太阳能激光笔充放电电路设计

大学本科生毕业论文（设计）题目太阳能激光笔充放电电路设计学院专业班级学生姓名指导老师撰写日期2011年5月17日摘要太阳能激光笔是利用太阳能板来给激光笔的电池进行充电的一种技术。激光笔作为教学中常用的一种教学辅助工具，可以指示讲课过程中所要讲的内容。用激光笔教学有着指示准确度高，功耗小的特点，但常见激光笔的电源为干电池或氧化银电池，电量不足时需及时的换电池，给使用带来极大的不方便。把太阳能充电技术与激光显示技术结合，保证其正常的能量供应，可以使激光笔的应用性大大增强，因此太阳能激光笔在现实的教学工作中有着广阔的应用前景。本设计通过把太阳能充电技术引入到激光笔中，利用太阳能充电来保证激光笔的电源供应。用LM324运算放大器及三极管等来设计一个可以自动充放电的控制电路，实现充电的智能化，人性化，并且可以在充电和放电的过程中进行状态指示。本设计利用NIMULTISIM软件对设计的结果进行仿真测试，完成了充满后自动停止充电，电量不足时停止放电等电路控制测试，测试结果显示达到了设计任务的要求。先从理论上验证了设计的可行性，然后进一步完成了实物验证，激光器都能正常工作，不仅充放电过程中的参数都可以达到较好的控制，而且设计的其它各项功能都通过了验证。本论文设计的关键是在充电过程中的过充控制电路，电量不足时的放电控制电路。设计所用的元器件便宜，易于购买，电路原理简单，可实现性较高，在成本控制和封装上具有一定的优势。在NIMULTISIM软件仿真的过程中，电路的反应灵敏，各项参数都显示正常、稳定，为太阳能激光笔的产业化奠定了技术基础。关键词太阳能；激光笔；光电转换；充/放电路CONSTRUCTIONANDANALYSISOFASOLARLASERPENABSTRACTTHESOLARLASERPENWASUSEDBYACHARGINGCIRCUIT,WHICHDESIGNEDBYASOLARPANELTHELASERPENISACOMMONASSISTANTTOOLFORTEACHITCANPOINTATTHECONTENTWHERETHETEACHERWANTSTOEMPHASISTHELASERPENISOFHIGHACCURACY,ANDLOWPOWERCONSUMPTION,BUTITUSUALLYWASUSEDWITHDRYCELLPROVIDINGTHEENERGYWHENTHEBATTERYISINLOWPOWER,THELASERPENALWAYSNEEDSTOBECHANGEDWITHDEVELOPINGOFTHETECHNOLOGYOFSOLARCHARGING,THESOLARENERGYCANPROVIDETHESTABLEPOWERTOTHELASERPENTHEREFORE,ITCANMAKEUSMORECOMFORTABLETOUSETHELASERPENOFCOURSE,THESOLARLASERPENHASAVASTPOTENTIALINTHEFUTUREMARKETTHISDESIGNADDEDTHESOLARCHARGINGTECHNOLOGYTOTHELASERPENUSINGTHESOLARCHARGINGTOMAKESURETHELASERPENHASASUFFICIENTENERGYSUPPLYITWASUSEDWITHTHEAMPLIFIERLM324ANDTRANSISTORSTODESIGNAAUTOMATICCHARGINGANDDISCHARGINGCONTROLCIRCUITTHENITMAKESTHECHARGINGSMARTHUMANIZEDITALSOHASADIRECTIONWHILEITISCHARGINGANDDISCHARGINGTHISDESIGNISSIMULATEDANDTESTEDTHROUGHTHESOFTWARENIMULTISIM,ITHASAGOODTESTRESULTINAUTOMATICALLYSTOPCHARGINGWHENTHEBATTERYPOWERISFULLANDAUTOMATICALLYSTOPDISCHARGINGWHENITISLOWITPROVEDTHEFEASIBILITYOFDESIGNINTHEORYANDTHENCOMPLETETHEPHYSICALVERIFICATIONBYCONNECTINGTHECOMPONENTS,THELASERWORKSWELLEVERYFUNCTIONINTHEDESIGNISDEMONSTRATEDWELLTHEKEYOFTHEDESIGNARETHECONTROLCIRCUITOFCHARGINGWHENTHEPOWERISFULLANDTHEDISCHARGINGWHENITISLOWTHECOMPONENTSINTHEDESIGNARECHEAPANDCOMMON,THEPRINCIPLEOFTHEDESIGNISSIMPLE,ANDITISEASYTOIMPLEMENT,ITHASANADVANTAGEINTHECOSTANDCAPSULATIONINTHESIMULATIONOFNIMULTISIM,THERESPONSEISSENSIBLE，EVERYARGUMENTISSTABLE,SOITCANBEUSEDASAPRINCIPLEINSOLARLASERPENSPRODUCTIONKEYWORDSSOLARLASERPENPHOTOELECTRICCONVERSIONCHARGINGDISCHARGINGCIRCUIT目录1引言511太阳能激光笔研究现状512课题研究目的和意义613研究内容62太阳能电池转换原理、特性和应用721太阳能7211太阳能简介7212太阳能的开发利用722太阳能电池工作原理723太阳能电池分类824太阳能电池特性825太阳能电池应用93太阳能激光笔设计1031太阳能激光笔设计思路1032太阳能激光笔的设计框架1133太阳能激光笔设计的原理图及分析1134设计过程中各种参数的选择及修改过程1335电路设计的仿真结果14351仿真软件14352仿真结果及分析144太阳能激光笔的实物设计及实验1841设计材料1842电路设计的实物效果1843太阳能激光笔设计的优化方向195结语20参考文献21致谢22附录一评语23附录二设计任务书241引言11太阳能激光笔研究现状激光笔又名激光教鞭或指星笔1，利用低功率的可视激光让使用者在教学、演示时最大限度的发挥肢体语言的优势，让教学、演讲更生动，更完美，彻底解决以往在课堂和会议上使用鼠标的不便，可以在整个教室里和学生互动的同时又能对上课的内容进行讲解和操控，使老师的同学们之间的交流充分，方便了老师的教学。激光笔的发展大致可分为三代（1）第一代激光笔是指单一激光功能的激光笔。这种激光笔只有激光功能，按发射的激光的颜色不同，分为红光激光笔和绿光激光笔。红光激光笔因为成本低，价格便宜，成为日常应用的主流。绿光激光笔价格较贵。主要应用于工程建筑以及天文观测。激光笔在应用中逐渐增加功能，带有U盘存储功能的U盘激光笔，带可伸缩教鞭、普通贺珠笔功能的三合一激光笔。无论这种笔是否能写字、存储，是否能拉伸成为教鞭，它始终是以激光的功能为主体，起指示作用。（2）第二代激光笔在普通激光笔的基础上增加了遥控电脑的功能，叫翻页激光笔。翻页激光笔要据所使用的无线传输技术的不同，分为红外和射频两类。红外翻页激光笔采用红外技术来传输遥控信号，和生活中使用的电视遥控器、DVD遥控器、空调遥控器的原理相同。红外技术出现的比较早，技术成熟、复杂性低，由于红外光不能空透物体，需要可视传输。在发射器的接收器之间，不能有任何物体阻挡，使用时表现为接收器和发射器在一定的角度内对准，方可实现遥控翻页。射频翻页激光笔利用无线射频技术来传输遥控信号。相对于红外技术，射频技术可以360度传输和绕射，没有方向性。发射器和接收器之间也不需要对准，只要接收器没有被金属包围或者覆盖，都可以实现遥控。（3）第三代无线激光笔由一个RF射频控制器和一个接收器（USB接口）组成，RF射频遥控器内嵌有无线射频发射器。在使用时只需将接收器插入电及主机的USB接口，无需安装驱动即可正常工作。使用者只需点击射频摇控器的相关功能键便可操纵接收器。并且发射器不用对准备接收器，真正体现了无线自由。激光笔可以在教室的任何一个角落都可以通过无线设备对幻灯片进行操作，进行上下页翻操作，部分的还能够实现电脑的黑屏功能，暂时的关掉屏幕等。现在国内的市场上，翻页激光笔多为无线RF射频发射器，其特性如下1内置激光笔、同时具有相关遥控功能按钮。挥动上、下翻页按钮等同于按下计算机键盘的PAGEUP、PAGEDOWN键。2）RF无线连接技术，使用时无需将发射器对准备接收器。3）USB接口，即插即用，功能实用操作简单，使用方便。4）发射器采用人体工学设计，适合长时间使用；接收器美观小巧，节省空间。5）产品采用最先进的RF射频设计，微功率发射，对人体无损害，绿色、健康、环保。12课题研究目的和意义在现在的市场上，激光笔普遍用干电池进行供电，没有能够利用太阳能板来对电池进行充电。这样在用的时候的可能会出现电源电压较低时不能正常工作，但又不能立即找到合适的更换电源，这样会给激光笔的使用造成一定的不便。本毕业设计是采用太阳能来给激光笔的电源进行充电，构建一个能用太阳能自动对激光笔电池进行充放电控制的太阳能激光笔，设计的目的是能够在激光笔的加上太阳能充电，由于太阳光到处可见，采集方便，所以在电源电压较低时，只需放在太阳光下照射一段时间即可以使激光笔能够正常工作，使激光笔的使用更为方便，保证了电源的及时供应。因此设计具有一定的应用价值和市场。13研究内容本毕业设计采用太阳能作为激光笔的电源构建太阳能激光器，其研究内容包括太阳能电池的工作原理、太阳能充放电自动控制电路设计、太阳能激光笔的实物测试等等。设计的主要任务是使太阳能激光笔充放电的自动控制设计，包括以下几个基本要求。1）在电量充足的时候能够自动停止充电。2）在电量不足的时候能够自动的停止供电。3）在太阳能板不供电的时候，防止电池反向充电。通过设计可以有效的保护电池，进一步保护激光笔，使激光笔的使用寿命大大提高，提供一种能够满足教学需要的低成本太阳能激光笔。2太阳能电池转换原理、特性和应用21太阳能211太阳能简介太阳能是一种清洁的、取之不尽、用之不竭的可再生能源36。利用太阳能发电是开拓新能源和保护环境的有效途径。太阳能（SOLARENERGY），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等。212太阳能的开发利用它的利用主要在三个方面1光热利用将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。2光化利用这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光化学转换方式。3光生物利用通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。22太阳能电池工作原理太阳能电池710是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳辐射的光子带有能量，当光子照射半导体材料时，光能便转换为电能，这个现象称为光生伏特效应（简称光伏效应）。太阳能电池就是利用半导体的光生伏特效应制成的一种光电器件。图21光电转换原理图如图21所示当太阳光线照射太阳电池表面由P、N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的PN结上时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，形成新的空穴电子对。在PN结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，形成内建静电场。如果从内建静电场的两侧引出电极并接上适当负载，就会产生一定的电压和电流，对外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是光子能量转换成电能的过程。23太阳能电池分类太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池可分为硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。（1）硅太阳能电池硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。其中单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。（2）多元化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓IIIV族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。（3）聚合物多层修饰电极型太阳能电池以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。（4）纳米结晶太阳能电池纳米TIO2晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/51/10寿命能达到20年以上。（5）有机太阳能电池有机太阳能电池，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。24太阳能电池特性太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的25太阳能电池应用目前,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，如人造卫星、无人气象站、通讯站、电视中继站以及太阳钟、电围杆、黑光灯、航标灯和铁路信号灯等。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。但是在目前阶段，它的成本还很高，发出1KW电需要投资上万美元，因此大规模使用仍然受到经济上的限制。但是，从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光电转换装置的发明，各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，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。3太阳能激光笔设计31太阳能激光笔设计思路设计一个教学用的太阳能激光笔，要能够具备一定简单实用而又方便的功能。1）体积较小，简单而实用激光笔要能够灵活的指引屏幕上的内容，移动迅速，定位准确。而且在不用时候又不占用地方，存取方便，这样可以参考市场上一般激光笔的产品，而进一步对太阳能激光笔进行合适的封装设计。2）太阳能板对电池的充放电电路能够自动控制设计可以选择一个稳压管产生一个稳定的基准电压，一个比较器作为控制输出的高低电平控制，一个三极管作为感应高低电平输入的开关管。（1）在电量不足的时候，自动关断，不再对负载有输出选择一NPN型三极管充当开关电源，基极作为控制端。通过比较器输出的一个高低电平，自动对电源的电量进行跟踪比较，当电量不足时，比较器输入端的电压会发生变化，在比较器的输出端会产生一个低电平。这个低电平可以用来给三极管提供控制信号，使三极管的基极产生一个低电平，使整个三极管截止，这样三极管不工作，几乎没有电流通过。比较电压可以通过一个比较器进行比较电压输入端的变化控制输出的高低电平。如果把负载加在三极管的电流回路中，就可以起到断开负载的作用，这样就不再对整负载供电。实现对电路的防止过放保护。（2）在电源充足的时候，可以自动停止太阳能板对充电电池的充电，合理的保护电池，及整个激光笔。当电量充满时，取电压值为其输入信号。设定一个合适的电压值，、过电阻分压产生一个合适的电压比较值。当电压达到该值时，比较器的两端可以通过比较输入的高低电平，在输出端产生一个高电压，使三极管处于导通状态，从而把充电电池的充电输入端的电压拉低，就可以实现自动断开充电过程的作用。（3）防止电池电压较高时对太阳能板的反向充电。选择一个合适的二极管，利用二极管的正向导通，反向载止特点完成其进行防反充作用。当太阳能板电压过高时，能够使二极管正向导通，此时太阳能板可以正常对充电电池进行充电。当外界光不足时，或太阳能板电压过高时，可以使二极管进行反向载止。阻断电流的逆向流动，使电池不能够反向对太阳能板充电。合理的进行保护电路。3）电路的设计应该经济适用电路的设计中所用的元器件应该选择现实中较常见，价格较低的元器件，在能够尽可能的在保证电路性能稳定的情况下，使太阳能的成本得到合理的控制。32太阳能激光笔的设计框架基本的框架应该包括以下几个方面1）充电装置包括太阳能板及其所属的部件，能够采集太阳光，使其转换成为自己需要的电能；2）充电控制电路能够对经过太阳光转换过来的电能进行控制，然后连接至能量存储装置；3）能量存储装置将太阳光转换过来的电能进行存储，以便在无光的时候提供负载正常的电源供应；4）放电控制电路通过电源输出的电路应该进行一定的控制，使其合理的对负载进行放电。5）激光器激光笔工作中使用的部分，用来指示所需要的位置。大致框架图31可以如下表示图31太阳能激光笔框架图33太阳能激光笔设计的原理图及分析设计的电路原理图如图32所示，图为整体的激光笔设计的电路1112。其中V1代表的是太阳能充电板，用来给电源V2充电，V2代表的是蓄电池，给电路进行充电，U1A、U1B是集成四运放LM324中的两个运算放大器，通过进行电压比较输出一高低电平，控制开关三极管的信号，Q1和Q2是控制充放电的开关三极管，用于开关断电路，R1R10为电路中的电阻，提供分压，D3是25V的稳压管，用来提供25V的稳定电压作为比较电压，LED1、LED2是指发光二极管，分别来指示充满和电量不足状态，C2为电容，用来过滤掉高频信号，LAZER为激光器负载部分，提供激光源，用于指示作用。图32激光笔设计原理图1）充电控制电路图32中V1、R10、D2、Q2、R9、V2、C2、J1、LED1、U1B、R7构成了充电的控制电路，在图中，V1是太阳能充电板，用来提供充电的输入电源，其在太阳光下的正常电压为53V。R10为充电时的保护电阻，R9为电路中的发射极电阻，同时R10、R9也在三极管Q2导通的时候进行分压，将的蓄电池的输入电压拉小，从而实现关断充电的作用。Q2来通过基极的电压的高低来控制充电的自动关断和导通。蓄电池V2来提供负载的电源供应。C2是稳定电路的作用，防止充电等过程中电路中较大的电压变化损坏电路。LED1实现当充满电压进的指示作用，在充电满的时候会有一个发出红光。R7和D3提供了一个25V的基准电压，提供给比较器，作为输入端。U1B是LM324比较器中的一个运算放大器，用来提供一个高低电平控制三极管的导通与关断，当蓄电池电压超过42V时，电源经R2、R4分压会提供一个比25V高的电压，使比较器U1B输出一个高电平的电压来使三极管的导通。R8用防止发光二极管LED1电流过大而损坏。控制过程在正常状态下，如果在室内光情况下或无光情况下，太阳能板的电压不足以提供充电电压，二极管截止，同时三极管也处于截止状态，此时不充电；当在室外光正常照射下，太阳能电池板两端会达到53V的电压此时二极管导通对蓄电池进行充电。当蓄电池充电电压达到42V时，经R2、R4分压会产生一个比25V高的电压，比较器会输出一个高电平，此时三极管导通，太阳能板电压通过R9、R10进行分压之后，充电的输入电压会变低，会使二极管进行反向截止状态，电流通R10、R9、三极管进行放电，从而实现电路的过充保护功能。同时也因二极管的截止实现在防止反充的功能。2）放电控制电路电阻R7、R1、R3、R6、R5，稳压管D3、比较器U1A、发光二极管LED2、三极管Q1组成了放电电路。同样R7和D3提供25V的基准电压，R1、R3组成了分压电路检测电源电压的变化，比较器U1A用来根据电压的变化，输出一个高低电平来控制三极管Q1的导通与关断，发光二极管LED2在电压过低的时候发光，进行电压过低的提示。LAZER是代表激光笔部分。R5来防止电流过大，而且可以防止在负载在正常工作的时候三级管基极电压过低，使LED2误导通。当蓄电池电压在35V42V以上时，处于电量正常状态，当开关J1合上时，电源电压通过R1、R3分压产生比25V高的电压，使比较器U1A输出高电平，三极管Q1导通，激光器正常工作。当蓄电池电压在35V以下时，处于电量过低状态，当开关J1合上时，电源电压通过R1、R3分压产生比基准电压25V低的电压，比较器U1A输出一低电平，三极管Q1截止，激光器不工作，同时LED2因为其R6端的的低电压因此可以导通，这时会产生一红光，指示电压状态电量过低。从而实现低电压自动断开负载，并有指示电量过低的作用。综上所述，此电路整体实现有三个主要的功能，1）在电压过高的时候能自动截止防止过充，并进行警示。2）在无光或光线不强的时候能防止反向充电。3）在电压过低的时候能有自动关断防止过放，同时有电压过低指示。34设计过程中各种参数的选择及修改过程太阳能电池板的选择，由于在实际的焊接过程中，选取锂离子电池作为电源，它的标准电压是37V，所以选择了5V的太阳能板，实测电压为53V。三极管Q1、Q2选取2N4014来实现开关的关断作用，二极管选取最为常见的1N4004来实现防反充的作用，也可以用一个发光二极管来实现，即可以显示正在充电的状态指示，又可同时实现防反充的作用，考虑的封装的因素，最好用普通的二极管来实现。LED1可以用绿光二极管来表示提示作用，LED2可以用红光二极管来实现警示的作用。比较器选择性能稳定，常见的LM324四集成的运算放大器，二极管选取可以提供较低稳压值25V的1N5222B，激光器选取常见的小功率激光器。R2、R3、R4、R1等电阻选取较大的电阻，提供一定的电压值即可，而又不过度浪费电源的能量。C2可以选取330UF瓷片电容来使封装易于进行。在修改之前的摸拟过程中，没有设置R5将其发射极直接连地，但是这时会将三极管基极的电压拉低，致使LED2误导通，影响了摸拟效果。而且在实际的实现过程中，也会出现同样的情况，但如果R5过大会影响激光器的正常工作。选取100较为合适，也可以在实际的电路中跟据需要进行改变。35电路设计的仿真结果351仿真软件MULTISIM是INTERACTIVEIMAGETECHNOLOGIESELECTRONICSWORKBENCH公司推出的以WINDOWS为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。NIMULTISIM软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。作为WINDOWS下运行的个人桌面电子设计工具，NIMULTISIM是一个完整的集成化设计环境。NIMULTISIM计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。NIMULTISIM软件绝对是电子学教学的首选软件工具。它具有以下特点直观的图形界面、丰富的元器件强大的仿真能力、丰富的测试仪器、完备的分析手段、独特的射频RF模块、强大的MCU模块、完善的后处理、详细的报告、兼容性好的信息转换。352仿真结果及分析电路的仿真过程用NIMULTISIM仿真结果。验证的过程应包括电路进行防过充作用，防反充作用，防过放作用的过程仿真结果如下1）激光器不工作当开关的时候，太阳能板处于强光照射的情况下。可以看到初始状态如图33所示图33开关断开时状态图状态此时可以看到电流表A1有电流，电流表A2无电流，U3、U4均为低电平，三极管Q1、Q2均截止。激光器LAZER不发光，指示灯LED1、LED2都熄灭。仿真结果在太阳光强，开关断的时候，开太阳能板给电源充电，激光器不工作。2）正常工作当合上开关时，电源电压选为正常区间里的38V，而且太阳能板处于强光照射下，可以看到仿真结果如图34所示图34正常工作状态图状态A1为正向电流，A2为正向电流，U3为低电平，U4为高电平，激光器正常发光，指示灯LED1、LED2都为熄灭状态，两三极管Q1正常工作，Q2截止。仿真结果太阳能板可以对电源进行充电，太阳能激光器正常发光。3）防过充效果图当太阳能板处于强光照射，且电池V2电量过高时。效果图如图35所示图35电量充满状态图状态电流表A1、A2有电流通过，电压表U2示数为3112V，比较器U1B、U1A输出均为高电平，Q1、Q2均导通，激光器正常发光，指示灯LED1亮，LED2熄灭。仿真结果U2的电压不足以使D1导通，太阳能板不充电。激光器在强光照射下可以正常工作。结论设计电路可以实现电池电量过高时的自动断开充电，同时激光器可以正常工作。4防止反充效果当无太阳能照射的，且电池电压正常的时候。如图36所示图36无光照射状态图工作状态A1几乎无电流通过，A2有电流通过。U2电压几乎为0，U1B输出为低电平，U1A输出为高电平，激光器正常工作，指示灯LED1,LED2熄灭。三极管Q1导通，Q2截止。仿真结果太阳能激光笔正常工作，D1处于反向截止状态。结论设计电路可以实现防止反充的作用。5）防过放电路仿真效果图当电源电压低于35V时。如图37所示图37电量过低状态图状态LASER不发光，LED2亮，LED1熄灭，U1A、U1B输出均为低电平，电流表A1有电流通过，A2几乎无电流。仿真结果当电量过低时，激光器不工作，太阳能板可以正常进行充电。结论电路可以实现蓄电池的防过放功能。综上所述，设计电路的仿真较为系统的验证了设计过程中理论方面的设计目的，如仿真结果显示，设计电路可以实现一个充放电控制的三个基本要求防止过充，防止反充，防过放电路，系统的仿真达到了预期的目的，证明了此电路在理论上和现实上的可行性。4太阳能激光笔的实物设计及实验41设计材料实物所用的器件电源（用手机电池作为替代），太阳能板（5V,40MA）电阻100（5个）,20K2个，30K1个，51K1个，发光二极管（2个），二极管4004（1个），三极管90141个，25V稳压器（1个），LM324一个，万能表（1个），通用板（1块），激光器一个。42电路设计的实物效果通过自己焊接完成的实物图如图所示，左下角用手机充电器来代替电源，在通用板上焊接的器件大概和原理图一致，右上角为激光器。和电路图不同的地方是用了在左上角用了一个黄色的发光二极管作为备用代替二极管，可以用来监测充电状态（如果充电进行，指示灯亮）。如图41所示图41实物效果图开始进行实际测试，各点的状态如下。（1）正常工作当开关打开的时候，激光器可以正常工作。（2）过放电路测试实测电路中，把比较器输出的低电平加平Q1的基极，用来模拟电压过低的状态，激光器不再放电，而且设置的指示灯LED2会亮，指示电量过低。（3）过充电路测试把比较器输出的高电平到Q2的基极，来模拟较高电压时情况时，实测二极管D1的左端电压为3V左右，充电二极管不再亮，表明没有再进行充电。由于电路已焊接，没有进行防反充电路的测试，防反充的功能是理论上的推理。43太阳能激光笔设计的优化方向1）添加上下翻页等无线功能在所做的太阳能激光笔的过程中，预先计划是把无线控制翻页的功能加在此电路中，当封装的时候可以实现一种真正功能全面的教师用激光笔。但由于时间问题及一些技术问题，最终没能完成把翻页功能的无线发射装置添加上去，这是以后设计的努力的一个方向。2）利用集成块或专门设计一个集成块，利于封装电路中所用的元器件相对来说比较多的，作为一种小型封装的太阳能激光笔，还是属于过多的，不利于其封装，可以通过用直接利用集成块的功能或者自行设计一个专用的集成块来实现综合电路的功能。3）添加防短路设置为了使设计简单，电路中并没有设置防止短路的装置，而在实际封装的过程中，一般负极即为激光笔的外壳，这样有可能会使电路进行短路，损坏电池，以后的设计过程中，可以在封装效果和防短路装置中进行一个合理的设计，使太阳能激光笔的产品即安全，又方便。5结语在实际的应用过程中，太阳能发展的方向1320提高太阳能转换效率和降低太阳能发电的成本，可以通过寻找光电转换新材栏，太阳能电池加工工艺革新，最大功率点跟踪，聚光技术等方面的改变可大大提高太阳能转换的效率。在毕业设计的过程中，刚开始的设计工作开始的有点漫长，主要是参考各种资料，及对现有的充电电路的设计的认真理解过程，在准备充分之后，开始动手自己一步完成每一模块电路的设计和改进，之后的工作就是去优化电路，使个电路图的设计更加简化明了。设计完成之后，选择了NIMULTISIM软件进行仿真，把自己在设计中出现的考虑不周到的地方进行改进，每个元器件的参数达到准确，使效果更为明显。例如在电路的模拟中，一个电阻值的选取不合适可能会引起示数指示状态发生改变，达不到预期的效果。可见参数的选择对电路起到关键的作用。最后的内容是准备实物进行模拟，在现实中的元器件的功能效果和仿真图还是有一定差别的。在仿真效果里，各元器件的参数是按照理想状态来模拟的，而在实际电路中，各元器件的参数除了本身的误差之外，还有电路连接后参数会出现一定的变化。比如运算放大器的电压是随着输入电压会有一个较大的变化，但在仿真效果上是比较稳定的。实物的连接之后效果较为理想在实际的电路设计中，应该使自己设计的电路尽可能的简洁明朗，连接的时候应该布局简单明了，焊接的时候要保证连接不虚焊，焊点标准等，使电路最小程度的受到实验的干扰。在此次的设计过程中遇到过许多的困难，在这个过程中学习解决困难的方法更是这次设计最大的收获。积极的解决困难，寻求老师同学们的帮助，多参考资料，暂时没有解决可以考虑通过换种思路来完成任务等学习的基本方法是以后的学习中更应该做到的。综上所述，本设计具有较大的生产价值和社会应用前景。参考文献1王静激光翻页笔原理浅析J中国科技信息，2009111282刘政怡，吴建国，李炜红外激光笔遥指虚拟触摸系统J计算机工程与设计，2010，315107310763冯垛生太阳能发电原理与应用M北京人民邮电出版社，200774王长贵，崔容强太阳能M北京能源出版社,198545苏剑峰，牛强，唐春娟，王昶清，张永胜新颖的第三代太阳能电池J材料导报综述篇20108上第24卷第8期1181216冷长庚太阳能及其利用M北京科学出版社，1975107李崇华，太阳能电池工作原理与种类J电气技术，2009年每8期1281308ZHIYUEHAN,JINGCHANGZHANG,XIUYINGYANG,WEILIANGCAO,SOLARENERGYMATERIALSSOLARCELLS9520114834909KANEKACORPORATION,211,HIEITSUJI,OTSU,SHIGA5200104,JAPANSOLARENERGY77200493994910WEIHUATANG,JIEFENGHAI,YUNDAI,ZONGJUNHUANG,BINGQINLU,FEIYUAN,JIANTANG,FUJUNZHANGRECENTDEVELOPMENTOFCONJUGATEDOLIGOMERSFORHIGHEFFICIENCYBULKHETEROJUNCTIONSOLARCELLSJSOLARENERGYMATERIALSSOLARCELLS9420101963197911李斌一种实用高性价比太阳能移动电话充电器的设计J现代电子技术，2006，第24期303212SHAFIQURREHMAN,LUAIMALHRDHRAMISTUDYOFASOLARPVDIESELBATTERYHYBRIDPOWERSYSTEMFORAREMOTELYLOCATEDPOPULATIONNEARRAFHA,SAUDIARABIAJENERGYXXX201011013董镛迎接太阳能光伏产业发展的新高潮（二）J真空200811VOL45,NO61714吕芳太阳能发电M北京化学工业出版社，200915郭廷玮太阳能的利用和前景M北京科学普及出版社，198416赵争鸣太阳能光伏发电及其应用M北京科学出版社，20051017王长贵太阳能光伏发电实用技术M北京化学工业出版社，20050618方玲,李晓波,廖兰兰,朱志华，提高太阳能电池板光电转化率的研究J高新技术，2008NOV11下319高援朝太阳能实用技术M北京农业出版社，19881220高荣生太阳能应用技术M北京中国农业机械出版社，19859致谢在这里，首先要感谢指导老师老师在毕业设计期间对我的悉心指导和亲切关怀。在设计期间，及时给我们讲述理论上的难点，让我们能够及时解决理论上的困难。在实物设计方面，给我们准备元器件的资金来进行实物测试，并且提供完善的实验室及设备，更好的进行毕业设计的测试，让我们的实验轻松的完成，同时还热心的给我联系，询问毕业设计的情况，对我们论文进行认真细致的修改，给我们提出了许多宝贵的意见，在学术发展方向也给我做了很多前瞻性的指导。其次，要感谢系里指导组时的期间对我们在学业上和毕业设计上认真的辅导和无私的帮助。另外要感谢毕业设计上的指导，同班同学们组在毕业设计期间的相互学习，认真探讨，互相帮助，同班同学习上和生活上的帮助。最后，要感谢我的父亲母亲在上学期间我生活上这么多年无微不至的关心和爱护，使我的学习和生活有了充分的保证。在这里感谢你们给我的帮助附录一指导教师评语（主要评价论文的工作量、试验数据的可靠性、论文的主要内容与特点、写作水平等）签名年月日答辩委员会评语及论文成绩（主要评价论文的性质、难度、质量、综合训练、答辩情况、不足等。评定论文成绩）主任委员签名年月日附录二河南农业大学本科生毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目太阳能激光笔构建原理及实现学院专业班级学号姓名年月日论文（设计）选题的来源、目的与意义来源生活中激光笔的电源是干电池，需经常更换，给使用带来一定的不便。目的与意义太阳能是一种可再生的清洁能源，不产生环境污染。在太阳能的有效利用当中，大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，也是其中最受瞩目的项目之一。太阳能已经在许多领域得到广泛应用，如农业工程领域，利用太阳能建立实时土壤水分监测的无线遥测系统和利用太阳能作为补充能源的农业耕作系统。现有的教学用激光笔由氧化银等电池供电，使用成本高，电源电压低时有时找不到相应的