太陽能充電器電路設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(論文)</p><p>　　題目 太陽能充電器電路設(shè)計 </p><p>　　學(xué)院名稱 理學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子信息科學(xué)與技術(shù) 信息10-1班 </p><p>　　學(xué)生姓名 李杰

2、 </p><p>　　導(dǎo)師姓名 孫吉紅 </p><p>　　二○一四 年 六 月 一 日</p><p>　　太陽能充電器電路設(shè)計</p><p>　　作 者 姓 名 李杰 </p><p>　　專

3、 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名 孫吉紅 </p><p>　　專業(yè)技術(shù)職務(wù) 副教授 </p><p>　　齊魯工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明</p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是本人在指導(dǎo)教師

4、的指導(dǎo)下獨(dú)立研究、撰寫的成果。設(shè)計（論文）中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料，均已在設(shè)計（論文）中加以說明，除此之外，本設(shè)計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示了謝意。本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）作者簽名：　　李杰　　　　　　　　　</p><p>　　2014 年　6

5、　月　2　日</p><p>　　齊魯工業(yè)大學(xué)關(guān)于畢業(yè)設(shè)計（論文）使用授權(quán)的說明</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計（論文）作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留、送交設(shè)計（論文）的復(fù)印件，允許設(shè)計（論文）被查閱和借閱，學(xué)?？梢怨荚O(shè)計（論文）的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、掃描等復(fù)制手段保存本設(shè)計（論文）。</p><p>　　指導(dǎo)教師

6、簽名：　孫吉紅　　　　 畢業(yè)設(shè)計（論文）作者簽名：　李杰　　　　</p><p>　　2014 年　6　月　2　日　　　　　　2014　年　6　月　2　日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要III</b></p><p>　　ABSTRACT

7、IV</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1課題背景1</b></p><p>　　1.1.1能源危機(jī)及環(huán)境污染問題1</p><p>　　1.1.2太陽能的開發(fā)和利用2</p><p>　　1.1.3我國太陽能的資

8、源狀況3</p><p>　　1.2國內(nèi)外光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與市場需求3</p><p>　　1.2.1國內(nèi)外光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀3</p><p>　　1.2.2光伏發(fā)電市場需求4</p><p>　　1.3光伏系統(tǒng)的工作原理與組成5</p><p>　　1.3.1光伏系統(tǒng)的工作原理5</p>&

9、lt;p>　　1.3.2光伏系統(tǒng)的組成5</p><p>　　1.4 本章小結(jié)6</p><p>　　第二章 太陽能電池和單片機(jī)6</p><p>　　2.1 太陽能電池6</p><p>　　2.1.1 太陽能電池原理、分類和保護(hù)6</p><p>　　2.1.2 太陽能電池的等效電路8</

10、p><p>　　2.1.3 太陽能電池板的輸出特性9</p><p>　　2.2 單片機(jī)介紹11</p><p>　　2.2.2單片機(jī)硬件特性12</p><p>　　2.2.3單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)12</p><p>　　2.3本章小結(jié)14</p><p>　　第三章 方案選擇及單元電路的設(shè)

11、計14</p><p>　　3.1 方案選擇及方框圖14</p><p>　　3.1.1 方案選擇14</p><p>　　3.1.2 方框圖14</p><p>　　3.2 太陽能充電器電路原理15</p><p>　　3.2.1太陽能電池材料分類、電池組件概述和分類15</p><p

12、>　　3.3單片機(jī)電路介紹15</p><p>　　3.3.1 STC12C5408AD單片機(jī)15</p><p>　　3.3.2設(shè)計思路20</p><p>　　3.4鋰蓄電池的充電特性22</p><p>　　3.4.1 控制器充放電電路23</p><p>　　3.4.2 液晶顯示電路26<

13、;/p><p>　　3.4.3 報警電路設(shè)計29</p><p>　　3.4.4 PADS簡介30</p><p>　　3.5 本章小結(jié)33</p><p>　　第四章 鋰蓄電池電壓電流的檢測和技術(shù)研究33</p><p>　　4.1鋰蓄電池電壓的檢測33</p><p>　　4.2蓄電池

14、電壓檢測電路設(shè)計33</p><p>　　4.3本章小結(jié)34</p><p><b>　　結(jié) 論35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p><b>　　致 謝37</b></p><p><b>

15、;　　摘 要</b></p><p>　　化石能源的日益枯竭、人們對環(huán)境保護(hù)問題的重視程度也在不斷提高，尋找潔凈的替代能源問題變得越來越迫切。太陽能作為一種可再生能源它具有取之不盡、用之不竭和清潔安全等特點(diǎn)，因此有著廣闊的應(yīng)用前景，光伏發(fā)電技術(shù)也越來越受到人們的關(guān)注，隨著光伏組件價格的不斷降低和光伏技術(shù)的發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)將逐漸由現(xiàn)在的補(bǔ)充能源向替代能源過渡。</p><p

16、>　　太陽能發(fā)電的歷史可以追朔到1800年，伯克萊氏發(fā)現(xiàn)對某種半導(dǎo)體材料照射光后，會引起伏安特性改變。最終，發(fā)現(xiàn)了光伏效應(yīng)，并以此半導(dǎo)體制成光伏電池。其后，對硒，氧化銅等半導(dǎo)體材料進(jìn)行研究，同樣發(fā)現(xiàn)此種光伏效應(yīng)，也制成類似的光伏效應(yīng)。</p><p>　　本課程設(shè)計介紹一種太陽能充電器，利用單片機(jī)控制，將太陽能經(jīng)過電路變換為穩(wěn)定直流電充電，并能在電池充電完成后自動停止充電，還可作為一般直流電源使用，從而擺脫

17、對市電的依賴而獲得通信的自由。與常規(guī)的充電器相比，太陽能充電器有著明顯的優(yōu)勢。</p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽能 電池 單片機(jī) 充電器 </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Fossil energy drying up, people's attention to the problem

18、of environmental protection degree are also constantly improve, look for clean alternative energy issues become more and more urgent. Solar energy as a renewable energy it has abundant, an inexhaustible, clean and safe

19、characteristics and therefore has a broad application prospect, photovoltaic power generation technology is also more and more get the attention of people, with the price of photovoltaic modules and the decrease of the d

20、e</p><p>　　Key words: solar energy; batteri chip; microcomputer; Battery charger</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　能源是

21、經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源問題是一個國家至關(guān)重要的問題。隨著科學(xué)技術(shù)和全球經(jīng)濟(jì)地飛速發(fā)展，對能源的需求也在日趨增長。自20世紀(jì)70年代的世界石油危機(jī)以來，人們才真正意識到，化石燃料的儲量是有限的，能源危機(jī)迫在眉睫。從全球來看，已探明的可支配的傳統(tǒng)能源儲量在不久的將來即將耗盡，能源問題的突出，不僅表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏不足，更重要的是化石能源的開發(fā)利用對生態(tài)環(huán)境的污染破壞。大氣中的顆粒物和二氧化硫濃度增高，局部地區(qū)

22、形成酸雨,而每年排放的大量二氧化碳帶來的溫室效應(yīng)，使全球氣候變暖，自然災(zāi)害頻繁。常規(guī)能源在給人類社會帶來飛速發(fā)展的同時，也在很大程度上使人類社會面臨著前所未有的困難和挑戰(zhàn)。這些問題最終將迫使人們改變能源結(jié)構(gòu)，依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。</p><p>　　雖然在可預(yù)見的將來，礦物燃料仍將在世界能源結(jié)構(gòu)中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，但人們對核能以及太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、水力能、生物能等可再?/p>

23、能源資源的利用日益重視，在整個能源消耗中所占的比例正在顯著地提高。其中，太陽能作為一種新型的綠色可再生能源，與其他新能源相比，是最理想的可再生能源。所謂“光伏發(fā)電”是直接將太陽光轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電形式。光伏發(fā)電具有取之不盡且無污染等優(yōu)點(diǎn)。日前在我國，光伏發(fā)電主要應(yīng)用在如下領(lǐng)域：西部偏遠(yuǎn)地區(qū)電力供應(yīng)、通訊及交通設(shè)施、氣象臺站、航標(biāo)燈和照明路燈。光伏發(fā)電具有節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性和實用性等優(yōu)點(diǎn)，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中具有最廣泛的發(fā)展前景。光伏電源控制器

24、通常由太陽能電池、蓄電池、充放電控制器和負(fù)載LED組成。</p><p>　　1.1.1能源危機(jī)及環(huán)境污染問題 </p><p>　　十八世紀(jì)的工業(yè)革命，大大推動了人類社會的生產(chǎn)力水平，使人類進(jìn)入了機(jī)器大生產(chǎn)的工業(yè)時代。從此，人類大規(guī)模地開采礦產(chǎn)，砍伐森林，開墾草原，滿足世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?？梢哉f，世界經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化，得益于傳統(tǒng)能源，如石油、天然氣、煤炭與核裂變能的廣泛的投入應(yīng)用。</p&

25、gt;<p>　　隨著科學(xué)技術(shù)日新月異地飛速發(fā)展，對能源的需求也在不斷增長。自70年代的世界石油危機(jī)后，人們才真正意識到，供應(yīng)常規(guī)電力所用的石化燃料的儲量是有限的。能源危機(jī)迫在眉睫[1]，根據(jù)對石油儲量的綜合估算[2]，可支配的傳統(tǒng)能源從全球來看，已探明的石油儲量只能用到2040年，天然氣也只能延續(xù) 50-60 年左右，即使是儲量最豐富的煤炭最多也只能夠維持二三百年。就連近代才發(fā)展起來的核能發(fā)電的原料鈾的儲量也是有限的，而

26、且還存在安全和污染的難題，同樣不能解決世界電力的長期穩(wěn)定供應(yīng)問題。因此，如不盡早設(shè)法解決常規(guī)能源的替代能源，人類遲早將面臨燃料枯竭的危險局面。 </p><p>　　環(huán)境污染問題也成為人們普遍關(guān)注的焦點(diǎn)[3]。當(dāng)前，由于燃燒石化燃料，大氣中的顆粒物和二氧化硫濃度增高，危及人類和其他生物的身體健康，同時還會腐蝕材料，給人類社會造成損失破壞了臭氧層，加劇了溫室效應(yīng)，局部地區(qū)形成酸雨，使大氣環(huán)境嚴(yán)重污染。這種由環(huán)境污染

27、衍生的環(huán)境效應(yīng)具有滯后性，往往在污染發(fā)生的當(dāng)時不容易被察覺或預(yù)料到，然而一旦發(fā)生就表示環(huán)境污染已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)嚴(yán)重的地步。環(huán)境污染所帶來的最直接、最容易被人們所感受的后果就是使人類環(huán)境的質(zhì)量下降，影響人類的生活質(zhì)量、身體健康和生產(chǎn)活動。如不采取積極措施，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，將會嚴(yán)重威脅到人類社會的生存空間。隨著經(jīng)濟(jì)和貿(mào)易的全球化，環(huán)境污染也日益呈現(xiàn)國際化趨勢。因此，無論是從確保長期的能源供應(yīng)，還是從保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā)，開發(fā)利用取之不竭而又沒有公

28、害的新能源已是勢在必行。 </p><p>　　1.1.2太陽能的開發(fā)和利用 </p><p>　　能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，21世紀(jì)是世界能源結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變革的世紀(jì)。當(dāng)前，包括我國在內(nèi)的絕大多數(shù)國家都以石油、天然氣和煤炭等礦物燃料為主要能源。隨著礦物燃料的日益枯竭和全球環(huán)境的不斷惡化，傳統(tǒng)能源(如煤、石油、天然氣等)的供給已出現(xiàn)嚴(yán)重短缺局面，人類開始將目光轉(zhuǎn)向可再生能源的發(fā)

29、展。很多國家都在認(rèn)真探索能源多樣化的途徑，積極開展新能源和可再生能源的研究開發(fā)工作。大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源，以資源無限、清潔干凈的可再生能源為主的多樣性的能源結(jié)構(gòu)代替以資源有限、污染嚴(yán)重的石化能源為主的能源結(jié)構(gòu)己成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。雖然在可預(yù)見的將來，煤炭、石油、天然氣等礦物燃料，仍將在世界能源結(jié)構(gòu)中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，但人們對核能以及太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、水力能、生物能等可再生能源資源的利用日益重視，在整個能源消耗中所占的比例正在

30、顯著地提高。在未來的一段時間內(nèi)，可再生能源將能夠與礦物燃料相抗衡，從而結(jié)束礦物燃料一統(tǒng)天下的局面。 其中，可再生能源主要有以下幾個方面： </p><p>　　（1）太陽能：據(jù)天文物理學(xué)家的計算表明，太陽系還能存在45億年，太陽每年輻射到地球的總能量相當(dāng)于人類能源消耗的1.2萬倍； </p><p>　　（2）氫能源：利用自然界大量存在的水，由電解水產(chǎn)生氫，或者由太陽能光催化水分解氫； &

31、lt;/p><p>　　（3）風(fēng)力發(fā)電、小水電與潮汐發(fā)電：可提供可觀的電力； </p><p>　?。?）生物能：包括城市垃圾的轉(zhuǎn)化、人類糞便的轉(zhuǎn)化等。這些能源原本是人類的廢棄物所轉(zhuǎn)化過來的，只要有人類的存在，就會有生物能，所以這種能源也可以說是用之不竭的； </p><p>　?。?）核能：與傳統(tǒng)能源的發(fā)電廠相比，核能的利用率較高，對環(huán)境的污染小，并且使用核燃料的成本

32、遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)燃料的成本，而核燃料所釋放出來的能量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)能源所釋放出來的能量。 </p><p>　　其中，太陽能作為一種新型的綠色可再生能源，與其他新能源相比利用最大，是最理想的可再生能源。特別是近幾十年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，太陽能及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)成為世界發(fā)展最快的行業(yè)之一[4]。因為它具有以下的特點(diǎn)： </p><p>　　（1）存儲量巨大：太陽能是取之不盡的可再生能源，可利用

33、量巨大。太陽放射的總輻射能量大約是3.75x1026W，是極其巨大的。其中到達(dá)地球的能量高達(dá)1.73x1014Kw，穿過大氣層到達(dá)地球表面的太陽輻射能大約為8.1x1013kW。在到達(dá)地球表面的太陽輻射能中，到達(dá)地球陸地表面的輻射能大約為1.7x1013W，相當(dāng)于目前全世界一年內(nèi)消耗的各種能源所產(chǎn)生的總能量的三萬五千多倍。太陽的壽命至少尚有40億年，相對于人類歷史來說，太陽可源源不斷供給地球能源的時間可以說是無限的。 </p>

34、;<p>　?。?）取之不盡，不需要開采和運(yùn)輸。 </p><p>　　（3）清潔無污染，無任何物質(zhì)的排放，既不會留下污染物，也不會向大氣中排放廢氣。 </p><p>　　1.1.3我國太陽能的資源狀況 </p><p>　　我國地處北半球，土地遼闊，幅員廣大，國土總而積達(dá)960萬km在我國廣闊富饒土地上，有著豐富的太陽能資源。全國各地的年太陽輻射

35、總量：3340-8400MJ/（m2.a），中值為5852MJ/（m2.a）。從全國太陽年輻射總量的分布來看，青藏高原和西北地區(qū)、華北地區(qū)東北大部以及云南、廣東、海南等部分低緯度地帶的年太陽輻射總量都在8000MJ/m2以上，是我國太陽能資源豐富或較豐富的地區(qū)。尤其以青藏高原地區(qū)最高，達(dá)6000-8000MJ/m2。從全世界來看，我國是太陽能資源相當(dāng)豐富的國家，絕大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在4kWh/m2.天以上，西藏最高達(dá) 7kWh/m

36、2.天。與同緯度的其它國家相比，和美國類似，比歐洲、日本優(yōu)越得多。特別是以上地區(qū)，正是我國人口稀少、居住分散、交通不便的偏僻、邊遠(yuǎn)的廣大西北地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為落后。可充分利用當(dāng)?shù)刎S富的太陽能資源，采用太陽能發(fā)電技術(shù)，節(jié)約能源，發(fā)展經(jīng)濟(jì)，提高人民生活水平。 </p><p>　　1.2國內(nèi)外光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與市場需求</p><p>　　1.2.1國內(nèi)外光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀</p>

37、<p><b>　?。?）國外現(xiàn)狀</b></p><p>　　由于前5年發(fā)達(dá)國家光伏補(bǔ)助相當(dāng)多，國外光伏發(fā)電迅猛，為了調(diào)節(jié)（降低）光伏發(fā)電裝機(jī)，從今年開始德國、英國、美國等發(fā)達(dá)國家正在降低光伏發(fā)電的補(bǔ)助，因此這些國家的光伏裝機(jī)明顯下降。國外趨勢：光伏發(fā)電補(bǔ)助會繼續(xù)下降，使市場自動調(diào)節(jié)，當(dāng)光伏組件價格降低到一定階段時，達(dá)到商業(yè)發(fā)電的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，光伏發(fā)電規(guī)模會增加。</p>

38、;<p><b>　?。?）國內(nèi)現(xiàn)狀 </b></p><p>　　我國的太陽能應(yīng)用起步較晚，但是發(fā)展速度很快。我國的光伏電池技術(shù)是從60年代發(fā)展空間用太陽能電池開發(fā)起步的，地面用光伏電池的生產(chǎn)是從1970 年代初開始，主要的低成本技術(shù)以及生產(chǎn)能力則在80年代中期建立起來。80年代中期，我國光伏電池組件總生產(chǎn)能力達(dá)到4.5MW，光伏產(chǎn)業(yè)初步形成。經(jīng)過十年的努力，我國光伏發(fā)電技術(shù)

39、有了很大的發(fā)展，光伏電池轉(zhuǎn)換效率不斷提高。至 90年代初中期，我國光伏產(chǎn)業(yè)已處于穩(wěn)定發(fā)展時期，生產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。“九五”期間，國家科委開始將太陽能屋頂系統(tǒng)列入國家科技攻關(guān)計劃，企業(yè)界率先在深圳和北京分別建成了17KW和7KW的光伏發(fā)電屋頂系統(tǒng)。1999年，我國光伏電池的主要產(chǎn)品是單晶硅電池和非晶硅電池，多晶硅電池只限于實驗室，但在 2000 年之后，多晶硅產(chǎn)品逐步走出實驗室，開始形成規(guī)模生產(chǎn)，與發(fā)達(dá)國家相比，技術(shù)差距不斷減小。為了推動

40、光伏技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2003年10月，國家發(fā)展改革委員會、科技部制定出未來五年太陽能資源開發(fā)計劃，發(fā)改委“光明工程”將籌資100億用于推進(jìn)太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，計劃到2005年全國光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機(jī)容量達(dá)到300MW。至2003年底，我國光伏</p><p>　　我國光伏產(chǎn)業(yè)在滿足國內(nèi)市場需要和提高邊遠(yuǎn)無電地區(qū)人民的生活水平及特殊工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。但是，與發(fā)達(dá)國家相比還存在相當(dāng)大的差距。首先，我國生

41、產(chǎn)規(guī)模較國外比較小，自動化水平比較低；其次，專用原材料國產(chǎn)化程度也不高。因此，我國光伏產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外市場上仍面臨著非常嚴(yán)峻的考驗。 </p><p>　　1.2.2光伏發(fā)電市場需求</p><p>　　近2年來，太陽能光伏發(fā)電受到各國的高度重視。世界光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，一直保持著加速發(fā)展的勢頭。近10年太陽電池組件生產(chǎn)的年平均增長率達(dá)到33%，最近5年的年平均增長率達(dá)到43%，成為當(dāng)今發(fā)展

42、最迅速的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。</p><p>　　2010年11月23日，國際咨詢公司Frost&Sullivan發(fā)表研究報告認(rèn)為，未來一段時間光伏材料市場將快速增長，預(yù)計在2012年，光伏材料的市場總價值將達(dá)到32.5億美元，年增長率將達(dá)到43.6%，為近幾年內(nèi)最高。同時，國內(nèi)數(shù)家券商發(fā)布研究報告認(rèn)為，2010年下半年起光伏產(chǎn)業(yè)從上游多晶硅到下游組件普遍進(jìn)入大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)周期，將帶來對各種上游設(shè)備、中間材料需

43、求的提升，其中包括晶硅生產(chǎn)中所需的鑄錠爐以及晶硅切割過程中的耗材，刃料和切割液等。</p><p>　　我國當(dāng)前最大的光電市場仍然是通信領(lǐng)域，包括微波中斷站、衛(wèi)星通信地面站、衛(wèi)星電視接收差轉(zhuǎn)系統(tǒng)、程控電話交換機(jī)、部隊通訊臺站等，目前的市場占有率在50%左右。通過“九五”期間的努力，以及各種各樣國內(nèi)、國際合作項目的示范和推動，使偏僻邊遠(yuǎn)地區(qū)供電的光伏發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域得到了進(jìn)一步擴(kuò)大。包括獨(dú)立光伏電站和戶用光伏電源系統(tǒng)在

44、內(nèi)，其市場占有率已由以前的約20%上升到30%以上?！熬盼濉逼陂g建成各種規(guī)模的縣、鄉(xiāng)、村級光伏電站400余座，裝機(jī)總?cè)萘?00kW左右，推廣應(yīng)用家用光伏電源系統(tǒng)約15萬套，并在約80所農(nóng)村學(xué)校建立了總功率100kW左右的光伏發(fā)電系統(tǒng)。</p><p>　　1.3光伏系統(tǒng)的工作原理與組成</p><p>　　1.3.1光伏系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　白天，在光

45、照條件下，太陽能電池組件產(chǎn)生一定的電動勢，通過組件的串、并聯(lián)形成太陽能電池方陣，使得方陣電壓達(dá)到系統(tǒng)輸入電壓的要求。再通過充電器控制器對蓄電池進(jìn)行充電，將由光能轉(zhuǎn)換而來的電能貯存起來。晚上，蓄電池組為逆變器提供輸入電流，通過逆變器的作用進(jìn)行供電。蓄電池組的放電情況由控制器進(jìn)行控制，保證蓄電池的正常使用。光伏電站系統(tǒng)還應(yīng)有限荷保護(hù)和防雷裝置，以保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的過負(fù)載運(yùn)行及免遭雷擊，維護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的安全使用[7]。</p><

46、;p>　　1.3.2光伏系統(tǒng)的組成</p><p>　　光伏系統(tǒng)由太陽能電池方陣、蓄電池組、充放電控制器、逆變器、交流配電柜等設(shè)備組成，其各部分設(shè)備的作用如下。</p><p><b>　　太陽能電池方陣 </b></p><p>　　在有光照（無論是太陽光，還是其他發(fā)光體產(chǎn)生的光照）情況下，電池吸收光能，電池兩端出現(xiàn)異號電荷的積累，即產(chǎn)

47、生“光電效應(yīng)”，這就是“光生伏打效應(yīng)”。在光生伏打效應(yīng)的作用下，太陽能電池的兩端產(chǎn)生電動勢，將光能轉(zhuǎn)換為電能，是能量轉(zhuǎn)換的條件。太陽能電池一般為硅電池，分為單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池三種。</p><p><b>　　蓄電池組 </b></p><p>　　其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時發(fā)出的電能并可隨時向負(fù)載供電。太陽能電池發(fā)電對所用

48、蓄電池的基本要求是：</p><p><b>　　1）自放電率低；</b></p><p><b>　　2）使用壽命長；</b></p><p><b>　　3）深放電效率高；</b></p><p><b>　　4）充電效率高；</b></p>

49、;<p>　　5）少維護(hù)或免維護(hù)；</p><p>　　6）工作溫度范圍寬；</p><p><b>　　7）價格低廉。</b></p><p>　　目前我國與太陽能發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池是鉛酸蓄電池和鉻鎳蓄電池等。配套200A·h以上的鉛酸蓄電池，一般選用固定或工業(yè)密封式免維護(hù)鉛酸蓄電池，每個蓄電池的額定電壓為2V（

50、DC）；配套200A·h以下的鉛酸蓄電池，一般選用小型密封免維護(hù)鉛酸蓄電池，每個蓄電池的額定電壓為12V（DC）。</p><p><b>　　充放電控制器 </b></p><p>　　是能自動防止蓄電池過沖和過放電的設(shè)備。由于蓄電池的循環(huán)充放電次數(shù)及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過充電或過放電的充電控制器是必不可少的設(shè)備。&

51、lt;/p><p><b>　　逆變器 </b></p><p>　　是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負(fù)載是交流負(fù)載時，逆變器是必不可少的。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。逆變器按輸出波形可分為方波逆變器和正弦

52、波逆變器。方形逆變器電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負(fù)載。逆變器保護(hù)功能：過載保護(hù)；短路保護(hù)；接反保護(hù)；欠壓保護(hù)；過壓保護(hù)；過熱保護(hù)。</p><p><b>　　交流配電柜 </b></p><p>　　其在電站系統(tǒng)中的主要作用是對備用逆變器的切換功能，保證系統(tǒng)的正常供電，同時還可對線路

53、電能進(jìn)行計量[8]。</p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹太陽能充電器電路設(shè)計的課題背景能源危機(jī)及環(huán)境污染問題，太陽能的開發(fā)和利用，以及我國太陽能的資源狀況。通過分析國內(nèi)外光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和市場需求分析，了解光伏發(fā)電未來產(chǎn)業(yè)前景。</p><p>　　第二章 太陽能電池和單片機(jī)</p&g

54、t;<p>　　2.1 太陽能電池 </p><p>　　2.1.1 太陽能電池原理、分類和保護(hù)</p><p>　?。?）太陽能電池原理</p><p>　　太陽能光伏電池表面有一層金屬薄膜似的半導(dǎo)體薄片。當(dāng)太陽光照射時，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半導(dǎo)體吸收或透過。被吸收的光，當(dāng)然有一些變成熱，另一些光子則同組成半導(dǎo)體的原子價電子碰撞，于是產(chǎn)

55、生電子--空穴對。這樣，光能就以產(chǎn)生電子--空穴對的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。薄片的另一?cè)和金屬薄膜之間將產(chǎn)生一定的電壓，這一現(xiàn)象稱為光伏效應(yīng)。太陽能光伏電池正是一種利用光伏效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。對于半導(dǎo)體 、P-N 結(jié)，光伏效應(yīng)更明顯。因此，太陽能光伏電池都是由半導(dǎo)體構(gòu)成的。 </p><p>　　太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個大面積二極管，其基本特性也與二極管類似。當(dāng)用適當(dāng)波長的太陽光照射到半導(dǎo)體上時，光能被

56、半導(dǎo)體吸收后，在導(dǎo)帶和價帶中產(chǎn)生非平衡載流子--電子和空穴。半導(dǎo)體內(nèi)在P型和N型交界面兩邊形成勢壘電場，能將電子驅(qū)向N區(qū)，空穴驅(qū)向P區(qū)，從而使得N區(qū)有過剩的電子，P區(qū)有過剩的空穴，在P-N結(jié)附近形成與勢壘電場方向相反的光生電場。光生電場的一部分除抵消勢壘電場外，還使P型層帶正電，N型層帶負(fù)電，在N區(qū)與P區(qū)之間的薄層產(chǎn)生所謂光生伏特電動勢。若分別在P型層和N型層焊上金屬引線，接通負(fù)載，則外電路便有電流通過。如此形成的一個個電池元件，把它們

57、串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能輸出一定的電壓、電流和功率。這樣，太陽的光能就直接變成了可付諸實用的電能。 另外，在受光面上，覆蓋著一層很薄的天藍(lán)色氧化硅薄膜以減少入射太陽光的反射，提高太陽能電池對于入射光的吸收率。 </p><p>　?。?）太陽能電池的種類</p><p>　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光生伏打效應(yīng)原理制成的太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的。太陽能電池單體是用于光電轉(zhuǎn)換的最小單

58、元。它的尺寸約4平方厘米到100平方厘米。太陽能電池單體工作電壓為0.45-0.50伏，一般不能單獨(dú)作為電源使用。將姍能電池單體進(jìn)行串聯(lián)，并聯(lián)和封裝后，就成為太陽能電池組件。它的功率從幾瓦到幾百瓦，可以單獨(dú)作為電源使用。太陽能電池再經(jīng)過串聯(lián)，并聯(lián)并裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣。它可以輸出幾百瓦，凡千瓦或更大的功率，是光伏電站的電能產(chǎn)生器。常用的太陽能電池主要是硅太陽能電池。目前世界上有三種已經(jīng)商品化的硅太陽能電池:單晶硅太陽能電池

59、、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。</p><p>　　單晶硅太陽電池是當(dāng)前開發(fā)最快的一種太陽電池，它的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。這種太陽電池以高純的單晶硅棒為原料，純度要求99.999%。為了降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)在地面應(yīng)用的太陽電池等采用太陽能級的單晶硅棒，材料性能指標(biāo)有所放寬。單晶硅太陽能電池的制造成本最高，但光電轉(zhuǎn)化效率也最高，最高的達(dá)到24%。目前多晶硅太陽電池使用的多晶硅材料，多半

60、是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅材料和冶金級硅材料熔化澆鑄而成，然后注入石墨鑄模中，待慢慢凝固冷卻后，即得多晶硅錠。這種硅錠可鑄成立方體，以便切片加工成方形太陽電池片，可提高材料利用率和方便組裝。多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，其光電轉(zhuǎn)換效率約12%左右，稍低于單晶硅太陽電池，但其材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。 </p><p>　　（3）太陽能電池的保護(hù)

61、</p><p>　　光伏系統(tǒng)在運(yùn)行中要注意對太陽能電池組件(俗稱太陽能板)的保護(hù)。這種保護(hù)分為兩類機(jī)械化學(xué)方面的保護(hù)和電方面的保護(hù)。機(jī)械化學(xué)方面的保護(hù)是指在封裝及安裝太陽能板的時候要考慮其防腐，防風(fēng)，防雹，防雨的能力電方面的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本組成與基本原理保護(hù)是指連接旁路二極管，連接防反充二極管等。在一定的條件下，一個串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽能電池組件，將被當(dāng)作負(fù)載消耗其它有光照的太陽能電池組件所產(chǎn)生的能量

62、。被屏蔽的太陽能電池組件將發(fā)熱，這叫熱斑效應(yīng)。為了防止太陽能電池組件由于熱斑效應(yīng)而受到破壞，需要在太陽能電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個旁路二極管。在太陽能板的保護(hù)中還用到一種防反充二極管，又稱阻塞二極管，其作用是避免由于太陽能板在陰雨天和夜間不發(fā)電時，或太陽能板出現(xiàn)短路故障時，蓄電池組通過太陽能板放電。防反充二極管串聯(lián)在太陽能板中起單向?qū)щ娮饔谩?lt;/p><p>　　2.1.2 太陽能電池的等效電路</p>

63、;<p>　　太陽能電池是一種典型的非線性元件，為了描述電池的工作狀態(tài)可將電池用一等效電路來描述，電路如圖2-1所示。 </p><p>　　圖 2-1 太陽能電池等效電路 </p><p>　　圖中，太陽能電池等效電路由4個部分組成：電池的光電流Isc，P-N 結(jié)的非線性電阻Rj，串聯(lián)電阻RS，和旁漏電阻Rsh，R是電池外的負(fù)載電阻。Rs主要由電池的體電阻、表面電阻、電極電

64、阻和電極與硅表面間接接觸電阻所組成。Rsh為旁漏電阻，由硅片邊緣不清潔或體內(nèi)的缺陷引起。理想的太陽能電池，RS很小，Rsh很大[11]。由于RS，Rsh分別串聯(lián)與并聯(lián)在電路中，進(jìn)行理想計算時，可以忽略不計。當(dāng)光照恒定時，由于光生電流Isc不隨光伏電池的工作狀態(tài)而變化，因此在等效電路中可以看作是一個恒流源。光伏電池的兩端接入負(fù)載R后，光生電流流過負(fù)載，從而在負(fù)載的兩端建立起端電壓V。負(fù)載端電壓反作用于光伏電池的P-N結(jié)上，產(chǎn)生一股與光生電

65、流方向相反的電流ID。 </p><p>　　電池的光電流Isc是當(dāng)RL=0?時，所測的電池兩端的短路電流。Isc的值與太陽能電池的面積大小有關(guān)。面積越大，Isc值越大。此外對于同一塊太陽能電池，Isc值還與入射光的輻射度有關(guān)。一般來說，短路電流Isc值隨照射到硅太陽能板上的光強(qiáng)的增加而成正比例的增加。當(dāng)溫度升高時，Isc值略有上升。 </p><p>　　當(dāng)RL趨于無窮大時，測得的太陽能

66、電池兩端的電壓為電池的開路電壓VOC。太陽能電池的開路電壓與光譜照度有關(guān)，當(dāng)入射光輻射照度變化時，太陽能電池的開路電壓與入射光譜輻照度的對數(shù)成正比。 </p><p>　　2.1.3 太陽能電池板的輸出特性 </p><p>　　受到光照、電池陣列結(jié)溫及負(fù)載的影響，太陽能電池輸出電壓和電流也隨之發(fā)生改變[11]。一定光照強(qiáng)度下，太陽能電池的輸出電流I與電池端電壓V的關(guān)系I-V 特性曲線如圖

67、2-2所示。</p><p>　　圖 2-2 太陽能電池的I-V特性關(guān)系曲線 </p><p>　　曲線上任何一點(diǎn)都可以作為工作點(diǎn)，工作點(diǎn)所對應(yīng)的縱橫坐標(biāo)，即為工作電</p><p>　　流和工作電壓。工作電流和工作電壓之乘積：P=IV 即為電池的輸出功率。由此可繪出P-V特性曲線如圖2-3，在P-V特性曲線上最大功率點(diǎn)即電壓和電流的最佳匯合點(diǎn)Pm。原則上講，可對

68、輸出功率求導(dǎo)使其為0，即可得到該電池的最佳工作點(diǎn)Im，Um，從而求出最大輸出功率：P=Im*Vm。但是要求出其解析解，幾乎不可能。因為它受太陽能電池內(nèi)部等效的串、并聯(lián)電阻的影響，其特性方程由公式可知一個超越指數(shù)方程，無法用線性方程表示，具有非線性。 </p><p>　　圖 2-3 太陽能電池的P-V特性曲線 </p><p>　　從圖2-3可見，Im和Vm的乘積就是最佳工作點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)所

69、確定的矩形面積，在曲線范圍內(nèi)這個面積越大，表明電池的輸出特性越優(yōu)越。如果在一定光照下的I-V特性曲線是理想的矩形，那么Im和Vm乘積就等于ISC和UOC的乘積。對實際光電池，引人填充因子FF(Fill factor)概念來表征光電池的這一特性。它表示最大輸出功率的值占以UOC和ISC為邊長的矩形面積的百分比，填充因子是表征光電池的輸出特性好壞的重要參數(shù)之一。它的值越大，表明輸出特性曲線越“方”，電池的轉(zhuǎn)換效率也越高。圖 2-4、圖 2-

70、5 分別是太陽能電池陣列在溫度為25℃時，不同日照(S)下表現(xiàn)出的電流-電壓(I-V)和功率-電壓(P-V)特性。從圖2-4可知，太陽能電池陣列的輸出短路電流(Isc)和最大功率點(diǎn)電流(Im)隨日照強(qiáng)度的上升而顯著增大，也就是說Isc 強(qiáng)烈地控制著I的大小。雖然日照的變化對陣列的輸出開路電壓影響不是那么大，但對為電流與電壓相乘的結(jié)果最大輸出功率來說，變化顯著，如圖2-5中虛線與各實線的交點(diǎn)所示。 </p><p>

71、;　　圖 2-4 不同日照下的I-V關(guān)系曲線圖 圖 2-5 不同日照下P-V曲線圖 </p><p>　　圖 2-6，圖 2-7 分別給出了太陽能電池陣列在日照射為1000W/m2，和在變化溫度(T)的情況下，表現(xiàn)出典型的I-V和P-V特性?？梢钥闯?，溫度對太陽能電池陣列的輸出電流影響不大，但對它的輸出開路電壓影響較大。因而對最大輸出功率影響明顯，見圖2-7各實線的波峰的幅值變化。 </p>

72、<p>　　圖 2-6 不同溫度下的I-V特性曲線 圖2-7不同溫度下的 P-V 特性曲線 </p><p>　　綜上，太陽能電池板的輸出特性具有以下特點(diǎn)： </p><p>　　太陽能電池的輸出特性近似為矩形，即低壓段近似為恒流源，接近開路電壓時近似為恒壓源； </p><p>　　開路電壓近似同溫度成反比，短路電流近似同日照強(qiáng)度強(qiáng)成

73、正比；太陽能電池板的輸出功率隨著光強(qiáng)和溫度成非線性變化； </p><p>　　3）輸出功率在某一點(diǎn)達(dá)到最大值，該點(diǎn)即為太陽能電池板的最大功率點(diǎn)(MPP，Maximum Power Point)，且隨著外界環(huán)境的變化而變化。 </p><p><b>　　2.2 單片機(jī)介紹</b></p><p>　　2.2.1單片機(jī)原理 單機(jī)片是一種在

74、線式實時控制計算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。 　　單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是

75、用美國70年代成功投放市場的系列單片機(jī)，結(jié)果就會有天壤之別！只因為單片機(jī)的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機(jī)對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言(近幾年，C語言也開始廣泛被應(yīng)用)，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機(jī)沒有家用計算機(jī)那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存

76、儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達(dá)到幾十K的尺</p><p>　　2.2.2單片機(jī)硬件特性</p><p>　?。?）主流單片機(jī)包括CPU、4KB容量的ROM、128 B容量的RAM、2個16位定時計數(shù)器、4個8位并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP；</p><p>　　（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方

77、便，實現(xiàn)模塊化；</p><p>　?。?）單片機(jī)可靠性高，可工作到10^6 -10^7小時無故障；</p><p>　　（4）處理功能強(qiáng)，速度快；</p><p>　?。?）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；</p><p><b>　　（6）控制功能強(qiáng)；</b></p><p>　?。?）環(huán)

78、境適應(yīng)能力強(qiáng)。</p><p>　　2.2.3單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)</p><p><b>　?。?）運(yùn)算器</b></p><p>　　運(yùn)算器由運(yùn)算部件-算術(shù)邏輯單元（Arithmetic & Logical Unit，簡稱ALU）、累加器和寄存器等幾部分組成。ALU的作用是把傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，輸入來源為兩個8位數(shù)據(jù)，分別來自累

79、加器和數(shù)據(jù)寄存器。ALU能完成對這兩個數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結(jié)果存入累加器。 </p><p>　　例如，兩個數(shù)6和7相加，在相加之前，操作數(shù)6放在累加器中，7放在數(shù)據(jù)寄存器中，當(dāng)執(zhí)行加法指令時，ALU即把兩個數(shù)相加并把結(jié)果13存入累加器，取代累加器原來的內(nèi)容6。</p><p><b>　　運(yùn)算器有兩個功能：</b></p>

80、<p><b>　　執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算；</b></p><p>　　執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測試，如零值測試或兩個值的比較；</p><p>　　運(yùn)算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號來指揮的，并且，一個算術(shù)操作產(chǎn)生一個運(yùn)算結(jié)果，一個邏輯操作產(chǎn)生一個判決。</p><p><b>　?。?）控制器</b&g

81、t;</p><p>　　控制器由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即協(xié)調(diào)和指揮整個微機(jī)系統(tǒng)的操作。其主要功能有：</p><p>　　從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置；</p><p>　　對指令進(jìn)行譯碼和測試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，以便于執(zhí)行規(guī)定的動作；</p>&l

82、t;p>　　指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動的方向。微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線把ALU、計數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián)，并通過外部總線與外部的存儲器、輸入輸出接口電路聯(lián)接。外部總線又稱為系統(tǒng)總線，分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB和控制總線CB。通過輸入輸出接口電路，實現(xiàn)與各種外圍設(shè)備連接。</p><p>　　（3）主要寄存器　　</p><p><b>　　累加器

83、A；</b></p><p>　　累加器A是微處理器中使用最頻繁的寄存器。在算術(shù)和邏輯運(yùn)算時</p><p>　　它有雙功能：運(yùn)算前，用于保存一個操作數(shù)；運(yùn)算后，用于保存所得的和、差或邏輯運(yùn)算結(jié)果；</p><p><b>　　數(shù)據(jù)寄存器DR；</b></p><p>　　數(shù)據(jù)寄存器通過數(shù)據(jù)總線向存儲器和輸入

84、/輸出設(shè)備送（寫）或取</p><p>　　（讀）數(shù)據(jù)的暫存單元。它可以保存一條正在譯碼的指令，也可以保存正在送往存儲器中存儲的一個數(shù)據(jù)字節(jié)等等；</p><p>　　指令寄存器IR和指令譯碼器ID；</p><p>　　指令包括操作碼和操作數(shù)。指令寄存器是用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存中取到數(shù)據(jù)寄存器中，然后再傳送到指令寄存器。當(dāng)系

85、統(tǒng)執(zhí)行給定的指令時，必須對操作碼進(jìn)行譯碼，以確定所要求的操作，指令譯碼器就是負(fù)責(zé)這項工作的。其中，指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入；</p><p><b>　　程序計數(shù)器PC；</b></p><p>　　PC用于確定下一條指令的地址，以保證程序能夠連續(xù)地執(zhí)行下去，因此通常又被稱為指令地址計數(shù)器。在程序開始執(zhí)行前必須將程序的第一條指令的內(nèi)存單元地址（

86、即程序的首地址）送入PC，使它總是指向下一條要執(zhí)行指令的地址；</p><p>　　地址寄存器用于保存當(dāng)前CPU所要訪問的內(nèi)存單元或I/O設(shè)備的地址。由于內(nèi)存與CPU之間存在著速度上的差異，所以必須使用地址寄存器來保持地址信息，直到內(nèi)存讀/寫操作完成為止。</p><p>　　顯然，當(dāng)CPU向存儲器存數(shù)據(jù)、CPU從內(nèi)存取數(shù)據(jù)和CPU從內(nèi)存讀出指令時，都要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。同樣，如

87、果把外圍設(shè)備的地址作為內(nèi)存地址單元來看的話，那么當(dāng)CPU和外圍設(shè)備交換信息時，也需要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。</p><p><b>　　2.3本章小結(jié) </b></p><p>　　通過了解太陽能電池原理、分類和保護(hù)。了解了太陽能電池分為單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。還了解了太陽能的等效電路和機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。</p&

88、gt;<p>　　第三章 方案選擇及單元電路的設(shè)計</p><p>　　3.1 方案選擇及方框圖</p><p>　　3.1.1 方案選擇</p><p>　　由單片機(jī)根據(jù)采集到的控制器的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種控制信號。實現(xiàn)充放電控制，是使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定有效地運(yùn)行。更好的保護(hù)了鋰電池。延長整個太陽能系統(tǒng)的使用年限。</p>&l

89、t;p><b>　　3.1.2 方框圖</b></p><p>　　太陽能充放電控制器的電路框圖3-1所示。太陽能電池板接收光照并把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過充放電控制器為鋰蓄電池充電。</p><p>　　圖3-1太陽能充放電控制器的電路框圖</p><p>　　3.2 太陽能充電器電路原理</p><p>　　3.

90、2.1太陽能電池材料分類、電池組件概述和分類</p><p>　?。?）太陽能電池材料分類</p><p>　　為了有效利用太陽能，首先必須找到制作太陽能電池的材料。制作太陽能電池的材料是近年來發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域，是最受矚目的項目之一。制作太陽能電池的材料主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為硅系太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太

91、陽能電池、納米晶太陽能電池、有機(jī)混合太陽能電池五大類。其中硅系太陽能電池是目前發(fā)展最快、最成熟的太陽能電池，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位[9]。</p><p>　?。?）太陽能電池組件的概述</p><p>　　具有封裝及內(nèi)部連接的、能單獨(dú)提供直流輸出的、不可分割的最小太陽能電池組合裝置，叫做太陽能電池組件或叫做太陽能電池板。太陽能電池方陣是由許多單個太陽能電池組件（也叫單體太陽能電池）通過串聯(lián)或

92、是并聯(lián)或同時串并聯(lián)組成。而單體太陽能電池（太陽能電池組件）又是由許多一片一片的硅晶體片通過一定的安裝結(jié)構(gòu)形式組合的。這是因為一個電池片所能提供的電流和電壓（僅0.48V左右）畢竟有限，單個電池片輸出功率最多也只有3-4W，根本無法應(yīng)用。于是人們將很多電池片（通常是36個）串聯(lián)起來，形成了太陽能光電板，又稱單個太陽能組件使用。目前市場上層壓組件最大規(guī)格有220W，最小的有5W。</p><p>　　之所以通過專用材

93、料和專門生產(chǎn)工藝對電池片進(jìn)行封裝后形成組件才能用，是因為單個太陽能電池片?。ê穸戎挥?00微米左右）。易碎；此外。硅太陽能電池片若直接暴露在大氣中，易受到大氣尤其是潮濕空氣的腐蝕；灰塵、冰雹、風(fēng)沙等也都會落在電池的表面，導(dǎo)致電池轉(zhuǎn)換率下降，電池的電極也會氧化、銹蝕脫落甚至?xí)?dǎo)致電池失效。</p><p>　?。?）太陽能電池組件的分類</p><p>　　太陽能電池組件分為鋼化玻璃層壓電池

94、組件、環(huán)氧樹脂膠封板太陽能電池組件、透明PET層壓板光伏組件、建材型太陽能電池組件、建材一體型太陽能電池組件、新建材一體型電池組件[10]。</p><p>　　3.3單片機(jī)電路介紹</p><p>　　3.3.1 STC12C5408AD單片機(jī)</p><p>　　STC12C5410系列單片機(jī)是由宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期（1T）的兼容8051內(nèi)核單片機(jī)，是

95、高速/低功耗的新一代8051單片機(jī)，全新的流水線/精簡指令集結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。其主要性能特點(diǎn)如下：（1）增強(qiáng)型1T流水線/精簡指令集結(jié)構(gòu)8051CPU；（2）工作電壓：5.5V‐3.4V（5V單片機(jī)）/3.8V‐2.0V（3V單片機(jī)）；（3）工作頻率范圍：0‐35MHz，相當(dāng)于普通8051的0‐420MHz；（4）用戶應(yīng)用程序空間12K/10K/8K/6K/4K/2K字節(jié)；（5）片上集成512字節(jié)RAM；

96、（6）通過I/O口（27/23個），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏；（7）ISP（在系統(tǒng)可編程）/ASP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；（8）EPROM功能；（9）看門狗；（10）內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶振20M以下時，可省外部復(fù)位電路）；（11）時

97、鐘源：外部高精度晶體</p><p>　　STC12系列單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)STC 12系列單片機(jī)是宏晶科技公司新的低功耗16位Flash單片機(jī)，它的16級中斷、高效尋址方式、10K大容量Flash, EEPROM, A/D轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器(PWM)等功能特點(diǎn)，較好的實現(xiàn)了強(qiáng)大的功能與超低功耗的結(jié)合，因此具有很好的性價比和應(yīng)用適應(yīng)性。</p><p>　　STC12系列有6種型

98、號:分別是STC12C5412AD、STC12C5410AD、STC12C5408AD、STC 12C5406AD、STC 12C5404AD、和STC 12C5402AD。它們區(qū)別在于Flash的容量大小，本設(shè)計所用到的STC12C5412AD的Flash容量為10K。該單片機(jī)的管腳結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 STC12C5408DA管腳</p><p>　　ST

99、C12C5408DA管腳說明如圖3-3所示。</p><p><b>　　圖3-3管腳說明圖</b></p><p><b>　　基本配置：</b></p><p>　　STC12C5412AD單片機(jī)除了具有STC12系列單片機(jī)共有特點(diǎn)外，還具有一些自身特點(diǎn)，對其一些基本配置做以介紹:</p><p&g

100、t;　?。?）Flash存儲器</p><p>　　STC12C5412AD Flash存儲器為l 0KB。Flash存儲器主要用作程序存儲，可經(jīng)計算機(jī)串口接口下載程序;程序運(yùn)行時能對其中的1段或多段進(jìn)行擦/寫操作，因此兼有數(shù)據(jù)存儲器功能。Flash可用于程序數(shù)據(jù)保存，實現(xiàn)掉電保護(hù)，F(xiàn)lash存儲器可以按字或字節(jié)讀寫，最小擦除單位為1段，經(jīng)過擦除的位為“1"，寫入位為“0”。</p>&l

101、t;p>　?。?）脈寬調(diào)節(jié)模式(PWM)</p><p>　　所有PCA模塊都可用作PMW輸出。輸出頻率取決于PCA定時器的時鐘源。由于所有模塊共用僅有的PCA定時器，所有它們的輸出頻率相同。各個模塊的輸出占空比是獨(dú)立變化的，與使用的捕獲寄存器{EPCnL,CCAPnL}有關(guān)。當(dāng)CL SFR的值小于{EPCnL, CCAPnL}時，輸出為低，當(dāng)PCA CL SFR的值等于或大于{EPCnL, CCAPnL}

102、時，輸出為高。當(dāng)CL的值由FF變?yōu)?0溢出時，{EPCnH, CCAPnH}的內(nèi)容裝載到{EPCnL,CCAPnL}中。這樣就可實現(xiàn)無干擾地更新PWM。要使能PWM模式，模塊CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必須置位。</p><p>　?。?）I/O口工作類型設(shè)置</p><p>　　STC12C5412AD帶有24個I/O引腳，它的I/O與傳統(tǒng)的I/O不同，每個I/O口均可由軟

103、件設(shè)置成4種工作類型之一，使得功能口和通用I/O口復(fù)用。4種類型分別為:準(zhǔn)雙向口(標(biāo)準(zhǔn)8051輸出模式)、推挽輸出、僅為輸入(高阻)和開漏輸出功能。四種類型說明如下：</p><p>　　1）準(zhǔn)雙向口輸出配置</p><p>　　準(zhǔn)雙向口輸出類型可用作輸出和輸入功能而不需重新配置口線輸出狀態(tài)。這是因為當(dāng)口線輸出為1時驅(qū)動能力很弱，允許外部裝置將其拉低。當(dāng)引腳輸出為低時，它的驅(qū)動能力很強(qiáng)，剛

104、一吸收相當(dāng)大的電流。準(zhǔn)雙向口有3個上拉晶體管適應(yīng)不同的需要。</p><p>　　在3個上拉晶體管中，有1個上拉晶體管稱為“弱上拉”，當(dāng)口線寄存器為1且引腳本身也為1時打開。此上拉提供基本驅(qū)動電流使準(zhǔn)雙向口輸出為1。如果一個引腳輸出為1而由外部裝置下拉到低時，弱上拉關(guān)閉而“極弱上拉”維持開狀態(tài)，為了把這個引腳強(qiáng)拉為低，外部裝置必須有足夠的灌電流能力使引腳上的電壓降到門檻電壓以下。  </

105、p><p>　　第2個上拉晶體管，稱為“極弱上拉”，當(dāng)口線鎖存為1時打開。當(dāng)引腳懸空時，這個極弱的上拉源產(chǎn)生很弱的上拉電流將引腳上拉為高電平。</p><p>　　第3個上拉晶體管稱為“強(qiáng)上拉”。當(dāng)口線鎖存器跳變到1時，這個上拉用來加快準(zhǔn)雙向口由邏輯4到邏輯1轉(zhuǎn)換。當(dāng)發(fā)生這種情況時，強(qiáng)上拉打開約2個機(jī)器周期以使引腳能夠迅速地上拉到高電平。</p><p><b&g

106、t;　　2）推挽輸出配置</b></p><p>　　推挽輸出配置的下拉結(jié)構(gòu)與開漏輸出以及準(zhǔn)雙向口的下拉結(jié)構(gòu)相同，但當(dāng)鎖存器為1時提供持續(xù)的強(qiáng)上拉。推挽模式一般用于需要更大驅(qū)動電流的情況。</p><p>　　3）僅為輸入(高阻)配置</p><p>　　僅為輸入時，不提供吸入20mA電流的能力。</p><p><b>

107、;　　4）開漏輸出配置</b></p><p>　　當(dāng)口線鎖存器為0時，開漏輸出關(guān)閉所有上拉晶體管。當(dāng)作為一個邏輯輸出時，這種配置方式必須有外部上拉，一般通過電阻外接到。這種方式的下拉與準(zhǔn)雙向口相同。開漏端口帶有一個施密特觸發(fā)輸入以及一個干擾抑制電路。</p><p>　　（4）AD模數(shù)轉(zhuǎn)換寄存器</p><p>　　STC12C5412AD單片機(jī)的A/

108、D轉(zhuǎn)換口在P1口(P1.7-P1.0)，有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，STC12C5410AD系列是12位精度的A/D，速度均可達(dá)到100KHz。8路電壓輸入型A/D，可以完成溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等功能。上電復(fù)位后P1口是弱上拉型的I/O口，可以通過軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使用的口可繼續(xù)作為I/O口使用。這樣，A/D轉(zhuǎn)換和I/O口可以靈活的運(yùn)用，節(jié)省了軟件及時間。</p>

109、;<p>　　（5）有配套的仿真開發(fā)工具</p><p>　　STC12C5412AD的Flash存儲器給用戶的開發(fā)帶來方便。用戶可以將芯片焊接在線路板上后進(jìn)行下載程序、調(diào)試程序和修改程序。同時，STC12C5410AD的片內(nèi)己集成了程序斷點(diǎn)控制等邏輯功能。因此，它的開發(fā)工具較為簡單，只需1套PC環(huán)境下的調(diào)試軟件和1個連接于并口的仿真器。仿真器與STC12C5410AD經(jīng)串口連接。因此，用戶只要在設(shè)