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基于单片机的太阳能热水器控制器
3.1.6 太阳能发电路设计太阳辐射能要通过光电效应或者化学效应来实现电能的转换，那么我们首先就要使用到可以吸收太阳光的太阳能电池板（Solar panel），其制作材料大部分依旧使用“硅”，对于其普通的干电池或者充电电池而言，最大的亮点则是节能环保零污染。一、太阳能电池板结构组成1）超白玻璃是一种具有在高透明性的低铁玻璃，透光率达到了惊人的91.5%，晶莹剔透、高贵典雅的特征，因此也被富裕了“水晶王子”的美称。2）使用EVA作为固定钢化玻璃和电池片的原材料，对于使用中的EVA材质的好坏，这也会是直接影响到相关组件的使用寿命，当相关组件在自然情况下是全部裸露在自然化环境中，而空气中的容易色变，从而影响组件的透光率。晶体硅主要是分为多晶和单晶料是最主要的光伏材料，在市场中的占比也是惊人的达到了90%以上，然而在今后较长时间内也是主要是以硅作为太阳能电池板的主要材料,可将其相当不错的未来可预见性。实物图如下图所示： 图3-1-6(a) 太阳能电池板实物图其电路接口原理图如下图所示： 图3-1-6(b) 太阳能电池板发电接口原理图3.1.7 TP4056锂电池充电模块电路设计TP4056锂电池充电模块是可以适用于USB电源和与适配器，其内部采用PMOSFET架构，再使用了防倒充电电路，因此不需要外接隔离二极管，防止电回流，TP4056是作为一种恒定电流/电压的可持续性充电模块，也是作为本次选择的有力依据。为了防止因为高温和大功率状态下对芯片的影响，选用TP4056可完成对电流大小的可控调节。本模块特点：板载TP4056锂电充电管理芯片。USB接头，可完成直接电脑或者外设通过USB口直接上电。IN+与IN-排针供电。输入电压范围值：4V-8V，输出最大充电电流范围值：1000mA。充电时红灯亮，充电完成蓝灯亮。TP4056锂电池充电模块接口原理图如下图所示，锂电池并联的电容是滤波作用，保证锂电池充电电压的稳定平稳输出。锂电池充电模块如下： 图3-1-7(a) TP4056锂电池充电模块接口原理图TP4056锂电池充电模块实物图如下图所示： 图3-1-7(b) 锂电池充电模块实物图3.1.8 USB-5V升压模块电路设计本USB-5V升压模块，器件丝印为4X-NXH也称之为HX3001，是一款高效输出、恒定频率、PWM控制。其显著特点是低压0.9V低压启动，同时转换效率高达94%，中等功率运用，可提供我电压输出规格。此设计系统使用的既是升压模块将3.7V升压到5V的电压的转换过程。三、使用说明本模块USB母口输出5V直流电压，如果需要外接5V电源线，可以直接充USB母口座的5V正极焊盘或者模块正面特定位置电容一端跳线取线。实物图如下： 图3-1-8(a) 模块5V跳线取线图USB-5V升压模块焊接时，可以直接用电源线直接焊接电源输入端，也可以插入单排针焊接后插在PCB板或万用板上。下图就是USB-5V升压模块接口原理图，当我们将开关拨下后，系统中的升压模块得电开始正常工作，随之使3.3V锂电池电压升压到5V，相反则是升压模块不工作。电容的作用在系统中都是起着减小电压波动，让电压更平稳的输出。接口原理图如下：[WJ4] 图3-1-8(b) USB-5V升压模块接口原理图USB-5V升压模块实物图如下图所示： 图3-1-8(c)USB-5V升压模块实物图3.1.9 分压电路设计串联分压的原理：在串联电路，不变的是电流大小处处相等，各个分支的电压之和为电压总和，即分电路电压从始至终都小于总电压，因此称为分压。当所采集到的电压信号超过选择的A/D模块最大采集电压值，那么就在这时就需要采用分压电阻的形式来解决因电压过大而出现的溢出。其电路原理图如下图所示：;图3-1-9(a) 分压电路原理图 图3-1-9(b) 分压电路原理3.2 STM32 单片机系统软件设计3.2.1 Keil程序开发环境系统中所使用到的单片机开发环境是Keil，而与汇编相比，C语言的闪光点则是在可维护性、结构性、可读性、功能上，一目了然的逻辑框架，使得易学易用，在Keil的中，有着C编译器、链接器和库管理等在内的一整套而又完整开发方案，我们使用集成开发环境（μVision），把各个部分组合在一起。通过上面的基本诠释选择Keil那就是最后的选择，最好的选择。当然了运行Keil软件需要WIN98、WINXP等操作系统都是可以的。其中Keil有以下特点：Keil软件可以支持在WIN7、WIN8以及WINXP等多种操作系统，这也是给编译者程序员提供了及其丰富的库函数与功能强大的开发工具。Keil实现从编辑到编译到到连最后到调试的一整套开发流程。Keil软件界面如下图所示： 图3-3-2 Keil uVision5开发界面图3.2.2 STM ISP程序烧录STM ISP是用于stm32进行程序的烧录软件，可以实现通过直接下载单片机所用程序，同时也是完全支持编程的编写、程序的校验等。单片机开发板、下载器和PC连接完成后，第一步打开软件并选择对应的串口号，再者就是选择目标程序文件对应所在的地址，最后鼠标单击“开始变成（P）就可以完成对程序的下载”。具体下载界面如下图所示： 图3-3-3 烧录软件下载界面3.2.3 CH340串口程序烧写模块介绍CH340串口烧写模块，通过USB接口相接，这使得可以实现与任何一台笔记本电脑的完成对STC系列单片机的程序烧写，通过此下载器的高性能和低成本的绝对优势，显然在本次STC系列单片机中的应用也将表现得格外独到。一、CH340串口烧写模块特点：支持 USB多种通信，非单一固定通信。全面支持WIN98、VISTA、WIN7 等多种现目前常见的操作系统，适应性强。采用USB接口直接供电。在对芯片编程时，可自行供电也可以从USB口来获电。新程序的编写不影响目标板的程序运行。投射范围广，对于STC全系列芯片烧录支持的。输出电压接口使用编程器提供3.3V与5V。速度更快更稳定。使用进口原装芯片，使得其能够在能高速稳定编程。模块如下图所示： 图3-3-4(a) CH340串口烧写模块二、CH340串口烧写模块引脚说明TXD 接单片机的RXD引脚RXD 接单片机的RXD引脚GND 接GND。