基于太阳能的手机充电系统设计与实现

林汉泽 许永坤 黄小春 韩浩霖

摘要：地球不可再生资源短缺与大自然环境污染使太阳能的开发利用成为世界各国可持续发展的能源发展战略。与普通充电器相比，太阳能充电器的特点之处在于其能量來源于太阳能电池板。合理利用太阳能符合我国的绿色环保理念。

关键词：太阳能手机充电器;单晶硅太阳能电池板

一、太阳能的手机充电系统概述

（一）太阳能源介绍

进入二十一世纪后，太阳能业蓬勃发展。在日益严重的资源短缺和环境污染的压力下，绿能源产业的发展不仅是一个经济问题，也是一个环境保护和能源替代问题。目前，光伏电池主要用于大规模的并网发电和非并网发电，而且类似的消费品例子很少。

（二）太阳能电池板工作原理

太阳能光伏电池的工作原理是它们接受太阳能转化为电能的过程，因此受到太阳强度、电池温度等外部因素的影响，会影响太阳能电池的特性。因此，需要一个好的控制系统来控制这个电路。

二、基于太阳能的手机充电系统设计与实现

（一）整体设计

由于日照变化大，太阳能电池板内阻高，输出电压不稳定，输出电流低。为此，充电控制电路必须将面板中的直流电压转换为蓄电池充电。如果照明良好，太阳会被太阳能电池吸收，将光能转化为电能。当电池充满电且未及时停止充电时，电池会被加热，因为充电是快速充电的大电流。过载将严重损害电池寿命，这需要复杂的控制系统。

（二）硬件实现

太阳能手机充电系统具备自动充电系统、环境监测系统、温度保护系统、蓄电系统、太阳能板伸缩系统。

（三）模块划分为：

1.太阳能接收模块

当照明条件合适时，太阳能电池板吸收太阳并将其转化为电能。由于充电器采用大电流快速充电的方式，如果不立即停止充电，电池会发热，过度充电会严重损坏电池的使用寿命。89C52芯片可以作为一种经济高效的智能充电控制器。此外，它还可以为其他小型电子产品提供清洁稳定的电源。

2.DC/DC电源变换模块

温度测量是在电池外壳上安装DS18B20数字温度传感器，通过在线测量电池温度来发现电池温度异常的一种方法。受温度系数影响的振荡器输出是通过DS18B20内部温度寄存器的脉冲数接收的数字温度数据。DS18B20温度传感器连接到单片机P1.7引脚。

DC-DC通过太阳能电池板将太阳能转换为电能，使电路有更合适的电源，就可以为手机电池和蓄电池充电。电池在线监测系统的关键是正确监测终端电压、剩余功率和电池温度，计算电池的电位和内阻，以管理电气设备的功耗，防止电池在电力设备运行过程中损坏。蓄电池的端子电压是在正极和负极端子上测得的实际电压。蓄电池的工作状态也会不同，端子电压也会不同。当电池放电时，其终端电压为U=E-IR。电池的剩余功率与电池的终端电压有一定的关系。因此，在某些条件下，电池的剩余功率是通过其与终端电压的关系获得的。电池检测端口连接至P1.0引脚。

3.自动充电模块

该模块通过太阳能电池板将太阳能转换为电能。PWM波由单片机编程控制开关管，实现输出电压和电流的变化。初始状态和大小由显示电路指示。通过ADC0809数据采集和转换，将其传输到单片机进行评估和处理，实现电路的智能输出和控制。

4.显示模块

显示模块采用LCD12864液晶屏幕，74LS245的选择和传输方向由单片机的P2.6和P2.7控制，驱动LCD12864的正常显示。LCD模块上的RS、R/W和E引脚分别由P3.2、P3.3和P3.4控制，实现LCD模块的读写操作，显示电池的电量和电池的表面温度值。

三、结语

使用太阳能为手机供电的创新似乎不是一个难以想象的想法。但对于南美洲和非洲等许多尚未连接到电源或电力的地区来说，该产品有许多的潜在的用户，该产品是革命性的。

太阳能充电器具有以下优点：

1.能够满足用户的需求，尤其是以前没有通电的用户。

2.使用太阳能手机有助于减少环境污染。

3.太阳能充电器不仅适用于农村地区，也适用于偏远地区和城市。

参考文献：

[1]佘艳.基于单片机的太阳能智能充电器的设计[J].机电产品开发与创新，2019，25（5）：3.

项目基金：泉州信息工程学院大学生创新创业训练计划项目资助。