毕业设计开题报告-基于单片机的太阳能充电器的设计

哈尔滨工业大学

毕业设计（论文）开题报告

题目名称： 基于单片机的太阳能充电器设计与调试

学 院： 机电学院

专 业： 电气工程及其自动化

学生姓名： XX

学 号： XX

指导教师： XX

职 称： 教授

2019年12月25日

毕业设计（论文）开题报告

一、选题依据： 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接产生电能，不需要消耗燃料和水等物质，使用中不释放包括二氧化碳在内的任何气体，是对环境无污染的可再生能源。这对改善生态环境、缓解温室气体的有害作用具有重大意义。

1.国内外现状

当今世界各国特别是发达国家对光伏发电特别重视。光伏发电系统在超过100个国家得到应用。2009 年，世界光伏新增装机容量达到790万千瓦，同比增长43. 6%，其中欧洲市场占80. 1%，北美占7.0%，亚澳占9.8%，其他占3.1%。德国以380万千瓦的新增装机容量位居榜首，占世界光伏市场的48. 1%，其次为意大利、西班牙、日本、美国。截至2009年底，世界光伏装机容量累计达到2680万千瓦。并网光伏发电市场发展最快，占总光伏应用市场的80%以上，并逐步发挥着替代能源的作用，受到全世界的关注。我国幅员辽阔，人口众多，有着广袤的市场同时我国也是太阳能电池的需求大国，但目前绝大多数产品严重依赖国外进口，国内市场的开发利用还有广阔的空间。

2.发展趋势

目前，太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光一电转换装置的发明，各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，光伏系统并网发电太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。太阳能手机充电器简单，模块小，携带方便，市场价格便宜，能帮助用户在外出旅游远离市电情况下给手机及时充电。太阳能手机充电器使用起来又节省能源，环保无污染，有广阔的发展前景。

太阳能利用可分为热利用和光伏发电两种方式，热利用主要在采暖领域多，形式比较单一。而光伏发电可以把太阳能转换为当今最普遍的能源利用形式—电能，从而具有热利用不可比拟的优势。太阳能发电又分为光电发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏发电是利用光伏电池这种半导体器件吸收太阳光辐射，使之转化成电能的直接发电形式，是当今太阳能发电的主流。

3.应用价值

当今社会，手机已经成为人类必不可少的工具，手机的使用越来越广泛，但使用手机的人都有过这样的经历，外出或旅游时电池突然没电了，因不能及时找到或没有220V市电而无法给手机充电，影响了手机的正常使用。为了解决这一问题，本设计介绍一种多用太阳能手机充电器，利用单片机控制，将太阳能经过电路变换为稳定直流电给手机充电，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。与常规的充电器相比，太阳能充电器有着明显的优势。

二、研究内容

1.主要研究内容、目标及拟解决的关键技术

主要研究内容：

（1）功能设计：便携式太阳能充电器在阳光下，将光能转换为电能并通过控制电路把光能产生的电能对移动电子产品进行充电，并能在电池充电完成后自动停止充电。

（2）按键设计：设计两个按键，一个“电压选择”键，作直流电源选择电压值使用，可以选择2.0V、2.5V、3.0V、3.5V、4.0V、4.5V六种电压值，五个电压值按顺序。每按一次“电压选择”键即选择下一个电压值作为输出，按键按下后数码管会显示所选择的相应的电压值。另一个按键“开始充电”键，当用作充电器使用时，按下该键，系统就会给电池充电。

（3）硬件设计：电源模块设计，电源控制模块设计，单片机控制模块设计，显示电路模块设计，太阳能手机充电器电路原理图设计。

（4）软件设计：数码显示程序设计，数据采集及模数转换程序设计，充电子程序设计，电源子程序设计。

研究目标：

（1）能够在有适宜光源下自动给自身充电，在有设备需求时快速进行电路转换，达到充电要求后自动断电。

（2）可以实现太阳能充电和市电充电的转换。

拟解决的关键技术：

（1）太阳能光源的采集。

（2）A/D变换，电路的稳压实现。

（3）充放电的智能转换。

2.拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析

研究方法：

（1）查阅相关的文献：光源采集、电路转换、电路模块等设计方案。

（2）实际电路焊接测试对比，使用keil软件进行软件设计，确定合理电路。

（3）采用数学统计方法记录采集强度、速度、传输数据准确次数等数据，确定性能参数，改进设计方案。

技术路线：

实施方案：

太阳能充电系统的充电电路是太阳能充电板在阳光的照耀下产生电荷，用1000uF电容存储太阳能电池板的电荷，经过LM1117-5稳压芯片给TP4056芯片提供电源和充电电池充电。充电时，充电指示灯点亮，当充电完成后，充电指示灯熄灭。利用ADC0832转换器采集充电电池的电压并在液晶LCD1602上显示充电电压值。充电电池电压低于3V时，报警指示灯闪烁。系统总体框图如图1所示。

图1 整体设计框图

可行性分析：

在此之前国内外研究太阳能智能追光系统已经有一段的时间并且取得了相应的成果，因此基于单片机的太阳能智能追光系统具有很大的现实可行性。我在学校单片机原理及控制技术、C语言、电力电子技术等专业课的课程设计中，积累了一定的实践经验，为本次毕业设计的完成奠定了较好的基础。

机械结构方面：外壳选用高强度金属外壳，易加工、外形比较小、重量比较轻，能容纳电池。

技术方面：

（1）市面现有采集精度、速度的太阳能板种类多、精准度高、体积小，便于安装、调试。

（2）有相关论文资料，可以独立完成此项设计。

充电电池

单片机

STC89C52

升压5V输出ADC0832 液晶显示

电源模块 太阳能充电电路 充电保护 查阅相关文献确定研究方向 完成硬件电路设计及元器件的选型 熟悉软件使用，完成软件设计

实物设计与制作 实物调试与完善 三、研究计划及进度安排

起止时间 主要内容 预期目标

2019.12.28—2020.1.14

2020.3.2—2020.3.20

2020.3.21—2020.4.8

2020.4.9—2020.4.28

2020.4.29—2020.5.11

2020.5.12—2020.5.29 在查阅文献、深入企业现场考查、广泛调研后，确定本设计的总体设计方案与结构；

系统学习单片机及其他元器件配套使用的相关知识， 完成硬件电路设计；

编写出太阳能智能追光系统的程序代码，完成软件设计，写出论文初稿；

完成论文终稿，完成论文重复串自查；

将论文及相关材料汇总提交，准备答辩PPT；

进行论文答辩及后续材料完善工作。 确定研究路线，设计方案；

熟悉相关知识，完成硬件电路设计；

初步完成论文初稿，顺利通过中期检查；

完成论文终稿；

修改完善论文，准备答辩；

顺利通过答辩。

四、主要参考文献

[1]尚坡利,尉双全,马伟博,刘振儒,冯方宇.基于单片机的室内光线智能调节控制系统设计[J].兰州工业学院学报,2019,26(06):45-48.

[2]林子其,潘伟荣,郝建豹.一种基于单片机和GPRS通讯的远程I/O控制模块设计[J].广东轻工职业技术学院学报,2018,17(04):6-10.

[3]雷彩娟.分布式路灯资源光伏发电技术的研究与开发[D].沈阳:沈阳工程学院,2016.

[4]张春霞.基于单片机的数据串口通信研究[J].南方农机,2018,49(24):143.

[5]孙雪蕾,陈金华.基于单片机的自动智能加油系统设计[J].农业装备技术,2019,45(05):39-40.

[6]许志辉,盛世尊,覃超妹,彭学良,周湘源,杨汇莹,张建民.基于STM32单片机的太阳能充电器[J].机电工程技术,2019,48(11):144-146.

[7]袁雨桐.基于单片机LED调光电路设计[J].中国新通信,2019,21(22):68.

[8]冯俪元.单片机在家电控制系统中的应用[J].中国新通信,2019,21(22):95.

[9]蔡金苹.单片机技术在智能电子产品中的应用探讨[J].科技创新导报,2019,16(28):97-98.

[10]王昱言.基于单片机的智能窗帘系统设计[J].通讯世界,2018,25(12):269-270.

[11]Jiang Jinzhou,Ye Jilun,Chen Yueming.Design of Cardiac Pacemaker Based on Low Power

MCU.[J].Zhongguo yi liao qi xie za zhi = Chinese journal of medical

instrumentation,2019:V43235-237. 指导教师意见

指导教师签字： 年 月 日

开题报告评审小组意见

评审小组负责人签字： 年 月 日

（2000－3000字）