太陽能充電器的設計

（泰山學院物理與電子工程學院，山東 泰山 271000）

一、設計方案

基于MAX1898 芯片為中心的智能充電器，主要實驗器材介紹：單片機89C52、智能充電芯片MAX1896、雙電壓比較器LM393、輕觸按鍵、紅色LED 燈、二極管、瓷片電容、晶振、導線、鑷子等器件。

MAX1898可對所有化學類型的鋰電池進行安全充電，電池調節電壓為4.2v，10 腳裝。有如下幾個特點①有4.5v 至12v 輸入電壓范圍②內置檢流電阻③可編程充電電流④輸入電源自動檢測⑤檢流監測輸出。功能：當充電電源和電池在正常工作范圍內時，插入電池將啟動一次充電過程，充電結束的條件是平均的脈沖電流達到快充電流的百分之一，或者是充電時間超出片上預置的充電時間。MAX1896 能夠自動監測充電電源，沒有電源時自動關斷以減少電池漏電。啟動快充后打開外接的P 型場效應管，但檢測到電池電壓達到設定的門限時進入脈沖充電方式，P 溝道場效應管打開的時間會越來越短，充電結束時，LED 指示燈將會呈現周期性閃爍。

LM393 是高增益，寬頻帶器件，主要特點有①消耗電流小Vcc=0.8mA ②輸入失調電壓小③輸出與TTL、MOS、CMOS 等兼容④輸出可以用開路集電極連接或門。功能：輸出負載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內的任何電源電壓上,不受 Vcc 端電壓值的限制。此輸出能作為一個簡單的對地SPS 開路(當不用負載電阻沒被運用),輸出部分的陷電流被可能得到的驅動和器件的β 值所限制。當達到極限電流(16mA)時,輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升.輸出飽和電壓被輸出晶體管大約60ohm 的γSAT限制。當負載電流很小時,輸出晶體管的低失調電壓(約1.0mV)允許 輸出箝位在零電平。

二、實驗設計思路

現假設手機電量為0%，當太陽能板給手機充電時，LM393 對太陽能板輸入電壓和手機內電壓進行不斷比較，充電開始時手機內電壓較低，此時LM393發送信號到MAX1898 調節充電電壓為較高電壓，同時返回信息到單片機控制發光二極管亮表示正在充電，此時手機充電狀態為快速充電。隨著手機電量增高，LM393 不斷發送信號到MAX1898 調節充電電壓逐漸轉化為較低電壓，同時手機充電狀態由快速充電逐漸轉變為慢速充電。當手機充滿電時，LM393 發送信息到MAX1898 輸入電壓為平衡電壓停止充電，同時返回信息到單片機，控制蜂鳴器報警，提示電已充滿。

STC89C52RC 單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統8051 單片機，12 時鐘/機器周期和6 時鐘/機器周期可以任意選擇。主要特性如下：1.增強型8051 單片機，6 時鐘/機器周期和12 時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統8051。2.工作電壓：5.5V～3.3V（5V 單片機）/3.8V～2.0V（3V 單片機）。3.工作頻率范圍：0～40MHz，相當于普通8051 的0～80MHz，實際工作頻率可達48MHz。4.通用I/O 口（32 個），復位后為：P1/P2/P3/P4 是準雙向口/弱上拉，P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O 口用時，需加上拉電阻。5.ISP（在系統可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數秒即可完成一片。6.具有EEPROM，看門狗功能。7.外部中斷4 路，下降沿中斷或低電平觸發電路，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發中斷方式喚醒。8.通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現多個UART。9.工作溫度范圍：-40～+85℃（工業級）/0～75℃（商業級）。

三、實驗過程

1.把編好的程序通過電腦下載到單片機89C52。

2.測量太陽能板選擇68x95 型號測得室內電壓，括號內為第二次測量且為白天正常情況下2.8v（2.5v）室外電壓5.77v（5.67v）。120x30 型號測得電壓，室內4.6v（4.67v）室外電壓10.34v（9.65v）。太陽能板在陽光充足時電壓才會達到最大，手機充電電壓標準為5v。5.1v穩壓二極管能穩大約5.1v的輸入電壓而不能穩小于5.1v 的輸入電壓（實際測得5.02v）。因此考慮選用120x30 的輸出最大電壓能到10v 以上的太陽能板。

3.按單片機連接基本要求焊好單片機周圍晶振按鍵開關等基本原件，因為揚聲器內阻過大，所以報警選用蜂鳴器。

4.查詢用戶手冊連接LM393。

5.查詢用戶手冊連接MAX1898，其中ISET 引腳外接電阻Rset 來設置最大充電電流Imax，存在Imax=1400/Rset 關系，限于材料有限，因此我們把芯片資料原圖的2.8 千歐改為常用的1 千歐，控制最大充電電流為1.4A。

6.焊接USB2.0 母座，USB 插口朝上正面朝自己從左往右為VCC、—、+、GND，我們需要兩邊的引腳。

7.連接圖示所有電源輸入口并連接到圖示右下角的Vcc 處，連接所有接地處并連接到圖示右下角GND 處。

8.用萬用表挨個測量是否有短路或斷路的地方，尤其是芯片旁邊拖焊較為緊密的地方，測試無誤后接USB充電線連接手機到陽光充足的地方進行實驗。手機充電正常，且紅色指示燈發光，說明實驗基本完成。當電充滿時蜂鳴器響起說明實驗成功。

9.利用絕緣膠固定焊接一面，注意較為緊密處和電烙鐵不慎燙化的引線外皮出，目的防止使用過程中緊密處連接而短路，同時防止引線不慎斷裂。把太陽能板僅靠USB 母座用絕緣膠固定。

（一）實驗數據測試

室內連接充電電流為0.12A，充電電壓為0.92V。室外充電電流約為1.02A，充電電壓約為5.04V（值浮動只記錄當中一組）

（二）注意事項

太陽能板電壓不穩定，我們需要穩定到輸入電壓5v 左右，可使用5V 左右穩壓二極管等元件。充電線使用快充線效果更明顯。

附以下是編輯的單片機語言提供參考:

#include, while(1)// 主 循 環,#define uchar unsigned char { sbit SPEAK=P1^3;//定義蜂鳴器IO 口 , if(CM==0)//如果充滿電,sbit CM=P2^2;//充滿控制口,{ void delay(uchar z) //延時函數,SPEAK=0;//蜂鳴器響,{delay(500);//延時,uchar a,b;,SPEAK=1;//蜂鳴器關閉

for(a=z;a>0;a--), delay(500);//延時,for(b=110;b>0;b--); } } else//沒有沖滿電,void main( )//主函數, {{ SPEAK=1;//蜂鳴器不響 }}}