1、 本科毕业设计 (论文 ) 题目 太阳能充电器电路设计 学院名称 理学院 专业班级 电子信息科学与技术 信息 10-1班 学生姓名 李杰 导师姓名 孙吉红 二一四 年 六 月 一 日 太阳能充电器电路设计 作 者 姓 名 李杰 专 业 电子信息科学与技术 指导教师姓名 孙吉红 专业技术职务 副教授 齐鲁工业大学本科毕业设计（论文）原创性声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导教师的指导下独立 研究、撰写的成果。设计（ 论文）中引用他人的文献、数据、图件、资料，均已在设计（论文）中加以说明，除此之外， 本设计（论文） 不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文研究做
2、出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计（论文）作者签名： 李杰 2014 年 6 月 2 日 齐鲁工业大学关于毕业设计（论文）使用授权的说明 本毕业设计（论文）作者完全了解学校有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，即：学校有权保留、送交设计（论文）的复印件，允许设计（论文）被查阅和借阅，学校可以公布设计（论文）的全部或部分内容 ，可以采用影印、 扫描等复制手段保存 本设计（论文）。 指导教师签名： 孙吉红 毕业设计（论文）作者签名： 李杰 2014 年 6 月 2 日 2014 年 6 月 2 日 I 目 录 摘要 . III ABS
3、TRACT. IV 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.1.1 能源危机及环境污染问题 . 1 1.1.2 太阳能的开发和利用 . 2 1.1.3 我国太阳能的资源状况 . 3 1.2 国内外光伏发电产业现状与市场需求 . 3 1.2.1 国内外光伏发电产业现状 . 3 1.2.2 光伏发电市场需求 . 4 1.3 光伏系统的工作原理与组成 . 5 1.3.1 光伏系统的工作原理 . 5 1.3.2 光伏系统的组成 . 5 1.4 本章小结 . 6 第二章 太阳能电池和单片机 . 6 2.1 太阳能电池 . 6 2.1.1 太阳能电池原理、分类和保护 . 6 2.1.2 太
4、阳能电池的等效电路 . 8 2.1.3 太阳能电池板的输出特性 . 9 2.2 单片机介绍 . 11 2.2.2 单片机硬件特性 . 12 2.2.3 单片机基本结构 . 12 2.3 本章小结 . 14 第三章 方案选择及单 元电路的设计 . 14 3.1 方案选择及方框图 . 14 3.1.1 方案选择 . 14 3.1.2 方框图 . 14 3.2 太阳能充电器电 路原理 . 15 3.2.1 太阳能电池材料分类、电池组件概述和分类 . 15 3.3 单片机电路介绍 . 15 3.3.1 STC12C5408AD 单片机 . 15 3.3.2 设计思路 . 20 II 3.4 锂蓄电池的
5、充电特性 . 22 3.4.1 控制器充放电电路 . 23 3.4.2 液晶显示电路 . 26 3.4.3 报警电路设计 . 29 3.4.4 PADS 简介 . 30 3.5 本章小结 . 33 第四章 锂蓄电池电压电流的检测和技术研究 . 33 4.1 锂蓄电池电压的检测 . 33 4.2 蓄电池电压检测电路设计 . 33 4.3 本章小结 . 34 结 论 . 35 参考文献 . 36 致 谢 . 37 齐鲁工业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） III 摘 要 化石能源的日益枯竭、人们对环境保护问题的重视程度也在不断提高，寻找洁净的替代能源问题变得越来越迫切。太阳能作为一种可再生
6、能源它具有取之不尽、用之不竭和清洁安全等特点，因此有着广阔的应用前景，光伏发电技术也越来越受到人们的关注，随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的 发展，太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡。 太阳能发电的历史可以追朔到 1800 年，伯克莱氏发现对某种半导体材料照射光后，会引起伏安特性改变。最终，发现了光伏效应，并以此半导体制成光伏电池。其后，对硒，氧化铜等半导体材料进行研究，同样发现此种光伏效应，也制成类似的光伏效应。 本课程设计介绍一种太阳能充电器，利用单片机控制，将太阳能经过电路变换为稳定直流电充电，并能在电池充电完成后自动停止充电，还可作为一般直流电源使用，从而摆脱对
7、市电的依赖而获得通信的自由。与常规的充电器相比，太阳能充电器有 着明显的优势。 关键词： 太阳能 电池 单片机 充电器 齐鲁工业大学 2014 届本科生毕业设计（ 论文） IV ABSTRACT Fossil energy drying up, peoples attention to the problem of environmental protection degree are also constantly improve, look for clean alternative energy issues become more and more urgent. Solar ener
8、gy as a renewable energy it has abundant, an inexhaustible, clean and safe 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 develo
9、pment of photovoltaic technology, solar photovoltaic power generation system will be gradually by the additional energy to make the transition to alternative energy now. Solar powers history can be dated back to 1800, Berkeleys discovery of a semiconductor material after irradiation light, to cause
10、volt-ampere characteristics change. In the end, found the photovoltaic effect, which made from semiconductor photovoltaic cells. Thereafter, selenium, copper oxide semiconductor materials such as research, also found that the photovoltaic effect, also made a similar photovoltaic effect. This course
11、is designed to introduce a kind of solar charger, using single-chip microcomputer control, the solar energy through to stabilize the dc charging circuit transformation, after completion of the battery and can automatically stop charging, can also be used as a general dc power supply, so as to get ri
12、d of the dependence on the grid for the freedom of communication. Compared with the conventional charger, solar charger has obvious advantages. Key words: solar energy; batteri chip; microcomputer; Battery charger 齐鲁工业大学 2014 届本科生毕业设计（ 论文） 1 第 1 章 绪论 1.1 课题背景 能源是经济、社会发展和提高人民生活水平的重要物质基础，能源问题是一个国家至关重要
13、的问题。随着科学技术和全球经济地飞速发展，对能源的需求也在日趋增长。自 20世纪 70年代的世界石油危机以来，人们才真正意识到，化石燃料的储量是有限的，能源危机迫在眉睫。从全球来看，已探明的可支配的传统能源储量在不久的将来即将耗尽，能源问题的突出，不仅表现在常规能源的匮乏不足，更重要的是化石能源的开发利用对生态环境的污染破坏。大气中的颗粒物和二氧化硫浓度增高，局部地区形成酸雨 ,而每年排放的大量二氧化碳 带来的温室效应，使全球气候变暖，自然灾害频繁。常规能源在给人类社会带来飞速发展的同时，也在很大程度上使人类社会面临着前所未有的困难和挑战。这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠科技进步，大规
14、模地开发利用可再生洁净能源，实现可持续发展。 虽然在可预见的将来，矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水力能、生物能等可再生能源资源的利用日益重视，在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。其中，太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比，是最理想的可再生能源。所 谓“光伏发电”是直接将太阳光转换为电能的一种发电形式。光伏发电具有取之不尽且无污染等优点。日前在我国，光伏发电主要应用在如下领域：西部偏远地区电力供应、通讯及交通设施、气象台站、航标灯和照明路灯。光伏发电具有节能性、经济性和实用性等优点，在众多应用领域中具有最广泛的发展前景。光
15、伏电源控制器通常由太阳能电池、蓄电池、充放电控制器和负载 LED组成。 1.1.1能源危机及环境污染问题 十八世纪的工业革命，大大推动了人类社会的生产力水平，使人类进入了机器大生产的工业时代。从此，人类大规模地开采矿产，砍伐森林，开垦 草原，满足世界经济的发展。可以说，世界经济的现代化，得益于传统能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用。 随着科学技术日新月异地飞速发展，对能源的需求也在不断增长。自 70年代的世界石油危机后，人们才真正意识到，供应常规电力所用的石化燃料的储量是有限的。能源危机迫在眉睫 1，根据对石油储量的综合估算 2，可支配的传统能源从全球来看，已探明的石油储量只
16、能用到 2040年，天然气也只能延续 50-60 年左右，即使是储量最丰富的煤炭最多也只能够维持二三百年。就连近代才发展起来的核能发电的原料铀的储量 也是有限的，而且还存在安全和污染的难题，同样不能解决世界电力的长期稳定供应问题。因此，如不尽早设法解决常规能源的替齐鲁工业大学 2014 届本科生毕业设计（ 论文） 2 代能源，人类迟早将面临燃料枯竭的危险局面。 环境污染问题也成为人们普遍关注的焦点 3。当前，由于燃烧石化燃料，大气中的颗粒物和二氧化硫浓度增高，危及人类和其他生物的身体健康，同时还会腐蚀材料，给人类社会造成损失破坏了臭氧层，加剧了温室效应，局部地区形成酸雨，使大气环境严重污染。这
17、种由环境污染衍生的环境效应具有滞后性，往往在污染发生的当时不容易被察觉或预料到，然而一旦发生就表示环境污染已经发展 到相当严重的地步。环境污染所带来的最直接、最容易被人们所感受的后果就是使人类环境的质量下降，影响人类的生活质量、身体健康和生产活动。如不采取积极措施，保护生态环境，将会严重威胁到人类社会的生存空间。随着经济和贸易的全球化，环境污染也日益呈现国际化趋势。因此，无论是从确保长期的能源供应，还是从保护环境的角度出发，开发利用取之不竭而又没有公害的新能源已是势在必行。 1.1.2太阳能的开发和利用 能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础， 21世纪是世界能源结构发生巨大变革的世纪。当前，
18、包括我国在内的绝大多数国家 都以石油、天然气和煤炭等矿物燃料为主要能源。随着矿物燃料的日益枯竭和全球环境的不断恶化，传统能源 (如煤、石油、天然气等 )的供给已出现严重短缺局面，人类开始将目光转向可再生能源的发展。很多国家都在认真探索能源多样化的途径，积极开展新能源和可再生能源的研究开发工作。大规模地开发利用可再生洁净能源，以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的多样性的能源结构代替以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构己成为人们关注的焦点。虽然在可预见的将来，煤炭、石油、天然气等矿物燃料，仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但人们对 核能以及太阳能、风能、地热能、水力能、生物能等可再生能
19、源资源的利用日益重视，在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。在未来的一段时间内，可再生能源将能够与矿物燃料相抗衡，从而结束矿物燃料一统天下的局面。 其中，可再生能源主要有以下几个方面： （ 1）太阳能：据天文物理学家的计算表明，太阳系还能存在 45亿年，太阳每年辐射到地球的总能量相当于人类能源消耗的 1.2万倍； （ 2）氢能源：利用自然界大量存在的水，由电解水产生氢，或者由太阳能光催化水分解氢； （ 3）风力发电、小水电与潮汐发电：可提供可观的电力； （ 4）生物能：包括城市垃圾的转化、人类粪便的转化等。这些能源原本是人类的废弃物所转化过来的，只要有人类的存在，就会有生物能，所以这种能源
20、也可以说是用之不竭的； （ 5）核能：与传统能源的发电厂相比，核能的利用率较高，对环境的污染小，齐鲁工业大学 2014 届本科生毕业设计（ 论文） 3 并且使用核燃料的成本远远低于传统燃料的成本，而核燃料所释放出来的能量却远远高于传统能源所释放出来的能量。 其中，太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比利用最大，是最理想的可再生能源。特别是近几十年来，随着科学技术的不断进步，太阳能及其相关产业成为世界发展最快的行 业之一 4。因为它具有以下的特点： （ 1）存储量巨大：太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳放射的总辐射能量大约是 3.75x1026W，是极其巨大的。其中到
21、达地球的能量高达1.73x1014Kw，穿过大气层到达地球表面的太阳辐射能大约为 8.1x1013kW。在到达地球表面的太阳辐射能中，到达地球陆地表面的辐射能大约为 1.7x1013W，相当于目前全世界一年内消耗的各种能源所产生的总能量的三万五千多倍。太阳的寿命至少尚有 40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球能源的时间可以说是无限的 。 （ 2）取之不尽，不需要开采和运输。 （ 3）清洁无污染，无任何物质的排放，既不会留下污染物，也不会向大气中排放废气。 1.1.3我国太阳能的资源状况 我国地处北半球，土地辽阔，幅员广大，国土总而积达 960万 km在我国广阔富饶土地上，有着丰富
22、的太阳能资源。全国各地的年太阳辐射总量： 3340-8400MJ/（ m2.a），中值为 5852MJ/（ m2.a）。从全国太阳年辐射总量的分布来看，青藏高原和西北地区、华北地区东北大部以及云南、广东、海南等部分低纬度地带的年太阳辐射总量都在 8000MJ/m2以上， 是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区。尤其以青藏高原地区最高，达 6000-8000MJ/m2。从全世界来看，我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在 4kWh/m2.天以上，西藏最高达 7kWh/m2.天。与同纬度的其它国家相比，和美国类似，比欧洲、日本优越得多。特别是以上地区，正是我国人口稀少、居住分散、交通不便的偏僻、边远的广大西北地区，经济发展较为落后。可充分利用当地丰富的太阳能资源，采用太阳能发电技术，节约能源，发展经济，提高人民生活水平。 1.2 国内外光伏发电产业现状与市场需求 1.2.1国内外光伏发电产业现状 （ 1）国外现状 由于前 5年发达国家光伏补助相当多，国外光伏发电迅猛，为了调节（降低）光伏发电 装机 ，从今年开始德国、英国、美国等发达国家正在降低光伏发电的补助，因此这些国家的光伏装机明显下降。国外趋势：光伏发电补助会继续下降，使市场自动调节，当 光伏组件 价格降低到一定阶段时，达到商业发电的经济指标，光伏发电规模会增加。
