基于PIC單片機(jī)的太陽能充電器設(shè)計(jì)研究

伍瑤 李東旭 肖麗莎 鄭斌

摘 要：照相機(jī)和攝影機(jī)等數(shù)碼電器耗電量大，此類設(shè)備的戶外便攜充電器具有廣闊的市場需求。文章致力于基于PIC單片機(jī)的多功能智能充電器設(shè)計(jì)研究，把太陽能充電模塊嵌入到傳統(tǒng)智能充電器中，解決戶內(nèi)戶外充電不便的問題。

關(guān)鍵詞：PIC單片機(jī)；電池充電；太陽能

引言

目前市場上太陽能充電器已經(jīng)存在支持電源可調(diào)檔的太陽能充電器，由單片機(jī)控制充電模式，一般支持5V-9V可調(diào)。文章的太陽能充電器由PIC單片機(jī)控制太陽能充電模式和非太陽能充電模式的切換，它可以實(shí)時(shí)采集電池的電壓和電流，借此對充電過程進(jìn)行智能控制和利用太陽能充電，從而實(shí)現(xiàn)天然資源的合理利用。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本研究結(jié)構(gòu)可分為太陽能充電器硬件電路部分和PIC程序設(shè)計(jì)部分兩大塊。太陽能充電器模塊：太陽能充電器嵌入到智能充電器上，由微處理器控制可以調(diào)節(jié)不同輸出電壓和電流，本智能充電模塊和太陽能充電模塊共用一個(gè)微處理器，根據(jù)溫度傳感器發(fā)來的信息，判別充電的模式。該控制器能有效地防止蓄電池過充、過放、過流，而且在備用電池耗盡而太陽能源較充足的情況下，可以實(shí)現(xiàn)太陽能充電。PIC程序設(shè)計(jì)部分：充電時(shí)，啟動充電計(jì)時(shí)，采樣多組輸出電壓值和電流檢測電阻兩端的平均電壓值做為測量值，由歐姆定律I=U/R計(jì)算出電流值，根據(jù)輸出電壓和電流判斷是否接入電池，未接電池，則停止充電，進(jìn)入空載，已接電池，則判別電池種類，根據(jù)不通電池選擇不同充電曲線。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由開關(guān)電源、電壓電流控制電路、主輸出電壓電流采集模塊、電池類別檢測電路、充電狀態(tài)指示電路、含有控制算法程序的智能控制器以及時(shí)鐘振蕩模塊等硬件部分，系統(tǒng)的硬件模塊圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的硬件模塊圖

（1）開關(guān)電源：由兩路電壓輸出端的開關(guān)電源電路組成，其一路作為本實(shí)用新型智能充電器的主電壓輸出端，用于連接電池；另一路作為輔助電壓輸出端，用于給智能充電器內(nèi)部控制芯片提供工作電壓。

（2）電壓電流控制電路：輸出電壓經(jīng)過PMOS管調(diào)制成占空比不同的方波電壓，該電壓經(jīng)電感L1與電容C1平滑濾波后成為平穩(wěn)的無脈動的且幅值大小與占空比成正比的電壓，此電壓用來給電池充電。

（3）主輸出電壓電流采集模塊：輸出電壓經(jīng)電阻構(gòu)成的分壓器傳到單片機(jī)具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能引腳中轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，作為反饋量，傳送給電流的PID控制程序，達(dá)到穩(wěn)定輸出電流目的。

（4）電池類別檢測電路：電阻R9和電阻R10連接端接電池類別信號。

（5）充電狀態(tài)指示電路：雙色LED燈受智能控制器6中單片機(jī)控制，對空載正在充電、已充滿電和出現(xiàn)異常等狀態(tài)做出不同顯示。

（6）智能控制器：是一個(gè)內(nèi)部集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能的單片機(jī)。

（7）時(shí)鐘振蕩模塊：用于給單片機(jī)工作提供所需的高頻時(shí)鐘信號。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)軟件主要由PIC單片機(jī)程序組成，程序設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示，主要包括：配置單片機(jī)I/O口，初始化并啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器和PWM，檢測充電標(biāo)志，充電時(shí)，啟動充電計(jì)時(shí)，采樣多組輸出電壓值和電流檢測電阻兩端的電壓值，按大小排序去掉最大值和最小值后，取平均值，作為測量值。

圖2 程序框圖

4 結(jié)束語

文章針對便攜式太陽能充電器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了充電芯片選擇和硬件和軟件設(shè)計(jì)，后期了進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：采用PIC單片機(jī)控制太陽能充電模式的設(shè)計(jì)便攜式戶外充電器的方案可靠，成本低廉，性能穩(wěn)定。能有效實(shí)現(xiàn)太陽能資源的合理利用，滿足用戶的戶外需求。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：伍瑤（1991，9-），女，湖南省衡陽市，學(xué)歷：本科，研究方向：嵌入式系統(tǒng)。