jì)任何電路來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，液晶顯示模塊是現(xiàn)在使用的顯示器件中最常用并且最方便的。一、LCD1602主要重要參數(shù)如下：（1）芯片電壓工作范圍為4.5～5.5V（2）工作電流為2.0mA（5.0V）（3）模塊最佳工作電壓為5.0V設(shè)計(jì)采用LCD1602液晶顯示來(lái)進(jìn)行信息輸出。整個(gè)電路可以調(diào)節(jié)顯示，具體電路原理圖如圖3.11所示。圖3.11LCD1602液晶顯示電路原理圖充電檢測(cè)電路設(shè)計(jì)使用設(shè)計(jì)進(jìn)行充電的時(shí)候，我們可以通過(guò)顯示器來(lái)反映系統(tǒng)是否在工作。當(dāng)達(dá)到充電的條件，顯示器上的計(jì)時(shí)就開(kāi)始運(yùn)行。充電的狀態(tài)和電量都可以通過(guò)顯示器所反映出來(lái)，達(dá)到充電電壓時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，達(dá)不到充電電壓不計(jì)時(shí)。所以光照的強(qiáng)度也對(duì)充器有很大的影響，其電路圖如圖3.12所示。圖3.12充電檢測(cè)電路圖

系統(tǒng)軟件選擇及開(kāi)發(fā)環(huán)境單片機(jī)系統(tǒng)軟件選擇1、系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)功能的重要部分，為了能達(dá)到預(yù)想的設(shè)計(jì)結(jié)果，我們要對(duì)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)、編寫(xiě)、最后燒寫(xiě)進(jìn)入單片機(jī)中。程序的正常運(yùn)行才是整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。2、軟件程序本來(lái)就是計(jì)算復(fù)雜、計(jì)算量較大，還用到了較多的浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行計(jì)算[14]，所以為了方便實(shí)現(xiàn)功能，使用單片機(jī)通用的語(yǔ)言C語(yǔ)言來(lái)完成程序的編寫(xiě)。C語(yǔ)言具有以下優(yōu)點(diǎn):、編譯器可以對(duì)寄存器進(jìn)行分配和尋址和管理，編程時(shí)就不再考慮存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù)類型[15]。（2）、為了能更符合人的思維和想法可以進(jìn)行函數(shù)操作和關(guān)鍵詞的使用，指定操作和變量選擇組合可以提高程序的可讀性?？梢源蟠罂s短開(kāi)發(fā)、調(diào)試時(shí)間。（3）、我們?cè)谶M(jìn)行C語(yǔ)言的編程上時(shí)，我們可以從Ｃ語(yǔ)言的文件庫(kù)中許多標(biāo)準(zhǔn)的例程來(lái)進(jìn)行借鑒、參考。從而可將已編寫(xiě)好的程序加到新程序中，這樣的模塊化編程，大大的縮減了我們的工作量和和編程的時(shí)間。（4）、C語(yǔ)言還具有移植性好、易普及、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，C語(yǔ)言在各方面上都有很大的優(yōu)勢(shì)在功能上。軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境該設(shè)計(jì)單片機(jī)的軟件系統(tǒng)部分在開(kāi)發(fā)環(huán)境的選擇時(shí)，Keil成為了我們首要的選擇，它是一個(gè)兼容強(qiáng)的單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，對(duì)于一般的匯編語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，這種匯編語(yǔ)言在各方面上都有一定的優(yōu)勢(shì)功，而且方便學(xué)習(xí)和操作入手。Keil開(kāi)發(fā)環(huán)境很完整，擁有C語(yǔ)言編譯器、宏匯編、鏈接器、庫(kù)管理和功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等。我們?cè)谑褂肅語(yǔ)言進(jìn)行編程時(shí)，Keil環(huán)境可成為我們使用的必要工具，即使有時(shí)候我們不使用C語(yǔ)言，僅用匯編語(yǔ)言編程時(shí)都可以考慮有到這一環(huán)境。他的易上手和強(qiáng)大仿真調(diào)試工具都給我們實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了便利。讓我們?cè)诰幊?、調(diào)試的過(guò)程中提供了很大的好處，更讓我們?cè)趩纹瑱C(jī)系統(tǒng)編程中事半功倍。設(shè)計(jì)的調(diào)試與分析本次調(diào)試的目的是觀察設(shè)計(jì)是能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，確保設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性和可靠性。在調(diào)試過(guò)程中，我們分別將設(shè)計(jì)放在了下雨天、陰天、晴天下進(jìn)行調(diào)試。當(dāng)有光照射在太陽(yáng)能電池板上的時(shí)候，放入鋰電池，撥開(kāi)開(kāi)關(guān)，觀察顯示屏上是否有數(shù)據(jù)顯示，輸出端進(jìn)行斷開(kāi)狀態(tài)，因?yàn)榻尤霑?huì)影響顯示數(shù)據(jù)。這時(shí)候我們將發(fā)現(xiàn)觀察到顯示屏上工作正常后，我們可以接入輸出，看是否可以進(jìn)行無(wú)線充電。在不同的情況下，效果是不一樣的。在不斷的對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)試下，發(fā)現(xiàn)了在下雨天或者在陰天的時(shí)候，太陽(yáng)光照不是特別充足的下時(shí)效果不太明顯，但是單片機(jī)可以顯示充電電量和時(shí)間，如果接入無(wú)線充電端電量顯示會(huì)立馬減小到零，因?yàn)樵诠庹詹蛔愕那闆r下是在消耗鋰電池里的電量。如圖5.1所示。圖5.1設(shè)備在光照不足下的實(shí)況圖當(dāng)在太陽(yáng)光照充足的情況下，我們進(jìn)行幾次調(diào)試。該設(shè)計(jì)可以達(dá)到預(yù)期的效果可以利用太陽(yáng)能無(wú)線充電給設(shè)備進(jìn)行充電，具體情況如圖5.2所示。圖5.2設(shè)計(jì)在太陽(yáng)光充足時(shí)的實(shí)況圖在不同的光照下，設(shè)計(jì)在對(duì)設(shè)備充電時(shí)通過(guò)液晶顯示的反映出來(lái)的情況都不一樣，因?yàn)樘?yáng)光照的不同所達(dá)到的充電效果都有很大的差別。在陽(yáng)光不足的情況下，雖然也可以達(dá)到充電，但是效果不佳。達(dá)不到我們對(duì)該設(shè)計(jì)在戶外利用太陽(yáng)能無(wú)線充電的預(yù)期要求，因?yàn)槲覀兯貌捎玫碾姵匕宓拿娣e也比較小，還有就是鋰電池的電量也比較小。所以在光能轉(zhuǎn)化成電能時(shí)，利用量大于轉(zhuǎn)化量時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)電量顯示為零。當(dāng)在陽(yáng)光充足時(shí)，太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化量能滿足我們?cè)O(shè)備的充電時(shí)，設(shè)備的就可以持續(xù)給我們?cè)O(shè)備提供電量。液晶上的輸出顯示的結(jié)果，太陽(yáng)光的強(qiáng)度對(duì)其有直接的影響，同時(shí)接入的充電設(shè)備也將間接的影響我們的輸出顯示。所以為了達(dá)到最佳的效果，我們?cè)谶M(jìn)行測(cè)試時(shí)，盡量避免陰天或光照不足的時(shí)候進(jìn)行測(cè)結(jié)論當(dāng)我們?cè)谕饴糜螘r(shí)或沒(méi)有固定電源為設(shè)備提供電量的情況下，避免沒(méi)有電帶來(lái)的尷尬。我們將太陽(yáng)能與鋰電池進(jìn)行結(jié)合，設(shè)計(jì)一個(gè)太陽(yáng)能無(wú)線充電器來(lái)解決問(wèn)題，該太陽(yáng)能無(wú)線充電器經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和調(diào)試，可以滿足一般手機(jī)、相機(jī)的充電的需求。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)利用的太陽(yáng)能電池板和蓄電池都是比較小的，如果是在太陽(yáng)光照不住或者