基于单片机的太阳能无线充电器设计

文/赵泽百

基于单片机的太阳能无线充电器设计

文/赵泽百

太阳能作为一种近乎无污染的能源，对于改善地球的整体能源状况和环境意义重大，本文利用电磁感应技术与太阳能，研究和设计了一种基于单片机的太阳能无线充电系统。该系统主要由太阳能单晶硅电池板、无线发射电路、无线接收电路、充电电路、5V降压电路、单片机电路、显示屏等组成。

太阳能 无线充电 电磁感应 降压稳压 单片机

本文首先对太阳能无线充电系统进行无线充电电路和太阳能稳压电路的设计，根据设计的电路进行电路板设计和组装，最后得到一套可以实现太阳能无线充电要求的电路板。其中单片机电路通过多路电压采集芯片，收集太阳能板的输出电压和稳压电路的输出电压，在显示屏上输出的电压数字在无线充电电路的标准范围内，这表示允许用户进行无线充电操作。电力发射芯片采用XKT-408芯片和 T5336芯片组合的方式，XKT-408芯片主要是采用电磁感应原理将电能传输到电力接收端并进行电路的实时监控，易于其他原件结合形成高效可靠的无线充电器。T5336芯片可以控制其端口的输出电压来补充电能传输过程中损耗的电压。接收端通过稳压降压输出直流电压，驱动1602液晶显示屏，显示太阳能板的电压和和单片机的电源电压。

1 硬件选型

1.1 太阳能电池板的选型

考虑价格成本和用户的使用方便等因素，本文采用直板式太阳能单晶电池板。短路电流标称值为550mA的太阳能电池板，额定功率为3.3W。在实际测试中，开路电压实际为5.98V，短路电流为535mA，此时的输出功率为3.20W。

1.2 无线电力发射芯片选型

无线电力传输电路，可以采用专用无线电力传输芯片设计，也可以使用分立元件设计。分立元件主要是针对模拟电路，将分立元器件设计成逻辑电路比较困难。采用分立元件自己制作的话，很可能因为设计问题或者操作出错无法调节到正常工作状态，易引起事故。考虑到安全性和稳定性要求，本设计采用专用无线电力发射芯片来做无线电力传输系统。电力发射芯片采用XKT-408芯片和 T5336芯片组合的方式，设计电力发射电路。

1.3 无线电力接收芯片的选型

无线接收芯片采用T3168芯片，该芯片外围电路非常简单，但是却同时具有电磁能量接收和DC-DC降压稳压的功能，因此得到广泛使用。此芯片待机时，芯片内的电路处于完全关闭状态,拥有8mA左右的空载电流, 452L1在有磁体靠近时电路开始工作,此时工作指示灯亮,这样可防止由于无关金属物体靠近而引起错误触发。

1.4 单片机选型

本设计中，由于需要对太阳能电池板和无线接收电路进行电压监控，并智能分析是否满足充电要求，所以必须采用一款智能微处理器。本设计采用89C51单片机作为系统的微处理器。

1.5 A/D转换芯片的选型

PCF8591是一种单片集成且由单独电源供电，较低的功率消耗、8-bit CMOS数据获取器件。在PCF8591器件上输入输出的地址信号、控制信号和数据信号都是通过双线双向I²C总线以串行的方式进行传输。

1.6 5V降压芯片选型

本设计在进行电压数据采集和显示时使用的器件是51单片机。为此，需要5v的电压源为单片机工作提供电压。我们采用A0Z 1016芯片来设计5V电压电路。A0Z1016是AOS公司销售的DC-DC降压稳压芯片，内置肖特基二极管。在简单外围软件的协同下，就可以实现降压的功能。本设计采用该芯片作为单片机供电的5V降压芯片使用。

2 太阳能无线充电系统的硬件电路设计

2.1 无线电力发射电路设计

无线电力发射系统的芯片选用XKT-408A和T5336，XKT-408具有无线电能传输功能，通过控制T5336的7、8号输出口的输出电压，调整LC振荡电路两端的电压，用以补偿电路中因为阻抗损耗和能量传输损耗而降低的电压，使发射线圈发射的电磁波保持正弦信号的变化规律。

2.2 无线电力接收电路设计

无线电力接收电路在设计时，注意到了刚开始接收的为高振荡能量波，为此将其经过D5二极管进行整流，转化为同方向的直流电压，再通过T3168芯片构成的降压稳压电路，在其5端口输出降压后的电压。并通过R21和R22控制输出电压的幅值，则实现了5V的电压输出。

2.3 5V降压电路设计

将A0Z1016稳压芯片接入外围的电池板输出电压约5.5-5.98 V，再结合电容、电感、二极管的连接方式，即可实现芯片的输出为标准的5V电压。

2.4 单片机和液晶屏电路设计

设计采用51单芯片直驱1602液晶屏，显示了太阳能电池板电压和微控制器的电源电压。太阳能电池板输出电压稳定在5V左右，而PCF8591芯片只能测量0-5V的电压，因此通过R1和R3两个10k的电阻对太阳能电池板的输出电压进行分压，使电压减半，在PCF8591芯片的1输入端输入分压值，单片机在进行计算时，将实际得到的数据扩大一倍即可。

3 基于单片机的太阳能充电器系统的软件设计

本设计的核心是STC89c51,根据它的实际需求，软件部分主要由主程序和若干子程序模块组成：有初始化模块、延时模块、数据采集和数据处理模块、还有一些算法和显示模块。虽然这些子模块看似独立，但却不可忽视，他们之间有着一级一级的关系，相互影响着，并且有着密切的联系，上一级的模块控制下一极的模块，并且还有起着一个纽带的作用。该系统的主要工作过程是：启动电路的初始化，然后执行各子模块，最后通过1602液晶显示屏显示。

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作者单位中国移动通信集团吉林有限公司网络优化中心吉林省长春市 130000