可穿戴太陽能充電器

高學平　徐楠蘇　范占利

摘要：本課題設計了一種可穿戴的太陽能充電器，在實現太陽能充電器的基本功能外，著重將系統設計成為用戶的衣服或配件的一種便攜式設備，通過太陽能這種無污染的清潔能源為用戶提供便捷、安全、綠色的充電和有限時間的供電功能。本充電器具有雙重充電方式，當無太陽能充電條件時可利用系統自帶的鋰電池為移動設備進行充電，因此本充電器也可作為應急充電器或電池使用。

關鍵詞：低功耗；MSP430；太陽能

傳統的太陽能充電器的太陽能充電板外形較大、質量大、不可彎曲折疊不方便攜帶，因此在日常生活中很少會有應用場合。可穿戴設備即直接穿在身上，或是整合到用戶的衣服或配件的一種便攜式設備。如果將可穿戴屬性和太陽能充電器相結合，將會大大提高太陽能充電器的使用場合及頻率。本課題結合低功耗設計的可穿戴太陽能充電器更適合當下人們使用充電器的需求，并具有體積小、功耗低、性能可靠等優點。

一、可穿戴太陽能充電器系統設計

本課題設計了一種可穿戴的太陽能充電器，在實現太陽能充電器的基本功能外，著重將系統設計成為用戶的衣服或配件的一種便攜式設備，通過太陽能這種無污染的清潔能源為用戶提供便捷、安全、綠色的充電和有限時間的供電功能。

可穿戴太陽能充電器系統框圖如圖1所示，由太陽能板、DC-DC升壓電路、鋰電池充電管理電路、電源切換電路、鋰離子電池、USB充電接口和MSP430G2231控制單元及電源系統組成。

（一）系統接口設計

課題的系統電路主要功能偏重硬件電路，單片機只負責監測和管理。MSP430G2231可用的I/O數量為10個，且有8個I/O具有AD輸入功能，不用外擴ADC即可實現對系統各個電壓監測點進行電壓采樣。再加上工作指示燈和復位按鍵所需的I/O口，MSP430G2231完全可以滿足系統工作的接口要求。

（二）系統工作流程

MSP430G2231控制單元負責控制協調整個太陽能充電器，DC-DC升壓電路和鋰電池充電管理電路都具有使能控制端（EN），單片機通過不斷監測太陽能板和鋰離子電池輸出電壓來決定最適合的充電路徑，通過電源切換電路為USB充電接口供電。

上電后系統對太陽能板和鋰離子電池的輸出電壓進行檢測，如果此時太陽能板的輸出電壓太低，系統將切換到鋰離子電池為USB充電接口供電；如果太陽能板的輸出電壓足夠高，系統將控制鋰電池充電管理電路對鋰離子電池充電，同時將電能供應給USB充電接口供電。

二、結論

本文設計了一種基于MSP430的低功耗可穿戴太陽能充電器，系統整體設計偏重實際應用并植入低功耗設計思想。系統整體使用元器件較少且均采用低功耗芯片，制板后最大限度地縮小了系統體積并有效降低了系統功耗，使得系統穩定可靠，更方便使用和維護。

設計的可穿戴太陽能充電器可實現利用太陽能為手機或平板電腦進行充電，且在沒有陽光的環境中亦可通過內置的鋰電池進行有限時間的充電操作；充電器具有過沖保護、過放保護、過壓保護、過流保護、短路保護、充電過熱保護等智能電源管理功能。