基于單片機的太陽能無線充電器設(shè)計

文/趙澤百

基于單片機的太陽能無線充電器設(shè)計

文/趙澤百

太陽能作為一種近乎無污染的能源，對于改善地球的整體能源狀況和環(huán)境意義重大，本文利用電磁感應(yīng)技術(shù)與太陽能，研究和設(shè)計了一種基于單片機的太陽能無線充電系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由太陽能單晶硅電池板、無線發(fā)射電路、無線接收電路、充電電路、5V降壓電路、單片機電路、顯示屏等組成。

太陽能 無線充電 電磁感應(yīng) 降壓穩(wěn)壓 單片機

本文首先對太陽能無線充電系統(tǒng)進(jìn)行無線充電電路和太陽能穩(wěn)壓電路的設(shè)計，根據(jù)設(shè)計的電路進(jìn)行電路板設(shè)計和組裝，最后得到一套可以實現(xiàn)太陽能無線充電要求的電路板。其中單片機電路通過多路電壓采集芯片，收集太陽能板的輸出電壓和穩(wěn)壓電路的輸出電壓，在顯示屏上輸出的電壓數(shù)字在無線充電電路的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，這表示允許用戶進(jìn)行無線充電操作。電力發(fā)射芯片采用XKT-408芯片和 T5336芯片組合的方式，XKT-408芯片主要是采用電磁感應(yīng)原理將電能傳輸?shù)诫娏邮斩瞬⑦M(jìn)行電路的實時監(jiān)控，易于其他原件結(jié)合形成高效可靠的無線充電器。T5336芯片可以控制其端口的輸出電壓來補充電能傳輸過程中損耗的電壓。接收端通過穩(wěn)壓降壓輸出直流電壓，驅(qū)動1602液晶顯示屏，顯示太陽能板的電壓和和單片機的電源電壓。

1 硬件選型

1.1 太陽能電池板的選型

考慮價格成本和用戶的使用方便等因素，本文采用直板式太陽能單晶電池板。短路電流標(biāo)稱值為550mA的太陽能電池板，額定功率為3.3W。在實際測試中，開路電壓實際為5.98V，短路電流為535mA，此時的輸出功率為3.20W。

1.2 無線電力發(fā)射芯片選型

無線電力傳輸電路，可以采用專用無線電力傳輸芯片設(shè)計，也可以使用分立元件設(shè)計。分立元件主要是針對模擬電路，將分立元器件設(shè)計成邏輯電路比較困難。采用分立元件自己制作的話，很可能因為設(shè)計問題或者操作出錯無法調(diào)節(jié)到正常工作狀態(tài)，易引起事故?？紤]到安全性和穩(wěn)定性要求，本設(shè)計采用專用無線電力發(fā)射芯片來做無線電力傳輸系統(tǒng)。電力發(fā)射芯片采用XKT-408芯片和 T5336芯片組合的方式，設(shè)計電力發(fā)射電路。

1.3 無線電力接收芯片的選型

無線接收芯片采用T3168芯片，該芯片外圍電路非常簡單，但是卻同時具有電磁能量接收和DC-DC降壓穩(wěn)壓的功能，因此得到廣泛使用。此芯片待機時，芯片內(nèi)的電路處于完全關(guān)閉狀態(tài),擁有8mA左右的空載電流, 452L1在有磁體靠近時電路開始工作,此時工作指示燈亮,這樣可防止由于無關(guān)金屬物體靠近而引起錯誤觸發(fā)。

1.4 單片機選型

本設(shè)計中，由于需要對太陽能電池板和無線接收電路進(jìn)行電壓監(jiān)控，并智能分析是否滿足充電要求，所以必須采用一款智能微處理器。本設(shè)計采用89C51單片機作為系統(tǒng)的微處理器。

1.5 A/D轉(zhuǎn)換芯片的選型

PCF8591是一種單片集成且由單獨電源供電，較低的功率消耗、8-bit CMOS數(shù)據(jù)獲取器件。在PCF8591器件上輸入輸出的地址信號、控制信號和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線雙向I2C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。

1.6 5V降壓芯片選型

本設(shè)計在進(jìn)行電壓數(shù)據(jù)采集和顯示時使用的器件是51單片機。為此，需要5v的電壓源為單片機工作提供電壓。我們采用A0Z 1016芯片來設(shè)計5V電壓電路。A0Z1016是AOS公司銷售的DC-DC降壓穩(wěn)壓芯片，內(nèi)置肖特基二極管。在簡單外圍軟件的協(xié)同下，就可以實現(xiàn)降壓的功能。本設(shè)計采用該芯片作為單片機供電的5V降壓芯片使用。

2 太陽能無線充電系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計

2.1 無線電力發(fā)射電路設(shè)計

無線電力發(fā)射系統(tǒng)的芯片選用XKT-408A和T5336，XKT-408具有無線電能傳輸功能，通過控制T5336的7、8號輸出口的輸出電壓，調(diào)整LC振蕩電路兩端的電壓，用以補償電路中因為阻抗損耗和能量傳輸損耗而降低的電壓，使發(fā)射線圈發(fā)射的電磁波保持正弦信號的變化規(guī)律。

2.2 無線電力接收電路設(shè)計

無線電力接收電路在設(shè)計時，注意到了剛開始接收的為高振蕩能量波，為此將其經(jīng)過D5二極管進(jìn)行整流，轉(zhuǎn)化為同方向的直流電壓，再通過T3168芯片構(gòu)成的降壓穩(wěn)壓電路，在其5端口輸出降壓后的電壓。并通過R21和R22控制輸出電壓的幅值，則實現(xiàn)了5V的電壓輸出。

2.3 5V降壓電路設(shè)計

將A0Z1016穩(wěn)壓芯片接入外圍的電池板輸出電壓約5.5-5.98 V，再結(jié)合電容、電感、二極管的連接方式，即可實現(xiàn)芯片的輸出為標(biāo)準(zhǔn)的5V電壓。

2.4 單片機和液晶屏電路設(shè)計

設(shè)計采用51單芯片直驅(qū)1602液晶屏，顯示了太陽能電池板電壓和微控制器的電源電壓。太陽能電池板輸出電壓穩(wěn)定在5V左右，而PCF8591芯片只能測量0-5V的電壓，因此通過R1和R3兩個10k的電阻對太陽能電池板的輸出電壓進(jìn)行分壓，使電壓減半，在PCF8591芯片的1輸入端輸入分壓值，單片機在進(jìn)行計算時，將實際得到的數(shù)據(jù)擴大一倍即可。

3 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本設(shè)計的核心是STC89c51,根據(jù)它的實際需求，軟件部分主要由主程序和若干子程序模塊組成：有初始化模塊、延時模塊、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理模塊、還有一些算法和顯示模塊。雖然這些子模塊看似獨立，但卻不可忽視，他們之間有著一級一級的關(guān)系，相互影響著，并且有著密切的聯(lián)系，上一級的模塊控制下一極的模塊，并且還有起著一個紐帶的作用。該系統(tǒng)的主要工作過程是：啟動電路的初始化，然后執(zhí)行各子模塊，最后通過1602液晶顯示屏顯示。

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