廢舊電子產品DIY改造充電寶的設計

黃俊梅++王典++王仁軍++羅丹妮

摘要： 針對目前國內電子垃圾日益增多和電子產品內置電池未完全發揮效用便被廢棄的現狀，本文以單片機為控制核心，利用廢舊臺燈作為改造主體，將廢舊鋰電池改造為能量來源，采用QC3.0雙向快充電源保護板為本設計提供安全和閃充保障。最終，DIY設計出了一個基于單片機，具有環保、安全、閃充、多功能等特點的充電寶產品。實驗數據表明，該DIY充電寶使用效率高，充電時間短，具有一定的環保優越性。該設計不但能有效實現變廢為寶的設計初衷，而且可以滿足日益增大的充電寶需求。

Abstract： The electronic waste is increasing and the built-in battery of electronic products is not fully utilized. In this paper， the single-chip microcomputer is used as the control center， and the waste lamp is used as the main body of transformation to transform waste lithium batteries into energy sources. QC3. 0 bi-directional fast charging power protection board provides safety and flash protection for this design. In the end， a charging po product is designed based on the single-chip microcomputer， which is environmentally friendly， safe， fast charging. Experimental data show that the DIY charging po has high efficiency and short charging time， and has some environmental advantages. The design can not only effectively achieve the original intention of turning waste into treasure， but also to meet the ever-increasing demand for rechargeable treasure.

關鍵詞： 充電寶；DIY；單片機；移動電源

Key words： charging po；DIY；SCM；mobile power

中圖分類號：F764.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）02-0129-02

1 目的意義

隨著各類電子產品的迅速普及和頻繁換代，生活中的所淘汰的電子產品而形成的垃圾隨處可見（如：廢舊手機，筆記本，收音機，MP3，MP4，臺燈等）。這種電子垃圾不但導致環境污染，而且造成大量資源的浪費。本文將充分回收利用生活中的廢舊電子產品——以廢舊臺燈為例，改造出環保、安全、具有多樣化功能的充電寶，以緩解日益增長的充電寶需求[1]。本充電寶可廣泛適用于各種場合USB接口的數碼產品充電。

2 系統總體結構設計

基于單片機的廢舊電子產品DIY（Do It Yourself， DIY） 改造充電寶的設計包括硬件設計和軟件設計兩部分。

2.1 硬件設計

硬件電路部分主要包括[2]：單片機控制電路部分、充電管理單元、智能電量顯示單元、照明。硬件電路設計如圖1所示。

2.1.1 單片機選型

STC公司生產的STC89S52由于其低功耗、高性能、低價位（4.5元）等優點，在電子產品行業得到了非常廣泛的應用[3]。本次廢舊電子產品DIY改造充電寶的設計中將采用STC89S52的單片機，該微控制器將實現充放電管理、電量顯示、照明等功能。

2.1.2 電池組的選擇

充電寶一般使用3.7V電池芯作為儲電單元。電池組可以選用家用廢舊手機平板電池、筆記本18650電池、家用電子產品廢舊電池等，如圖2所示。

為了實現綠色環保和變廢為寶，通常可以從廢舊電子產品中找到多個可用電池（一組供電單元中總是因為首先壞掉的一兩個電池導致其用電設備不正常）。找到的廢舊電池，首先，需要從外觀判斷電池好壞。如果發現個別電池外觀有變形、凸出、漏液、連接處有氧化物滲出等情況，則直接淘汰。接下來就是利用萬用表判斷電池好壞，檢測18650鋰電池的瞬間短路電流，數字表只要數字有變化，就是好的。或者利用萬用表測每一個電池的電壓，當檢測到某個電池電壓明顯低于標定電池電壓，則淘汰該電池[4]。

需要特別注意的是選用的一組電池中，盡量優選同型號、同容量電池，且電壓一致的電池組。安裝電池一定要注意正負極，最終將選擇好的電池采用并聯方式焊接在一起即可[5]。本設計中選用6節蓄電量2200mA的18650鋰電池作為其動力來源，如圖2右側所示。該電池組最大可實現1萬3千毫安的輸出。

2.1.3 QC3.0雙向快充電源保護板

QC3.0雙向快充電源保護板集升壓轉換、鋰電池充電管理于一體，具有過充、過放、過流和漏電保護等多種功能，可有效提高充電寶轉換效率及安全性。選購的QC3.0雙向快充電源保護板，如圖3所示。

本電源保護板支持1路電源輸入和2路電源輸出，可同時對兩個移動設備充電。一組為固定5V輸出，另一組為QC3.0輸出，最大功率可達15W，能節約充電時間，方便應急使用。

2.1.4 智能電量顯示endprint

隨著智能移動設備的頻繁使用，剩余電量的顯示和充電提醒功能是充電寶的必備功能之一。本充電寶設計通過單片機控制的液晶顯示屏實時顯示電量數值。當充電寶電能余量低于下限時，單片機將主動控制報警，實現預警功能。

2.1.5 照明功能

該充電寶具有LED照明功能，以備各種情況下的照明需求。

2.2 軟件程序

單片機通過檢測輸入、輸出端狀態決定進入相應的休眠、充電、放電等模式。當按下開關或連接充、放電插頭或者負載時，由中斷信號喚醒單片機進入工作狀態，并進行電量顯示。當電池充滿或已放到截止電壓時停止充放電[6]。充電寶待機不充電狀態，單片機控制數顯屏10s后自動熄滅，30s后智能休眠，以節省電量、延長待機時間。

2.3 設計成果

本例中由廢舊臺燈DIY改造的充電寶實物如圖 4（a） 所示，移動電源數據測試如圖 4（b）所示。

經多次充放電測試和容量測試，本例由廢舊臺燈DIY改造的充電寶的電池容量為13000mA，并能實現5V的穩定輸出和最大15W的快充。輸出轉換效率 = （輸出容量×輸出平均電壓）/（電池容量×電池平均電壓），經數據測試，本設計的制作實例輸出轉換效率可達91%以上。

3 結論

本文以單片機為控制核心，利用廢舊臺燈作為改造主體，以廢舊鋰電池為能量來源，采用QC3.0雙向快充電源保護板為本設計提供安全和閃充保障。最終，DIY設計了一個基于單片機，具有環保、安全、閃充、多功能等特點的充電寶產品。實驗結果表明，該DIY充電寶使用效率高，充電時間短，具有一定的環保優越性。

參考文獻：

[1]嚴鋆，劉瀏.移動電源發展現狀與展望[J].電源技術應用，2011，14（1）：61-64.

[2]陳文禮.一款經濟實用的移動電源設計[J].電子技術，2013（10）.

[3]吳學軍，胡晗.一種基于低功耗單片機的移動電源設計[J].電源技術，2014，3（38）：495-497.

[4]琚潔華，張吉盛.移動式充電寶電池管理系統設計[J].時代汽車，2017，4：71-75.

[5]毛景魁，鄭舒.基于單片機的鋰電池并聯管理系統[J].電源技術，2012，36（8）：1135-1137.

[6]楊景昱.基于STC15W408AD單片機的移動電源電路設計[J].電腦知識與技術，2014，10（24）.endprint