基于單片機的太陽能無線手機充電器的設計

王陽 朱鋁芬 高宇 程凱

摘 要：為了解決手機戶外無法充電而不能正常使用的問題，設計一款基于單片機的便攜式太陽能無線智能手機充電器，利用太陽能電池板將光能轉換為電能，由降壓穩壓電路將電能存儲于蓄電池中，通過無線電力傳輸模塊將電能傳輸至手機終端，由降壓穩壓處理后給手機充電，并結合單片機對充電過程進行智能監控，有效保護蓄電池。實驗結果表明，該無線充電器在光能充足、距離適當的情況下，能夠有效實現太陽能無線充電。

關鍵詞：太陽能;無線傳輸;單片機;蓄電池;智能監控;降壓穩壓電路

中圖分類號：TP202文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）11-00-03

0 引 言

現代社會，科技高速發展，太陽能作為綠色環保能源被廣泛應用，手機、耳機、鍵盤甚至共享單車也都進入無線時代，而手機充電器卻依然被電源、插座和數據線束縛著。太陽能作為綠色環保能源有著無可比擬的優勢，簡單便捷的無線充電方式也必將逐漸替代傳統的有線充電，特別是在缺乏電能的地方，太陽能無線充電具有較高的使用價值，故研制一款便攜式太陽能無線手機充電器非常有意義。

然而，市面上的一些太陽能無線充電器普遍存在以下問題：

（1）太陽光照強度的變化引起太陽能電壓輸出不穩定;

（2）無線傳輸的穩定性不強及距離限制問題;

（3）蓄電池充電保護不完善;

（4）不具備顯示、報警功能。

針對上述問題，本文設計一款基于單片機的便攜式太陽能無線智能手機充電器。

1 總體方案設計

太陽能無線手機充電器主要由太陽能電池板、降壓穩壓電路、無線電力傳輸電路、單片機電壓采集監控電路、無線電力接收電路、手機充電電路、充電保護電路等組成，實現將太陽能轉換成電能，通過無線供電方式為手機等設備供電。具體設計框圖如圖1所示。

2 硬件設計

2.1 太陽能充電及降壓穩壓電路設計

利用太陽能電池板可直接將光能轉換為電能，為了解決太陽光照強度不穩定導致電壓不穩定的問題，本文采用多塊太陽能電池板進行串并聯以提高電壓，再利用穩壓器降壓后給蓄電池供電，從而確保輸出相對穩定的電壓。太陽能降壓穩壓電路設計如圖2所示。利用DC-DC降壓穩壓芯片AOZ1016實現降壓功能，通過R4和R9電阻設定芯片的輸出電壓。當兩者分別為10 kΩ，1.58 kΩ時，芯片輸出標準的

5 V電壓給蓄電池供電。

2.2 無線電力發射接收電路設計

本文設計采用無線充電的方式，由發射電路將儲存在蓄電池中的直流電轉變為高頻交流電，經電磁耦合由接收器接收，再經由濾波穩壓電路處理。

無線發射電路、接收電路分別如圖3（a），（b）所示。

無線發射電路中，在XKT-408A的控制下，通過T5336輸出一個可控的低電壓。直流電壓與T5336輸出電壓的電壓差控制銅線圈和C11的LC振蕩電路，發射出穩定的高頻電磁波。

發射端傳輸過來的電壓為高頻震蕩波，如果直接給手機充電，會對手機產生較惡劣的影響。因此，無線接收電路需要先將高頻振蕩波轉換成直流電壓輸出，再將電壓進行降壓穩壓處理。接收到無線端電量后，首先通過二極管進行整流，獲得直流電壓，然后通過由T3168芯片構成的降壓穩壓電路輸出5 V電壓給手機充電。

2.3 單片機監控電路的設計

為了實現充電過程的智能控制及充電保護，利用單片機實現充電過程的智能控制，并結合電壓檢測電路和保護電路以充分保護蓄電池。監控報警電路如圖4所示。

3 軟件設計

為了實現對充電過程的智能監控及過充保護，需要進行相應的控制程序設計，其流程如圖5所示。

4 調試與優化

通過軟硬件聯調，實現無線充電的基本功能，實物如圖6所示。

5 結 語

本文設計了一款太陽能無線手機充電器，將多塊太陽能電池板進行串并聯以提高電壓，再利用穩壓器降壓給蓄電池供電;利用無線發射電路將儲存在蓄電池中的直流電轉變為高頻交流電，經電磁耦合由無線接收電路接收，再通過濾波穩壓處理;利用單片機實現充電過程的智能控制及充電保護。

然而，本文設計的無線電力由于傳輸距離受到一定的限制，傳輸性能不是很穩定，后續將結合磁波送電方式的“太空太陽能發電技術”進行更深入的研究。

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