基于單片機的太陽能無線充電器設計

文/趙澤百

基于單片機的太陽能無線充電器設計

文/趙澤百

太陽能作為一種近乎無污染的能源，對于改善地球的整體能源狀況和環境意義重大，本文利用電磁感應技術與太陽能，研究和設計了一種基于單片機的太陽能無線充電系統。該系統主要由太陽能單晶硅電池板、無線發射電路、無線接收電路、充電電路、5V降壓電路、單片機電路、顯示屏等組成。

太陽能 無線充電 電磁感應 降壓穩壓 單片機

本文首先對太陽能無線充電系統進行無線充電電路和太陽能穩壓電路的設計，根據設計的電路進行電路板設計和組裝，最后得到一套可以實現太陽能無線充電要求的電路板。其中單片機電路通過多路電壓采集芯片，收集太陽能板的輸出電壓和穩壓電路的輸出電壓，在顯示屏上輸出的電壓數字在無線充電電路的標準范圍內，這表示允許用戶進行無線充電操作。電力發射芯片采用XKT-408芯片和 T5336芯片組合的方式，XKT-408芯片主要是采用電磁感應原理將電能傳輸到電力接收端并進行電路的實時監控，易于其他原件結合形成高效可靠的無線充電器。T5336芯片可以控制其端口的輸出電壓來補充電能傳輸過程中損耗的電壓。接收端通過穩壓降壓輸出直流電壓，驅動1602液晶顯示屏，顯示太陽能板的電壓和和單片機的電源電壓。

1 硬件選型

1.1 太陽能電池板的選型

考慮價格成本和用戶的使用方便等因素，本文采用直板式太陽能單晶電池板。短路電流標稱值為550mA的太陽能電池板，額定功率為3.3W。在實際測試中，開路電壓實際為5.98V，短路電流為535mA，此時的輸出功率為3.20W。

1.2 無線電力發射芯片選型

無線電力傳輸電路，可以采用專用無線電力傳輸芯片設計，也可以使用分立元件設計。分立元件主要是針對模擬電路，將分立元器件設計成邏輯電路比較困難。采用分立元件自己制作的話，很可能因為設計問題或者操作出錯無法調節到正常工作狀態，易引起事故。考慮到安全性和穩定性要求，本設計采用專用無線電力發射芯片來做無線電力傳輸系統。電力發射芯片采用XKT-408芯片和 T5336芯片組合的方式，設計電力發射電路。

1.3 無線電力接收芯片的選型

無線接收芯片采用T3168芯片，該芯片外圍電路非常簡單，但是卻同時具有電磁能量接收和DC-DC降壓穩壓的功能，因此得到廣泛使用。此芯片待機時，芯片內的電路處于完全關閉狀態,擁有8mA左右的空載電流, 452L1在有磁體靠近時電路開始工作,此時工作指示燈亮,這樣可防止由于無關金屬物體靠近而引起錯誤觸發。

1.4 單片機選型

本設計中，由于需要對太陽能電池板和無線接收電路進行電壓監控，并智能分析是否滿足充電要求，所以必須采用一款智能微處理器。本設計采用89C51單片機作為系統的微處理器。

1.5 A/D轉換芯片的選型

PCF8591是一種單片集成且由單獨電源供電，較低的功率消耗、8-bit CMOS數據獲取器件。在PCF8591器件上輸入輸出的地址信號、控制信號和數據信號都是通過雙線雙向I2C總線以串行的方式進行傳輸。

1.6 5V降壓芯片選型

本設計在進行電壓數據采集和顯示時使用的器件是51單片機。為此，需要5v的電壓源為單片機工作提供電壓。我們采用A0Z 1016芯片來設計5V電壓電路。A0Z1016是AOS公司銷售的DC-DC降壓穩壓芯片，內置肖特基二極管。在簡單外圍軟件的協同下，就可以實現降壓的功能。本設計采用該芯片作為單片機供電的5V降壓芯片使用。

2 太陽能無線充電系統的硬件電路設計

2.1 無線電力發射電路設計

無線電力發射系統的芯片選用XKT-408A和T5336，XKT-408具有無線電能傳輸功能，通過控制T5336的7、8號輸出口的輸出電壓，調整LC振蕩電路兩端的電壓，用以補償電路中因為阻抗損耗和能量傳輸損耗而降低的電壓，使發射線圈發射的電磁波保持正弦信號的變化規律。

2.2 無線電力接收電路設計

無線電力接收電路在設計時，注意到了剛開始接收的為高振蕩能量波，為此將其經過D5二極管進行整流，轉化為同方向的直流電壓，再通過T3168芯片構成的降壓穩壓電路，在其5端口輸出降壓后的電壓。并通過R21和R22控制輸出電壓的幅值，則實現了5V的電壓輸出。

2.3 5V降壓電路設計

將A0Z1016穩壓芯片接入外圍的電池板輸出電壓約5.5-5.98 V，再結合電容、電感、二極管的連接方式，即可實現芯片的輸出為標準的5V電壓。

2.4 單片機和液晶屏電路設計

設計采用51單芯片直驅1602液晶屏，顯示了太陽能電池板電壓和微控制器的電源電壓。太陽能電池板輸出電壓穩定在5V左右，而PCF8591芯片只能測量0-5V的電壓，因此通過R1和R3兩個10k的電阻對太陽能電池板的輸出電壓進行分壓，使電壓減半，在PCF8591芯片的1輸入端輸入分壓值，單片機在進行計算時，將實際得到的數據擴大一倍即可。

3 基于單片機的太陽能充電器系統的軟件設計

本設計的核心是STC89c51,根據它的實際需求，軟件部分主要由主程序和若干子程序模塊組成：有初始化模塊、延時模塊、數據采集和數據處理模塊、還有一些算法和顯示模塊。雖然這些子模塊看似獨立，但卻不可忽視，他們之間有著一級一級的關系，相互影響著，并且有著密切的聯系，上一級的模塊控制下一極的模塊，并且還有起著一個紐帶的作用。該系統的主要工作過程是：啟動電路的初始化，然后執行各子模塊，最后通過1602液晶顯示屏顯示。

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作者單位中國移動通信集團吉林有限公司網絡優化中心吉林省長春市 130000