一種多功能節(jié)能移動(dòng)電源的設(shè)計(jì)

劉珈利，王志坤，柳啟玉

(德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023)

一種多功能節(jié)能移動(dòng)電源的設(shè)計(jì)

劉珈利，王志坤，柳啟玉

(德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023)

本設(shè)計(jì)為一款多功能節(jié)能移動(dòng)電源，其以單片機(jī)控制系統(tǒng)為核心，包括發(fā)電部分，電源部分，移動(dòng)硬盤，轉(zhuǎn)換模塊，收音機(jī)和MP3等多種功能模塊。該產(chǎn)品具有兩大特色，一是帶有自發(fā)電功能；二是帶有用于娛樂的多種功能。自發(fā)電模塊包括太陽能發(fā)電與手搖發(fā)電。該產(chǎn)品利用太陽能發(fā)電與手搖發(fā)電，解決了電子產(chǎn)品經(jīng)常沒電的困擾，而且節(jié)約了能源，十分符合節(jié)能減排的理念。娛樂功能包括收音機(jī)、MP3和移動(dòng)硬盤三個(gè)部分。該產(chǎn)品在功能上與娛樂設(shè)施結(jié)合在一起，打破了移動(dòng)電源功能單一的問題。而且該款移動(dòng)電源的設(shè)計(jì)極為輕巧，易于攜帶，適用于外出旅游者使用。

太陽能；移動(dòng)電源；節(jié)能；自發(fā)電

隨著時(shí)代的變遷，科技的蓬勃發(fā)展，人們的休閑娛樂方式有了極大的改變，尤其是電子產(chǎn)品已成為當(dāng)代人休閑娛樂的主要方式?，F(xiàn)今，我們的工作與生活時(shí)刻離不開電子產(chǎn)品，尤其是與人們生活具有極大關(guān)聯(lián)的手機(jī)。然而，由于手機(jī)等電子產(chǎn)品電量容量的關(guān)系，經(jīng)常會(huì)碰到?jīng)]電的情況。因此，移動(dòng)電源應(yīng)需求而出，既方便攜帶，又可以隨時(shí)隨地的為電子產(chǎn)品進(jìn)行充電。而隨著石油、煤炭等資源日趨減少，能源問題日益成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，我們應(yīng)大力開發(fā)新能源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力?；诖耍疚奶岢隽艘环N多功能節(jié)能移動(dòng)電源。

該款移動(dòng)電源擁有兩種自發(fā)電功能，可利用太陽能發(fā)電與手搖發(fā)電，并且其在原有功能的基礎(chǔ)上增加了一些娛樂設(shè)備，如MP3、移動(dòng)硬盤與收音機(jī)功能，以便于外出旅行者攜帶。當(dāng)人們在野外手機(jī)沒電時(shí)，只需將移動(dòng)電源放在陽光下十分鐘，便足以使人們撥打幾個(gè)電話，可應(yīng)對突發(fā)事件的發(fā)生。若是在晚上或是陰天時(shí)手機(jī)沒電，手搖發(fā)電便可為人們提供電量來源。同時(shí)它還相當(dāng)于一款移動(dòng)硬盤，可通過數(shù)據(jù)線將文件傳輸?shù)揭苿?dòng)硬盤中存儲(chǔ)起來，防止信息的丟失。

1 整體設(shè)計(jì)方案

一種多功能節(jié)能移動(dòng)電源的整體設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)框圖如圖1所示，主要包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、發(fā)電部分、電源部分、移動(dòng)硬盤、轉(zhuǎn)換模塊、收音機(jī)和MP3等多種功能模塊。該款移動(dòng)電源以單片機(jī)控制系統(tǒng)為核心，通過太陽能發(fā)電部分、手搖發(fā)電部分與外接電源來提供其電量來源，通過收音機(jī)與MP3模塊來實(shí)現(xiàn)其娛樂功能，通過移動(dòng)硬盤模塊來實(shí)現(xiàn)其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能。功能多樣并與娛樂設(shè)施結(jié)合在一起，打破了傳統(tǒng)移動(dòng)電源功能單一的問題，并有多種自充電方式，能夠滿足特殊條件下移動(dòng)電源充電難的問題，極為適合當(dāng)前人們使用。

圖1 整體設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)框圖

1.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)

該單片機(jī)控制系統(tǒng)采用的是STC89C52RC單片機(jī)，其包含3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，復(fù)位電路，32位I/O口等能夠完全滿足系統(tǒng)的需要。并且其可以通過串口直接下載程序，不需要專門的編輯器。該單片機(jī)的引腳圖如圖2所示。

圖2 STC89C52RC單片機(jī)引腳

1.2 電源部分

該電源部分由鋰電池、電源穩(wěn)壓器與升壓穩(wěn)壓裝置組成。由于只有波形穩(wěn)定的電源才能使單片機(jī)上電復(fù)位，為使單片機(jī)正常工作，所以需要電源穩(wěn)壓器對電源進(jìn)行處理。而單片機(jī)需要5 V電壓，因此必須將太陽能等轉(zhuǎn)換來的電壓進(jìn)行降壓、穩(wěn)壓處理之后才能給單片機(jī)供電。電源穩(wěn)壓器采用7805芯片，輸出電壓固定為5 V。

78系列穩(wěn)壓器應(yīng)用電路如圖3所示，該電路輸出的為直流電壓，并且其大小為+5 V。此外，為避免太陽能發(fā)電與手搖發(fā)電所產(chǎn)生的電量無法達(dá)到移動(dòng)電源的使用要求，我們在移動(dòng)電源的設(shè)計(jì)中加入了USB插口，可通過外接電源給移動(dòng)電源充電。

1.3 發(fā)電部分

該發(fā)電部分包括太陽能發(fā)電模塊與手搖發(fā)電模塊兩大模塊。太陽能發(fā)電模塊可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，其原理是通過光化學(xué)效應(yīng)或者光電效應(yīng)直接把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，之后再通過降壓、穩(wěn)壓處理后存儲(chǔ)到鋰電池中。在當(dāng)今社會(huì)，太陽能成為一種新型清潔能源，并且開始逐步為廣大人民所使用。隨著光能與電能之間轉(zhuǎn)化效率的提高，較小的一塊太陽能電池板所提供的電壓與電流便足夠滿足小用電器的需要，并且太陽能發(fā)電極為方便快捷，只要擁有充足的太陽光就可以滿足光電轉(zhuǎn)化的需求，而且太陽能電池板提供的為直流電源，相比于交流電更為安全。因此，本設(shè)計(jì)作品加上了太陽能發(fā)電裝置。

圖3 78系列穩(wěn)壓器應(yīng)用電路

手搖發(fā)電部分可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，其原理是當(dāng)手柄旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行磁力切割，產(chǎn)生交變的電流，通過整流穩(wěn)壓后即可得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，然后將電量存儲(chǔ)在蓄電池中。手搖發(fā)電部分是相對于太陽能發(fā)電模塊做一個(gè)補(bǔ)充，當(dāng)碰到一些特殊情況又急需用電，我們可以通過手搖發(fā)電為用電器充電以應(yīng)對緊急情況。

1.4 轉(zhuǎn)換模塊

由于STC89C52RC單片機(jī)中不包含A/D轉(zhuǎn)換模塊，所以需要外加一個(gè)轉(zhuǎn)換模塊。該轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)電路圖如圖4所示，模數(shù)轉(zhuǎn)換就是將輸入的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，可以使單片機(jī)能夠讀取數(shù)據(jù)信息，并對外部電路進(jìn)行控制。

圖4 轉(zhuǎn)換模塊原理圖

1.5 移動(dòng)硬盤模塊

該設(shè)計(jì)作品在內(nèi)部安裝了移動(dòng)硬盤模塊，所占空間大約為2.5英寸大小，其內(nèi)存容量可達(dá)320GB，其接口采用USB2.0接口，大幅度提高了傳輸速率。它不僅可以存儲(chǔ)大量重要的數(shù)據(jù)，還解決了人們外出時(shí)手機(jī)內(nèi)存不足的困擾，防止了數(shù)據(jù)的丟失。

2 結(jié)束語

目前市場上的移動(dòng)電源主要是用來對手機(jī)與平板電腦進(jìn)行充電，由于電子元件的高速更新?lián)Q代，單一的充放電功能已經(jīng)不能滿足消費(fèi)者的使用需求，因此我們設(shè)計(jì)開發(fā)了這款移動(dòng)電源。我們這款移動(dòng)電源具有自發(fā)電裝置，可通過太陽能發(fā)電和手搖發(fā)電，能夠防止在野外手機(jī)沒電，以應(yīng)對突發(fā)事件的產(chǎn)生。而且該產(chǎn)品利用太陽能等清潔能源，綠色環(huán)保，十分符合節(jié)能減排的理念，也響應(yīng)了我國低碳環(huán)保的號召。再加上收音機(jī)、MP3功能、移動(dòng)硬盤和藍(lán)牙功能，使移動(dòng)電源功能多樣化，而且方便攜帶，物美價(jià)廉，滿足了消費(fèi)者的需求。

[1] 姚歡. 基于太陽能的移動(dòng)電源[G].天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì),2012.6.

[2] 蓋志武,馬洪斌,胡林獻(xiàn),等. 新型多功能移動(dòng)電源[J].移動(dòng)電源與車輛,2002(2)：6-7.

[3] 李珂,武家勝,楊澤偉,等. 太陽能發(fā)電研究應(yīng)用進(jìn)展[J]. 浙江電力,2009(6)：53-56.

[4] 李勇峰,王小朋,黃娟. 多功能太陽能移動(dòng)電源箱的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2013(18):157-159.

[5] 陳維,沈輝. 太陽能光伏應(yīng)用中的蓄電池研究[J].電池,2006,36(1):67-68.

[6] 余志生. 汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

Design of a Multifunctional Energy Saving Mobile Power Supply

Liu Jiali, Wang Zhikun, Liu Qiyu

(SchoolofMechanicalandElectronicalEngineering,DezhouUniversity,DezhouShandong253023,China)

This design is a multifunctional energy saving mobile power supply, the single-chip microcomputer control system is taken as the core, including power generation parts, power supply, mobile hard disk, conversion module, the radio and MP3 and other functions module. The product has two characteristics, one with a self generating device; another is a variety of features for entertainment. Self generating electrical devices include solar power device and hand power generation device. The product uses solar power and hand power generation not to solve the problem that electronic products often do not have electricity, but also saves energy, it is in line with the concept of energy saving and emission reduction. The entertainment module comprises three parts of radio, MP3 and mobile hard disk. The product combines its function with entertainment facilities together to break the single function of the mobile power. And the design of the mobile power supply is very lightweight, easy to carry and suitable for the use of tourists.

solar energy; portable source; energy conservation; self generating

2017-04-09

劉珈利(1995- )，男，本科生，主要研究方向:機(jī)械制造及其自動(dòng)化。

1674- 4578(2017)03- 0020- 03

TM91

A