基于单片机的太阳能无线手机充电器的设计

2019-12-11王阳朱铝芬高宇程凯

物联网技术 2019年11期

王阳朱铝芬高宇程凯

摘要：为了解决手机户外无法充电而不能正常使用的问题，设计一款基于单片机的便携式太阳能无线智能手机充电器，利用太阳能电池板将光能转换为电能，由降压稳压电路将电能存储于蓄电池中，通过无线电力传输模块将电能传输至手机终端，由降压稳压处理后给手机充电，并结合单片机对充电过程进行智能监控，有效保护蓄电池。实验结果表明，该无线充电器在光能充足、距离适当的情况下，能够有效实现太阳能无线充电。

关键词：太阳能;无线传输;单片机;蓄电池;智能监控;降压稳压电路

中图分类号：TP202文献标识码：A文章编号：2095-1302（2019）11-00-03

0 引言

现代社会，科技高速发展，太阳能作为绿色环保能源被广泛应用，手机、耳机、键盘甚至共享单车也都进入无线时代，而手机充电器却依然被电源、插座和数据线束缚着。太阳能作为绿色环保能源有着无可比拟的优势，简单便捷的无线充电方式也必将逐渐替代传统的有线充电，特别是在缺乏电能的地方，太阳能无线充电具有较高的使用价值，故研制一款便携式太阳能无线手机充电器非常有意义。

然而，市面上的一些太阳能无线充电器普遍存在以下问题：

（1）太阳光照强度的变化引起太阳能电压输出不稳定;

（2）无线传输的稳定性不强及距离限制问题;

（3）蓄电池充电保护不完善;

（4）不具备显示、报警功能。

针对上述问题，本文设计一款基于单片机的便携式太阳能无线智能手机充电器。

1 总体方案设计

太阳能无线手机充电器主要由太阳能电池板、降压稳压电路、无线电力传输电路、单片机电压采集监控电路、无线电力接收电路、手机充电电路、充电保护电路等组成，实现将太阳能转换成电能，通过无线供电方式为手机等设备供电。具体设计框图如图1所示。

2 硬件设计

2.1 太阳能充电及降压稳压电路设计

利用太阳能电池板可直接将光能转换为电能，为了解决太阳光照强度不稳定导致电压不稳定的问题，本文采用多块太阳能电池板进行串并联以提高电压，再利用稳压器降压后给蓄电池供电，从而确保输出相对稳定的电压。太阳能降压稳压电路设计如图2所示。利用DC-DC降压稳压芯片AOZ1016实现降压功能，通过R4和R9电阻设定芯片的输出电压。当两者分别为10 kΩ，1.58 kΩ时，芯片输出标准的

5 V电压给蓄电池供电。

2.2 无线电力发射接收电路设计

本文设计采用无线充电的方式，由发射电路将储存在蓄电池中的直流电转变为高频交流电，经电磁耦合由接收器接收，再经由滤波稳压电路处理。

无线发射电路、接收电路分别如图3（a），（b）所示。

无线发射电路中，在XKT-408A的控制下，通过T5336输出一个可控的低电压。直流电压与T5336输出电压的电压差控制铜线圈和C11的LC振荡电路，发射出稳定的高频电磁波。

发射端传输过来的电压为高频震荡波，如果直接给手机充电，会对手机产生较恶劣的影响。因此，无线接收电路需要先将高频振荡波转换成直流电压输出，再将电压进行降压稳压处理。接收到无线端电量后，首先通过二极管进行整流，获得直流电压，然后通过由T3168芯片构成的降压稳压电路输出5 V电压给手机充电。

2.3 单片机监控电路的设计

为了实现充电过程的智能控制及充电保护，利用单片机实现充电过程的智能控制，并结合电压检测电路和保护电路以充分保护蓄电池。监控报警电路如图4所示。

3 软件设计

为了实现对充电过程的智能监控及过充保护，需要进行相应的控制程序设计，其流程如图5所示。

4 调试与优化

通过软硬件联调，实现无线充电的基本功能，实物如图6所示。