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101班学生姓名导师姓名二一四年六月一日太阳能充电器电路设计作者姓名专业电子信息科学与技术指导教师姓名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
2、签名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）。指导教师签名毕业设计（论文）作者签名2014年6月2日2014年6月2日I目录摘要IIIABSTRACTIV第1章绪论111课题背景1111能源危机及环境污染问题1112太阳能的开发和利用2113我国太阳能的资源状况312国内外光伏发电产业现状与市场需求3121国内外光伏发电产业现状3122光伏发
3、电市场需求413光伏系统的工作原理与组成5131光伏系统的工作原理5132光伏系统的组成514本章小结6第二章太阳能电池和单片机621太阳能电池6211太阳能电池原理、分类和保护6212太阳能电池的等效电路8213太阳能电池板的输出特性922单片机介绍11222单片机硬件特性12223单片机基本结构1223本章小结14第三章方案选择及单元电路的设计1431方案选择及方框图14311方案选择14312方框图1432太阳能充电器电路原理15321太阳能电池材料分类、电池组件概述和分类1533单片机电路介绍15331STC12C5408AD单片机15332设计思路20II34锂蓄电池的充电特性223
4、41控制器充放电电路23342液晶显示电路26343报警电路设计29344PADS简介3035本章小结33第四章锂蓄电池电压电流的检测和技术研究3341锂蓄电池电压的检测3342蓄电池电压检测电路设计3343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
5、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）IVABSTRACTFOSSILENER
6、GYDRYINGUP,PEOPLESATTENTIONTOTHEPROBLEMOFENVIRONMENTALPROTECTIONDEGREEAREALSOCONSTANTLYIMPROVE,LOOKFORCLEANALTERNATIVEENERGYISSUESBECOMEMOREANDMOREURGENTSOLARENERGYASARENEWABLEENERGYITHASABUNDANT,ANINEXHAUSTIBLE,CLEANANDSAFECHARACTERISTICSANDTHEREFOREHASABROADAPPLICATIONPROSPECT,PHOTOVOLTAICPOWERGEN
7、ERATIONTECHNOLOGYISALSOMOREANDMOREGETTHEATTENTIONOFPEOPLE,WITHTHEPRICEOFPHOTOVOLTAICMODULESANDTHEDECREASEOFTHEDEVELOPMENTOFPHOTOVOLTAICTECHNOLOGY,SOLARPHOTOVOLTAICPOWERGENERATIONSYSTEMWILLBEGRADUALLYBYTHEADDITIONALENERGYTOMAKETHETRANSITIONTOALTERNATIVEENERGYNOWSOLARPOWERSHISTORYCANBEDATEDBACKTO1800,
8、BERKELEYSDISCOVERYOFASEMICONDUCTORMATERIALAFTERIRRADIATIONLIGHT,TOCAUSEVOLTAMPERECHARACTERISTICSCHANGEINTHEEND,FOUNDTHEPHOTOVOLTAICEFFECT,WHICHMADEFROMSEMICONDUCTORPHOTOVOLTAICCELLSTHEREAFTER,SELENIUM,COPPEROXIDESEMICONDUCTORMATERIALSSUCHASRESEARCH,ALSOFOUNDTHATTHEPHOTOVOLTAICEFFECT,ALSOMADEASIMILAR
9、PHOTOVOLTAICEFFECTTHISCOURSEISDESIGNEDTOINTRODUCEAKINDOFSOLARCHARGER,USINGSINGLECHIPMICROCOMPUTERCONTROL,THESOLARENERGYTHROUGHTOSTABILIZETHEDCCHARGINGCIRCUITTRANSFORMATION,AFTERCOMPLETIONOFTHEBATTERYANDCANAUTOMATICALLYSTOPCHARGING,CANALSOBEUSEDASAGENERALDCPOWERSUPPLY,SOASTOGETRIDOFTHEDEPENDENCEONTHE
10、GRIDFORTHEFREEDOMOFCOMMUNICATIONCOMPAREDWITHTHECONVENTIONALCHARGER,SOLARCHARGERHASOBVIOUSADVANTAGESKEYWORDSSOLARENERGYBATTERICHIPMICROCOMPUTERBATTERYCHARGER齐鲁工业大学2014届本科生毕业设计（论文）1第1章绪论11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
11、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
12、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。111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
13、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能用到2040年，天然气也只能延续5060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
14、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
15、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。112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，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
16、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，
17、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12万倍；（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
18、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375X1026W，是极其巨大的。其中到达地球的能量高达173X1014KW，穿过大气层到达地球表面的太阳辐射能大约为81X1013KW。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17X1013W，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，
19、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。113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，有着丰富的太阳能资源。全国各地的年太阳辐射总量33408400MJ/（M2A），中值为5852MJ/（M2A）。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60008
20、000MJ/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。12国内外光伏发电产业现状与市场需求121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
21、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。齐鲁工业大学2014届本科生毕业设计（论文）4（2）国内现状我国的太阳能应用起步较晚，但是发展速度很快。我国的光伏电池技术是从60年代发展空间用太阳能电池开发起步的，地面用光伏电池的生产是从1970年代初开始，主要的低成本技术以及生产能力则在80年代中期建立起来。80年代中期，我国光伏电池组件总生产能力达到45MW，光伏产业初步形成。经过十年的努力，我国光伏发电技术有了很大的发展，光伏电池转换效率不断提高。至90年代初中期，我国光伏
22、产业已处于稳定发展时期，生产量逐年稳步增加。“九五”期间，国家科委开始将太阳能屋顶系统列入国家科技攻关计划，企业界率先在深圳和北京分别建成了17KW和7KW的光伏发电屋顶系统。1999年，我国光伏电池的主要产品是单晶硅电池和非晶硅电池，多晶硅电池只限于实验室，但在2000年之后，多晶硅产品逐步走出实验室，开始形成规模生产，与发达国家相比，技术差距不断减小。为了推动光伏技术及其产业发展，2003年10月，国家发展改革委员会、科技部制定出未来五年太阳能资源开发计划，发改委“光明工程”将筹资100亿用于推进太阳能光伏发电技术的应用，计划到2005年全国光伏发电系统总装机容量达到300MW。至2003
23、年底，我国光伏产业总的生产能力达到38MW，太阳能电池/组件的实际生产量达到13MW。在市场方面，截至2003年底我国光伏系统累计装机容量达到45MW。2004年，我国在深圳建成了亚洲最大并网太阳能光伏电站，电站总容量达1兆瓦，年发电能力约为100万千瓦时；2008年北京奥运会，国家计划太阳能光伏发电融入奥运建筑中，各奥运建筑将大范围采用太阳能等绿色能源利用技术，绿色能源的应用正是绿色奥运的具体体现；2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过的中华人民共和国可再生能源法4自2006年1月1日起正式施行，国家鼓励可再生能源利用5,6。我国光伏产业在满足国内市场需要和提高
24、边远无电地区人民的生活水平及特殊工业应用中发挥了重要作用。但是，与发达国家相比还存在相当大的差距。首先，我国生产规模较国外比较小，自动化水平比较低；其次，专用原材料国产化程度也不高。因此，我国光伏产业在国内外市场上仍面临着非常严峻的考验。122光伏发电市场需求近2年来，太阳能光伏发电受到各国的高度重视。世界光伏发电产业发展迅速，一直保持着加速发展的势头。近10年太阳电池组件生产的年平均增长率达到33，最近5年的年平均增长率达到43，成为当今发展最迅速的高新技术产业之一。2010年11月23日，国际咨询公司FROST程序运行时能对其中的1段或多段进行擦/写操作，因此兼有数据存储器功能。FLASH
25、可用于程序数据保存，实现掉电保护，FLASH存储器可以按字或字节读写，最小擦除单位为1段，经过擦除的位为“1“，写入位为“0”。（2）脉宽调节模式PWM所有PCA模块都可用作PMW输出。输出频率取决于PCA定时器的时钟源。由于所有模块共用仅有的PCA定时器，所有它们的输出频率相同。各个模块的输出占空比是独立变化的，与使用的捕获寄存器EPCNL,CCAPNL有关。当CLSFR的值小于EPCNL,CCAPNL时，输出为低，当PCACLSFR的值等于或大于EPCNL,CCAPNL时，输出为高。当CL的值由FF变为00溢出时，EPCNH,CCAPNH的内容装载到EPCNL,CCAPNL中。这样就可实现
26、无干扰地更新PWM。要使能PWM模式，模块CCAPMN寄存器的PWMN和ECOMN位必须置位。（3）I/O口工作类型设置STC12C5412AD带有24个I/O引脚，它的I/O与传统的I/O不同，每个I/O口均可由软件设置成4种工作类型之一，使得功能口和通用I/O口复用。4种类型分别为准双向口标准8051输出模式、推挽输出、仅为输入高阻和开漏输出功能。四种类型说明如下1）准双向口输出配置准双向口输出类型可用作输出和输入功能而不需重新配置口线输出状态。这是因为当口线输出为1时驱动能力很弱，允许外部装置将其拉低。当引脚输出为低时，它的驱动能力很强，刚一吸收相当大的电流。准双向口有3个上拉晶体管适应
27、不同的需要。在3个上拉晶体管中，有1个上拉晶体管称为“弱上拉”，当口线寄存器为1且引脚本身也为1时打开。此上拉提供基本驱动电流使准双向口输出为1。如果一个引脚输出为1而由外部装置下拉到低时，弱上拉关闭而“极弱上拉”维持开状态，为了把这个引脚强拉为低，外部装置必须有足够的灌电流能力使引脚上的电压降到门槛电压以下。第2个上拉晶体管，称为“极弱上拉”，当口线锁存为1时打开。当引脚悬空时，这个极弱的上拉源产生很弱的上拉电流将引脚上拉为高电平。第3个上拉晶体管称为“强上拉”。当口线锁存器跳变到1时，这个上拉用来加快准双向口由逻辑4到逻辑1转换。当发生这种情况时，强上拉打开约2个齐鲁工业大学2014届本科
28、生毕业设计（论文）20机器周期以使引脚能够迅速地上拉到高电平。2）推挽输出配置推挽输出配置的下拉结构与开漏输出以及准双向口的下拉结构相同，但当锁存器为1时提供持续的强上拉。推挽模式一般用于需要更大驱动电流的情况。3）仅为输入高阻配置仅为输入时，不提供吸入20MA电流的能力。4）开漏输出配置当口线锁存器为0时，开漏输出关闭所有上拉晶体管。当作为一个逻辑输出时，这种配置方式必须有外部上拉，一般通过电阻外接到。这种方式的下拉与准双向口相同。开漏端口带有一个施密特触发输入以及一个干扰抑制电路。（4）AD模数转换寄存器STC12C5412AD单片机的A/D转换口在P1口P17P10，有8路10位高速A/
29、D转换器，STC12C5410AD系列是12位精度的A/D，速度均可达到100KHZ。8路电压输入型A/D，可以完成温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等功能。上电复位后P1口是弱上拉型的I/O口，可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用的口可继续作为I/O口使用。这样，A/D转换和I/O口可以灵活的运用，节省了软件及时间。（5）有配套的仿真开发工具STC12C5412AD的FLASH存储器给用户的开发带来方便。用户可以将芯片焊接在线路板上后进行下载程序、调试程序和修改程序。同时，STC12C5410AD的片内己集成了程序断点控制等逻辑功能。因此，它的开发工
30、具较为简单，只需1套PC环境下的调试软件和1个连接于并口的仿真器。仿真器与STC12C5410AD经串口连接。因此，用户只要在设计应用系统时为调试需要预留好STC12C5410AD的串口接口的引出插座，即可实现系统的程序下载调试、系统现场编程硬件仿真或软件升级功能，而且无需外加编程电压。332设计思路（1）单片机最小系统介绍单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。1）电源模块对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。51单片机虽然使用时间最早、应用范围最广，但是在实际使用过程中，一个和典型的问题就是
31、相比其他系列的单片机，51单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象，克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。如图34所示。齐鲁工业大学2014届本科生毕业设计（论文）21图34电源供电模块2）复位电路单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。如图35所示。图35RC电路3）震荡电路单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单
32、片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。如图36所示。齐鲁工业大学2014届本科生毕业设计（论文）22图36震荡电路单片机最小系统
33、整体电路图如图37所示。单片机最小系统整体电路图37本文设计了一种基于单片机的太阳能控制器。采用PWM脉冲调制控制保护技术。充放电控制器是太阳能充电器的核心部件，针对锂蓄电池充电的特殊要求，本文巧妙地采用简单电路检测充放电电压电流、软件补偿用于检测的小电阻的温度效应，省去硬件补偿的费用，降低了成本。由单片机根据采集到的充放电电压电流参数，发出各种摔制信号，实现充放电控制，使充放电系统能稳定有效地运行。为了保护电路本产品还利用二极管和蜂鸣器设计了报警电路。如果用户把充电池接反了电路会实现自动报警来提醒用户。34锂蓄电池的充电特性锂蓄电池选用锂离子电池。锂电池具有重量轻容量大无记忆效应等优点，因而
34、得到普遍应用。锂电池的能量密度很高，它的容量是同重量的镍齐鲁工业大学2014届本科生毕业设计（论文）23氢电池的152倍，而且具有很低的自放电率。此外，锂电池似乎没有记忆效应以及不含有毒物质等优点。但是对于锂电池的充电过程，要求是比较严格的。影响蓄电池寿命的因素有放电深度，过充电程度等。在光伏系统中蓄电池的放电深度不是恒定的，它随天气状况和季节而变。在天气晴朗的夏日，蓄电池放电深度小在天气阴沉的冬日，蓄电池放电深度大。过充电程度也随季节天气变化，在冬季，蓄电池可能从没充满过，在夏天，蓄电池可能经常是满的。为了延长蓄电池的寿命，必须合理的控制蓄电池的放电与充电。当蓄电池放电到一定程度时，应停止放
35、电，防止过放电减少蓄电池寿命当蓄电池充电到一定程度时要停止充电和减小充电电流，防止不合理的过充电对蓄电池造成损害。锂蓄电池的充电曲线如图38所示。025A05A075A1A125A15A175A最大充电电流快充到减充过渡点浮充电压充电终止电流预充电流预充到快充过渡电压电压电流13V14V15V16V图38锂蓄电池充电曲线锂蓄电池的充电过程1）如果开始充电时，电池电量很低，那么必须用小电流（大概024A）开始充电，即涓流充电。如果电压高于5V就不必进行这个步骤。2）当电池电压大于5V可以开始大电流充电，恒流充电。随着充电的进行，电池电压逐渐升高。3）当电池电压达到或接近充满电压（如5V左右）时，
36、则要开始转入恒压充电当电流减少到大概025A左右，则停止充电。341控制器充放电电路（1）充放电电路图如图39所示。齐鲁工业大学2014届本科生毕业设计（论文）24图39控制器充放电电路图单片机的PWM控制充、放电驱动Q1和Q2。当蓄电池电压处于正常情况下，单片机控制的充电驱动三极管管Q1（2N5551）为高电平导通，三极管Q1导通，此时太阳能电板向蓄电池恒流充电；当蓄电池电压达到5V时，单片机控制充电驱动Q1为低电平时，Q1截止，通过控制占空比，使Q1实现通断控制，此时处于恒压浮充状态；当电流下降到某值时，进行恒流充电；但蓄电池电压达到设定的过充点5V时，再进行恒压涓流充电；涓流小到某一值，
37、单片机控制的充电驱动Q1进行短路保护；当蓄电池电压下降到某设定值时，Q1重新导通，恢复为正常充电状态。（2）关于单片机PWM的介绍1PWM控制的基本原理理论基础冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。如图310所示。图310形状不同而冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（RL电路）上，如图2A所示。其输出电流IT对不同窄脉冲时的响应波形如图2B所示。齐鲁工业大学2014届本科生毕业设计（论文）25从波形可以看出，在IT的上升段，
38、IT的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各IT响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应IT也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各IT在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。如图311所示。图311冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。SPWM波形脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，如图312所示。图312用PWM波代替正弦半波要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改
39、变各脉冲宽度即可。PWM电流波电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。PWM波形可等效的各种波形直流斩波电路等效直流波形SPWM波等效正弦波形，还可以等齐鲁工业大学2014届本科生毕业设计（论文）26效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理。模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合
40、之内，例如在0V,5V这一集合中取值。模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重如老式的家庭立体声设备和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能
41、对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。342液晶显示电路（1）液晶显示器的相关介绍液晶显示器是一种采用液晶为材料的显示器。液晶是介于固态和液态间的有机化合物。将其加热会变成透明液态，冷却后会变成结晶的混浊固态。在电场作用下，液晶分子会发生排列上的变化，从而影响通过其的光线变化，这种光线的变化通过偏光片的作用可以表现为明暗的变化。就这样，人们通过对电场的控制最终控制了光线的明暗变化，从而达到显示图像的目的。根据液晶分子的排布方式，
42、常见的液晶显示器分为窄视角的TNLCD，STNLCD，DSTNLCD；宽视角的IPS，VA，FFS等。其中TNLCD，STNLCD和DSTNLCD三种显示原理相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已。TN扭曲向列型（TWISTEDNEMATIC）液晶分子扭曲角度为90度。STN超扭曲向列型（SUPERTN）其S即为SUPER之意，也就是液晶分子的扭转角度加大，呈180度或270度，如此而达到更优越的显示效果因对比度加大。DSTN双层超扭曲向列型（DOUBLELAYERSTN）。其D为DOUBLELAYER双层之意，因此又比STN更优异些。由于DSTN的显示面板结构已较TN与STN复杂，显示画质较之
43、更为细腻。齐鲁工业大学2014届本科生毕业设计（论文）27宽视角模式，如IPS平面转换（INPLANESWITCHING），VA垂直取向（VERTICALALIGNMENT。TN型是目前市场上最主流的液晶显示器采用的模式，广泛应用于入门级和中端的面板。目前常见的在性能指标上并不出彩可视角度有天然痼疾。市场上看到的TN面板都是改良型的TNFILM，FILM即补偿膜，用于弥补TN面板可视角度的不足，要说TN面板胜过前面两种面板的地方，就是由于他的输出灰阶级数较多，液晶分子偏转速度快，致使它的响应时间容易提高，目前市场上8MS以下液晶产品均采用的是TN面板。总的来说TN面板是优势和劣势都很明显的产品
44、，价格便宜，响应时间能满足游戏要求使它的优势所在，可视角度不理想和色彩表现不真实又是明显的劣势。STN型的显示原理与TN相类似。不同的是，TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度，而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180270度。DSTN是通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏，从而达到完成显示目的。DSTN是由超扭曲向列型显示器STN发展而来的。由于DSTN采用双扫描技术，因此显示效果相对STN来说，有大幅度提高。宽视角模式多用于液晶电视。以IPS为例，它是日立于2001推出的面板技术，它也被俗称为“SUPERTFT”。从技术角度看，传统LCD显示器的液晶分子一般都在垂直平
45、行状态间切换，MVA和PVA将之改良为垂直双向倾斜的切换方式，而IPS技术与上述技术最大的差异就在于，不管在何种状态下液晶分子始终都与屏幕平行，只是在加电/常规状态下分子的旋转方向有所不同注意，MVA、PVA液晶分子的旋转属于空间旋转（Z轴），而IPS液晶分子的旋转则属于平面内的旋转（XY轴）。为了配合这种结构，IPS要求对电极进行改良，电极做到了同侧，形成平面电场。这样的设计带来的问题是双重的，一方面可视角度问题得到了解决，另一方面由于边际电场效应导致液晶光效低光线透过率），所以IPS也有响应时间较慢的缺点。167M色、178度可视角度和16MS响应时间代表现在IPS液晶显示器的最高水平。从
46、液晶面板的驱动方式来分，目前最常见的是TFT（THINFILMTRANSISTOR）型驱动。它通过有源开关的方式来实现对各个像素的独立精确控制，因此相比之前的无源驱动（俗称伪彩）可以实现更精细的显示效果。因此，目前大多数的液晶显示器、液晶电视及部分手机均采用TFT驱动。液晶显示器多用窄视角的TN模式，液晶电视多用宽视角的IPS等模式。它们通称为TFTLCD。TFTLCD的构成主要由萤光管或者LEDLIGHTBAR）、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等构成。首先，液晶显示器必须先利用背光源投射出光源，这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液齐鲁工业大学2014届本
47、科生毕业设计（论文）28晶。这时液晶分子的排列方式就会改变穿透液晶中传播的光线的偏振角度，然后这些光线还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板。因此我们只要改变加在液晶上的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩，这样就能在液晶面板上变化出有不同色调的颜色组合了。液晶显示器的工作原理和液晶显示器的物理特性下面简单介绍一下。液晶显示器的工作原理液晶是这样一种有机化合物,在常温条件下，呈现出既有液体的流动性，又有晶体的光学各向异性，因而称为“液晶”在电场、磁场、温度、应力等外部条件的影响下，其分子容易发生再排列，使液晶的各种光学性质随之发生变化，液晶这种各向异性及其分子排列易受外加电场、磁场的控
48、制正是利用这一液晶的物理基础,即液晶的“电光效应”,实现光被电信号调制，从而制成液晶显示器件在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透光度的差别，如此在电源ON/OFF下产生明暗的区别，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像。液晶的物理特性是当通电时导通，排列变的有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。从技术上简单地说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，称为SUBSTRATES，中间夹著一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。大多数液晶都属于有机复合物，由长棒状的分
49、子构成。在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行。将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液晶分子会顺着槽排列，所以假如那些槽非常平行，则各分子也是完全平行的。下面介绍一下液晶显示器1602，1602采用标准的16脚接口，其中第1脚VSS为电源地；第2脚VDD接5V电源正极；第3脚V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）；第4脚RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器；第5脚RW为读写信号线，高电平1时进行读操作，低电平0时进行写操作；第6脚E或EN端为使能ENABLE端；第714脚D0D7为8位双向数据端；第1516脚空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。液晶显示电路如图313所示。齐鲁工业大学2014届本科生毕业设计（论文）29图313液晶显示电路343报警电路设计为了能使有效地保护电路本产品还设计了蓄电池反接报警电路主要利用到二极管的单向导电特性来实现该设计还有一个功能就是当用户把电充满的时候他也会实现自动报警来提醒用户电已充满请用户注意。具体电路如图314所示。图314报警电路图下面是报警电图按键指示电路及实现。在单片机应用系统中，按键主要有两种形式1、独立按键；2、矩阵编码键盘。独立按键的每个
