基于太陽(yáng)能的手機(jī)充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

林漢澤 許永坤 黃小春 韓浩霖

摘要：地球不可再生資源短缺與大自然環(huán)境污染使太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用成為世界各國(guó)可持續(xù)發(fā)展的能源發(fā)展戰(zhàn)略。與普通充電器相比，太陽(yáng)能充電器的特點(diǎn)之處在于其能量來(lái)源于太陽(yáng)能電池板。合理利用太陽(yáng)能符合我國(guó)的綠色環(huán)保理念。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能手機(jī)充電器;單晶硅太陽(yáng)能電池板

一、太陽(yáng)能的手機(jī)充電系統(tǒng)概述

（一）太陽(yáng)能源介紹

進(jìn)入二十一世紀(jì)后，太陽(yáng)能業(yè)蓬勃發(fā)展。在日益嚴(yán)重的資源短缺和環(huán)境污染的壓力下，綠能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅是一個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，也是一個(gè)環(huán)境保護(hù)和能源替代問(wèn)題。目前，光伏電池主要用于大規(guī)模的并網(wǎng)發(fā)電和非并網(wǎng)發(fā)電，而且類似的消費(fèi)品例子很少。

（二）太陽(yáng)能電池板工作原理

太陽(yáng)能光伏電池的工作原理是它們接受太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程，因此受到太陽(yáng)強(qiáng)度、電池溫度等外部因素的影響，會(huì)影響太陽(yáng)能電池的特性。因此，需要一個(gè)好的控制系統(tǒng)來(lái)控制這個(gè)電路。

二、基于太陽(yáng)能的手機(jī)充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（一）整體設(shè)計(jì)

由于日照變化大，太陽(yáng)能電池板內(nèi)阻高，輸出電壓不穩(wěn)定，輸出電流低。為此，充電控制電路必須將面板中的直流電壓轉(zhuǎn)換為蓄電池充電。如果照明良好，太陽(yáng)會(huì)被太陽(yáng)能電池吸收，將光能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)電池充滿電且未及時(shí)停止充電時(shí)，電池會(huì)被加熱，因?yàn)槌潆娛强焖俪潆姷拇箅娏鳌＿^(guò)載將嚴(yán)重?fù)p害電池壽命，這需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)。

（二）硬件實(shí)現(xiàn)

太陽(yáng)能手機(jī)充電系統(tǒng)具備自動(dòng)充電系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、溫度保護(hù)系統(tǒng)、蓄電系統(tǒng)、太陽(yáng)能板伸縮系統(tǒng)。

（三）模塊劃分為：

1.太陽(yáng)能接收模塊

當(dāng)照明條件合適時(shí)，太陽(yáng)能電池板吸收太陽(yáng)并將其轉(zhuǎn)化為電能。由于充電器采用大電流快速充電的方式，如果不立即停止充電，電池會(huì)發(fā)熱，過(guò)度充電會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞電池的使用壽命。89C52芯片可以作為一種經(jīng)濟(jì)高效的智能充電控制器。此外，它還可以為其他小型電子產(chǎn)品提供清潔穩(wěn)定的電源。

2.DC/DC電源變換模塊

溫度測(cè)量是在電池外殼上安裝DS18B20數(shù)字溫度傳感器，通過(guò)在線測(cè)量電池溫度來(lái)發(fā)現(xiàn)電池溫度異常的一種方法。受溫度系數(shù)影響的振蕩器輸出是通過(guò)DS18B20內(nèi)部溫度寄存器的脈沖數(shù)接收的數(shù)字溫度數(shù)據(jù)。DS18B20溫度傳感器連接到單片機(jī)P1.7引腳。

DC-DC通過(guò)太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，使電路有更合適的電源，就可以為手機(jī)電池和蓄電池充電。電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵是正確監(jiān)測(cè)終端電壓、剩余功率和電池溫度，計(jì)算電池的電位和內(nèi)阻，以管理電氣設(shè)備的功耗，防止電池在電力設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中損壞。蓄電池的端子電壓是在正極和負(fù)極端子上測(cè)得的實(shí)際電壓。蓄電池的工作狀態(tài)也會(huì)不同，端子電壓也會(huì)不同。當(dāng)電池放電時(shí)，其終端電壓為U=E-IR。電池的剩余功率與電池的終端電壓有一定的關(guān)系。因此，在某些條件下，電池的剩余功率是通過(guò)其與終端電壓的關(guān)系獲得的。電池檢測(cè)端口連接至P1.0引腳。

3.自動(dòng)充電模塊

該模塊通過(guò)太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。PWM波由單片機(jī)編程控制開(kāi)關(guān)管，實(shí)現(xiàn)輸出電壓和電流的變化。初始狀態(tài)和大小由顯示電路指示。通過(guò)ADC0809數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換，將其傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行評(píng)估和處理，實(shí)現(xiàn)電路的智能輸出和控制。

4.顯示模塊

顯示模塊采用LCD12864液晶屏幕，74LS245的選擇和傳輸方向由單片機(jī)的P2.6和P2.7控制，驅(qū)動(dòng)LCD12864的正常顯示。LCD模塊上的RS、R/W和E引腳分別由P3.2、P3.3和P3.4控制，實(shí)現(xiàn)LCD模塊的讀寫(xiě)操作，顯示電池的電量和電池的表面溫度值。

三、結(jié)語(yǔ)

使用太陽(yáng)能為手機(jī)供電的創(chuàng)新似乎不是一個(gè)難以想象的想法。但對(duì)于南美洲和非洲等許多尚未連接到電源或電力的地區(qū)來(lái)說(shuō)，該產(chǎn)品有許多的潛在的用戶，該產(chǎn)品是革命性的。

太陽(yáng)能充電器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.能夠滿足用戶的需求，尤其是以前沒(méi)有通電的用戶。

2.使用太陽(yáng)能手機(jī)有助于減少環(huán)境污染。

3.太陽(yáng)能充電器不僅適用于農(nóng)村地區(qū)，也適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)和城市。

參考文獻(xiàn)：

[1]佘艷.基于單片機(jī)的太陽(yáng)能智能充電器的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2019，25（5）：3.

項(xiàng)目基金：泉州信息工程學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助。