基于單片機(jī)的太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)手機(jī)充電器的設(shè)計(jì)

王陽(yáng) 朱鋁芬 高宇 程凱

摘 要：為了解決手機(jī)戶(hù)外無(wú)法充電而不能正常使用的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)的便攜式太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)智能手機(jī)充電器，利用太陽(yáng)能電池板將光能轉(zhuǎn)換為電能，由降壓穩(wěn)壓電路將電能存儲(chǔ)于蓄電池中，通過(guò)無(wú)線(xiàn)電力傳輸模塊將電能傳輸至手機(jī)終端，由降壓穩(wěn)壓處理后給手機(jī)充電，并結(jié)合單片機(jī)對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行智能監(jiān)控，有效保護(hù)蓄電池。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該無(wú)線(xiàn)充電器在光能充足、距離適當(dāng)?shù)那闆r下，能夠有效實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)充電。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能;無(wú)線(xiàn)傳輸;單片機(jī);蓄電池;智能監(jiān)控;降壓穩(wěn)壓電路

中圖分類(lèi)號(hào)：TP202文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2019）11-00-03

0 引 言

現(xiàn)代社會(huì)，科技高速發(fā)展，太陽(yáng)能作為綠色環(huán)保能源被廣泛應(yīng)用，手機(jī)、耳機(jī)、鍵盤(pán)甚至共享單車(chē)也都進(jìn)入無(wú)線(xiàn)時(shí)代，而手機(jī)充電器卻依然被電源、插座和數(shù)據(jù)線(xiàn)束縛著。太陽(yáng)能作為綠色環(huán)保能源有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)單便捷的無(wú)線(xiàn)充電方式也必將逐漸替代傳統(tǒng)的有線(xiàn)充電，特別是在缺乏電能的地方，太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)充電具有較高的使用價(jià)值，故研制一款便攜式太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)手機(jī)充電器非常有意義。

然而，市面上的一些太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)充電器普遍存在以下問(wèn)題：

（1）太陽(yáng)光照強(qiáng)度的變化引起太陽(yáng)能電壓輸出不穩(wěn)定;

（2）無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)姆€(wěn)定性不強(qiáng)及距離限制問(wèn)題;

（3）蓄電池充電保護(hù)不完善;

（4）不具備顯示、報(bào)警功能。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)的便攜式太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)智能手機(jī)充電器。

1 總體方案設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)手機(jī)充電器主要由太陽(yáng)能電池板、降壓穩(wěn)壓電路、無(wú)線(xiàn)電力傳輸電路、單片機(jī)電壓采集監(jiān)控電路、無(wú)線(xiàn)電力接收電路、手機(jī)充電電路、充電保護(hù)電路等組成，實(shí)現(xiàn)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，通過(guò)無(wú)線(xiàn)供電方式為手機(jī)等設(shè)備供電。具體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 太陽(yáng)能充電及降壓穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)

利用太陽(yáng)能電池板可直接將光能轉(zhuǎn)換為電能，為了解決太陽(yáng)光照強(qiáng)度不穩(wěn)定導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定的問(wèn)題，本文采用多塊太陽(yáng)能電池板進(jìn)行串并聯(lián)以提高電壓，再利用穩(wěn)壓器降壓后給蓄電池供電，從而確保輸出相對(duì)穩(wěn)定的電壓。太陽(yáng)能降壓穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)如圖2所示。利用DC-DC降壓穩(wěn)壓芯片AOZ1016實(shí)現(xiàn)降壓功能，通過(guò)R4和R9電阻設(shè)定芯片的輸出電壓。當(dāng)兩者分別為10 kΩ，1.58 kΩ時(shí)，芯片輸出標(biāo)準(zhǔn)的

5 V電壓給蓄電池供電。

2.2 無(wú)線(xiàn)電力發(fā)射接收電路設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)采用無(wú)線(xiàn)充電的方式，由發(fā)射電路將儲(chǔ)存在蓄電池中的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交流電，經(jīng)電磁耦合由接收器接收，再經(jīng)由濾波穩(wěn)壓電路處理。

無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路、接收電路分別如圖3（a），（b）所示。

無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路中，在XKT-408A的控制下，通過(guò)T5336輸出一個(gè)可控的低電壓。直流電壓與T5336輸出電壓的電壓差控制銅線(xiàn)圈和C11的LC振蕩電路，發(fā)射出穩(wěn)定的高頻電磁波。

發(fā)射端傳輸過(guò)來(lái)的電壓為高頻震蕩波，如果直接給手機(jī)充電，會(huì)對(duì)手機(jī)產(chǎn)生較惡劣的影響。因此，無(wú)線(xiàn)接收電路需要先將高頻振蕩波轉(zhuǎn)換成直流電壓輸出，再將電壓進(jìn)行降壓穩(wěn)壓處理。接收到無(wú)線(xiàn)端電量后，首先通過(guò)二極管進(jìn)行整流，獲得直流電壓，然后通過(guò)由T3168芯片構(gòu)成的降壓穩(wěn)壓電路輸出5 V電壓給手機(jī)充電。

2.3 單片機(jī)監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的智能控制及充電保護(hù)，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的智能控制，并結(jié)合電壓檢測(cè)電路和保護(hù)電路以充分保護(hù)蓄電池。監(jiān)控報(bào)警電路如圖4所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)充電過(guò)程的智能監(jiān)控及過(guò)充保護(hù)，需要進(jìn)行相應(yīng)的控制程序設(shè)計(jì)，其流程如圖5所示。

4 調(diào)試與優(yōu)化

通過(guò)軟硬件聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)充電的基本功能，實(shí)物如圖6所示。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一款太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)手機(jī)充電器，將多塊太陽(yáng)能電池板進(jìn)行串并聯(lián)以提高電壓，再利用穩(wěn)壓器降壓給蓄電池供電;利用無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路將儲(chǔ)存在蓄電池中的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交流電，經(jīng)電磁耦合由無(wú)線(xiàn)接收電路接收，再通過(guò)濾波穩(wěn)壓處理;利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的智能控制及充電保護(hù)。

然而，本文設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)電力由于傳輸距離受到一定的限制，傳輸性能不是很穩(wěn)定，后續(xù)將結(jié)合磁波送電方式的“太空太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)”進(jìn)行更深入的研究。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李興旭，魏磊，高琴.基于單片機(jī)的無(wú)線(xiàn)充電電磁循跡小車(chē)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2019，9（2）：90-94.

[2]曹子淳.論無(wú)線(xiàn)充電產(chǎn)品在手機(jī)充電領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（7）：295.

[3]易新杰，周炳權(quán)，劉迪，等.太陽(yáng)能電池供電養(yǎng)魚(yú)池加溫加氧控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，36（3）：358-360.

[4]楊超，王志坤.太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)充電器設(shè)計(jì)[J].河北農(nóng)機(jī)，2018（1）：25.

[5]于明軍，韓錚，紀(jì)宇，等.太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)充電器的設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2015，18（6）：48-50.

[6]劉沛.基于諧振耦合的光伏電能無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)研究[D].唐山：華北理工大學(xué)，2016.

[7]裘皓宇.基于ZigBee的微電網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信方式設(shè)計(jì)[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2015.

[8]趙澤百.基于單片機(jī)的太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)充電器設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（17）：256.

[9]周俊杰，張肖雄，胡瑤.可擴(kuò)展多負(fù)載無(wú)線(xiàn)充電平臺(tái)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2018，8（1）：12-13.

[10]孔維賓，余濤，張中，等.智能太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)充電寶系統(tǒng)研究[J].信息通信，2018（10）：24-25.