基于单片机的太阳能无线手机充电器的设计

摘要

0 引 言

在当今社会快速发展的背景下，在环保节能的大趋势下作为一种新型能源技术太阳能已经得到了广泛的应用智能手机蓝牙耳机无线键盘等设备及共享单车等也纷纷进入无线时代然而智能手机充电器仍然受到传统有线充电方式的束缚为了克服这些制约我们提出了一款基于单片机原理的便携式太阳能无线智能手机充分享电器

1 总体方案设计

该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、手机充电电路及充电保护电路等部分构成，并通过将太阳能转化为电能实现对手机等移动设备的无线供电功能。具体设计框图见图1

2 硬件设计

2.1 太阳能充电及降压稳压电路设计

该系统采用太阳能电池板高效地将光能转化为电能，并针对太阳光照强度波动导致的系统性问题进行了优化设计。具体而言，在单个太阳能电池板无法满足稳定运行需求的情况下，在电路中加入了多块相同的太阳能电池板进行串并联组合使用，在此基础之上再结合稳态电源变换器对系统进行调节控制，并最终完成对储电设备的有效供电保障工作。在电路设计中采用了DC-DC型降压稳流芯片AOZ1016来进行降级调制操作，并通过调节R4和R9等关键电阻元器件来设置目标工作状态下的输出参数值：其中当两个电阻分别取值于 R_4 = 10\text{k}\Omega 、 R_9 = 1.58\text{k}\Omega 时，在正常负载运行状态下能够精确地输出标准的工作端口电压值 V_{out} = 5\text{V}至储能设备。

2.2 无线电力发射接收电路设计

本文所设计的无线充电系统采用了一种转换方式，在储存在蓄电池中的直流电经过发射电路被转换为高频交流电。通过电磁耦合作用下接收器接收到该高频交流电，并随后通过滤波稳压电路进一步处理这些信号。无线发射电路与接收电路的具体结构如图3（a）、（b）所示。

在XKT-408A 控制时, 使用T5336芯片输出可调节的低电平信号. 两者的电压差从而影响了L C振荡回路的工作状态, 最终实现了稳定的高频电磁波发射. 接收端输入的是高频振荡信号, 如果直接向手机供电会导致严重的损害. 因此, 在接收过程中需将高频信号转换为稳定直流电源后再进行降压稳压处理. 当接收到无线供电信息时, 系统会首先采用二极管完成全波整流处理, 得到稳定直流电能后再由T3168芯片组成的降压稳压模块输出标准五伏电源以供手机使用

2.3 单片机监控电路的设计

通过智能控制策略确保充电过程的安全与高效管理。 采用单片机技术实施充电过程的智能化管理，并通过电压监测模块与安全防护装置协同作用来全面保障蓄电池的安全运行。 监控与报警系统及其相关电路配置如图4所示。

3 软件设计

为了达成对充电过程的智能监控及过充保护的目的，在过充保护方面也需要采取相应的措施；为此需要设计相应的控制程序；其流程如图5所示

4 调试与优化

通过软硬件协同测试，在无线充电系统中实现了基础功能的支持，并在图6中展示了实物配置。

5 结 语

本研究开发了一款新型太阳能无线手机充电系统，在储能环节中采用串联与并联组合的方式提升系统电压水平，并经稳压电路将能量传递至蓄电池；采用无线发射模块将储存的直流电转换为高频交流信号，在接收端经电磁耦合方式由无线接收模块捕获信号并完成能量传递；再经滤波与稳压电路进一步优化能量品质的同时嵌入单片机实现智能化控制策略，并配置多重保护机制以确保系统的安全运行。然而目前所设计的无线供电系统受传输距离限制影响较大其稳定性有待进一步提升；未来研究计划将引入"太空太阳能发电"技术方案以拓展其应用范围