基于單片機的太陽能無線手機充電器的設計

引 言

現(xiàn)代社會，科技高速發(fā)展，太陽能作為綠色環(huán)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(shù)據(jù)線束縛著。太陽能作為綠色環(huán)保能源有著無可比擬的優(yōu)勢，簡單便捷的無線充電方式也必將逐漸替代傳統(tǒng)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(wěn)定 ；

（2）無線傳輸的穩(wěn)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(wěn)壓電路、無線電力傳輸電路、單片機電壓采集監(jiān)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(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)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(wěn)壓電路設計

利用太陽能電池板可直接將光能轉(zhuǎn)換為電能，為了解決太陽光照強度不穩(wěn)定導致電壓不穩(wěn)定的問題，本文采用多塊太陽能電池板進行串并聯(lián)以提高電壓，再利用穩(wěn)壓器降壓后給蓄電池供電，從而確保輸出相對穩(wěn)定的電壓。太陽能降壓穩(wěn)壓電路設計如圖 2 所示。利用 DC-DC 降壓穩(wěn)壓芯片AOZ1016 實現(xiàn)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(fā)射接收電路設計

本文設計采用無線充電的方式，由發(fā)射電路將儲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。

無線發(fā)射電路、接收電路分別如圖 3（a），（b）所示。

無線發(fā)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(fā)射出穩(wěn)定的高頻電磁波。

發(fā)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(chǎn)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(zhuǎn)換成直流電壓輸出，再將電壓進行降壓穩(wěn)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(wěn)壓電路輸出 5 V 電壓給手機充電。

2.3 單片機監(jiān)控電路的設計

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

3 軟件設計

為了實現(xiàn)對充電過程的智能監(jiān)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(diào)試與優(yōu)化

通過軟硬件聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)無線充電的基本功能，實物如圖 6 所示。

5 結(jié) 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(lián)以提高電壓，再利用穩(wěn)壓器降壓給蓄電池供電 ；利用無線發(fā)射電路將儲存在蓄電池中的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>高頻交流電，經(jīng)電磁耦合由無線接收電路接收，再通過濾波穩(wěn)壓處理 ；利用單片機實現(xiàn)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(wěn)定，后續(xù)將結(jié)合磁波送電方式的“太空太陽能發(fā)電技術”進行更深入的研究。