太陽(yáng)能無(wú)線充電論文2恢復(fù)

1、- 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）太陽(yáng)能無(wú)線充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)年 級(jí): 學(xué) 號(hào): 姓 名: 專 業(yè): 指導(dǎo)老師: -年-月摘 要太陽(yáng)能是取之不盡用之不竭的清潔能源，在化石燃料日益枯竭的當(dāng)下，各國(guó)都在開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能相關(guān)發(fā)電產(chǎn)品。而無(wú)線充電技術(shù)的發(fā)展已有一段時(shí)間，從第一代電感技術(shù)到目前第二代磁共振技術(shù)的發(fā)展，極大的推動(dòng)無(wú)線充電將成為主流充電技術(shù)之一愿景。美國(guó)家庭任何時(shí)刻平均有10臺(tái)設(shè)備正連接電源，而隨著互聯(lián)設(shè)備的發(fā)展，這一數(shù)字還將繼續(xù)增長(zhǎng)。通過(guò)無(wú)線充電技術(shù)，用戶可以同時(shí)充電多臺(tái)設(shè)備，而不必使用任何線纜。未來(lái)，用戶更可以使用同一無(wú)線充電板給多個(gè)設(shè)備無(wú)線充電，例如智能手機(jī)、智能手表和平板電腦充電，從而擺脫多種多樣的有線

2、充電器。本文設(shè)計(jì)一套太陽(yáng)能無(wú)線充電系統(tǒng)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，然后通過(guò)無(wú)線供電方式，為手機(jī)等設(shè)備供電。首先，項(xiàng)目進(jìn)行了相關(guān)文獻(xiàn)查閱，幫助我們了解到目前太陽(yáng)能無(wú)線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；然后尋找適合本系統(tǒng)的配件和元件，并采用PROTEL軟件繪制原理圖和PCB圖，最后將PCB加工、焊接，得到太陽(yáng)能無(wú)線充電系統(tǒng)硬件電路；最后針對(duì)實(shí)物進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試和計(jì)算，獲得電路相關(guān)電氣參數(shù)。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；無(wú)線充電；PROTEL；測(cè)試；AbstractSolar energy is inexhaustible be inexhaustible clean energy, fossil fuels in the increa

3、sing depletion of the moment, all the countries in the development of solar energy related power products. And the development of the existing wireless charging technology for a period of time, from the development of the first generation to the second generation of inductance technology of magnetic

4、 resonance technology, greatly promoting wireless charging will become the mainstream of the charging technology vision. The average 10 devices are connected with the power supply has America family at any time, and with the development of Internet device, this figure will continue to grow. Through

5、the wireless charging technology, the user can simultaneously charging multiple devices, without the use of any cable. The future, users can use the same wireless charging plate for a plurality of devices such as wireless charging, intelligent mobile phone, tablet computer intelligent watch and char

6、ging, so as to get rid of various cable charger.This paper designs a solar powered wireless charging system, converting solar energy into electrical energy, and then through the wireless power supply mode, the power supply equipment such as mobile phone.First of all, the project of the related docum

7、ents, help us to understand characteristics of the structure of the current solar wireless charging system; and then look for the system of parts and components, and uses the PROTEL software to draw the schematic and PCB map, finally the PCB machining, welding, get the sun can wireless charging syst

8、em hardware circuit; finally based on real data the test and calculation, obtain the relevant electrical parameters of circuit.Keywords: Solar energy wireless charging; PROTEL; test;目 錄第1章緒 論11.1 太陽(yáng)能的意義11.1.1 化石能源11. 1.2 太陽(yáng)能介紹11.1.3 太陽(yáng)能資源及其開(kāi)發(fā)利用特點(diǎn)21.2 無(wú)線充電器的意義3第2章太陽(yáng)能無(wú)線充電器總體電路設(shè)計(jì)42.1 總體電

9、路設(shè)計(jì)需求42.2 總體電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42.3 配件選型52.3.1 太陽(yáng)能電池板選型52.3.2 無(wú)線電力發(fā)射芯片選型52.3.3 無(wú)線電力接收芯片選型62.3.4 單片機(jī)選型62.3.5 A/D轉(zhuǎn)換芯片選型72.3.5 5V降壓芯片選型7第3章太陽(yáng)能無(wú)線充電系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)83.1. 電氣原理圖設(shè)計(jì)83.1.1 無(wú)線電力發(fā)射電路設(shè)計(jì)83.1.2 無(wú)線電力接收電路設(shè)計(jì)83.1.3 5V降壓電路設(shè)計(jì)93.1.4 單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)103.2 PCB電路設(shè)計(jì)113.3 硬件焊接123.4 硬件調(diào)試133.5 性能測(cè)試13第4章太陽(yáng)能無(wú)線充電系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)134.1 軟件系統(tǒng)總體流程設(shè)計(jì)134.2 P

10、CF8591程序設(shè)計(jì)144.3 1602液晶屏設(shè)計(jì)15第5章總結(jié)與展望155.1 總結(jié)155.2 展望15致 謝16參考文獻(xiàn)17第1章 緒 論1.1 太陽(yáng)能的意義1.1.1 化石能源目前，全球使用的能源中，化石能源占很大比重。但是，由于化石能源是不可再生能源，所以帶來(lái)的問(wèn)題也非常多。主要有以下幾個(gè)方面：(1)能源短缺：由于常規(guī)能源的有限性和分布的不均勻性，造成了世界上大部分國(guó)家能源供應(yīng)不足，不能滿足其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，全球已探明的石油儲(chǔ)量只能用到2020年，天然氣也只能 延續(xù)到2040年左右，即使儲(chǔ)量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。因此，如不盡早設(shè)法解決化石能源的替代能源，人類遲早

11、將面臨化石燃料枯竭的危機(jī)局面；(2)環(huán)境污染 ：當(dāng)前，由于燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬(wàn)噸硫等有害物質(zhì)拋向天空，使大氣環(huán)境遭到嚴(yán)重污染，直接影響居民的身體健康和生活質(zhì)量；局部地區(qū)形成酸雨，嚴(yán)重污染水土。這些問(wèn)題最終將迫使人們改變能源結(jié)構(gòu)，依靠利用太陽(yáng)能等可再生潔凈能源來(lái)解決；(3)溫室效應(yīng)：化石能源的利用不僅造成環(huán)境污染，同時(shí)由于排放大量的溫室氣體而產(chǎn)生溫室效應(yīng)，引起全 球氣候變化。這一問(wèn)題已提到全球的議事日程，其影響甚至已超過(guò)了對(duì)環(huán)境的污染，有關(guān)國(guó)際組織已召開(kāi)多次會(huì)議，限制各國(guó)二氧化碳等溫室氣體的排放量。11. 1.2 太陽(yáng)能介紹太陽(yáng)能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能

12、、海洋能、水能等都來(lái)自太陽(yáng)能，廣義地說(shuō)，太陽(yáng)能包含以上各種可再生能源。太陽(yáng)能作為可再生能源的一種，則是指太陽(yáng)能的直接轉(zhuǎn)化和利用。通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能利用的屬于太陽(yáng)能熱利用技術(shù)，再利用熱能進(jìn)行發(fā)電的稱為太陽(yáng)能熱發(fā)電，也屬于這一技術(shù)領(lǐng)域；通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽(yáng)能光發(fā)電技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱太陽(yáng)能光伏技術(shù)。1二十世紀(jì)50年代，太陽(yáng)能利用領(lǐng)域出現(xiàn)了兩項(xiàng)重大技術(shù)突破：一是1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出6的實(shí)用型單晶硅電池，二是1955年以色列Tabor提出選擇性吸收表面概念和理論并研制成功選擇性太陽(yáng)吸收涂層。這

13、兩項(xiàng)技術(shù)突破為太陽(yáng)能利用進(jìn)入現(xiàn)代發(fā)展時(shí)期奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。270年代以來(lái)，鑒于常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力的增加，世界上許多國(guó)家掀起了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能和可再生能源的熱潮。1973年，美國(guó)制定了政府級(jí)的陽(yáng)光發(fā)電計(jì)劃，1980年又正式將光伏發(fā)電列入公共電力規(guī)劃，累計(jì)投入達(dá)8億多美元。1992年，美國(guó)政府頒布了新的光伏發(fā)電計(jì)劃，制定了宏偉的發(fā)展目標(biāo)。日本在70年代制定了“陽(yáng)光計(jì)劃”，1993年將“月光計(jì)劃”（節(jié)能計(jì)劃）、“環(huán)境計(jì)劃”、“陽(yáng)光計(jì)劃”合并成“新陽(yáng)光計(jì)劃”。德國(guó)等歐共體國(guó)家及一些發(fā)展中國(guó)家也紛紛制定了相應(yīng)的發(fā)展計(jì)劃。90年代以來(lái)聯(lián)合國(guó)召開(kāi)了一系列有各國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人參加的高峰會(huì)議，討論和制定世界太陽(yáng)

14、能戰(zhàn)略規(guī)劃、國(guó)際太陽(yáng)能公約，設(shè)立國(guó)際太陽(yáng)能基金等，推動(dòng)全球太陽(yáng)能和可再生能源的開(kāi)發(fā)利用。開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能和可再生能源成為國(guó)際社會(huì)的一大主題和共同行動(dòng)，成為各國(guó)制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。21.1.3 太陽(yáng)能資源及其開(kāi)發(fā)利用特點(diǎn) (1)儲(chǔ)量的“無(wú)限性” 太陽(yáng)能是取之不盡的可再生能源，可利用量巨大。太陽(yáng)每秒鐘放射的能量大約是1.6×1023kW，其中到達(dá)地球的能量高達(dá)8×1013kW，相當(dāng)于6×109t標(biāo)準(zhǔn)煤。按此計(jì)算，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共約1.892×1013千億t，是目前世界主要能源探明儲(chǔ)量的一萬(wàn)倍。太陽(yáng)的壽命至少尚有40億年，相對(duì)

15、于人類歷史來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)可源源不斷供給地球的時(shí)間可以說(shuō)是無(wú)限的。相對(duì)于常規(guī)能源的有限性，太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的“無(wú)限性”，取之不盡，用之不竭。這就決定了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能將是人類解決常規(guī)能源匱乏、枯竭的最有效途徑。1 (2)存在的普遍性 雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽(yáng)能輻射的不均勻，但相對(duì)于其他能源來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能對(duì)于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。這就為常規(guī)能源缺乏的國(guó)家和地區(qū)解決能源問(wèn)題提供了美好前景。1(3)利用的清潔性 太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開(kāi)發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染，加之其儲(chǔ)量的無(wú)限性，是人類理想的替代能源。1(4)利用的經(jīng)濟(jì)性 可以從兩個(gè)方面看太陽(yáng)能利

16、用的經(jīng)濟(jì)性。一是太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，而且在接收太陽(yáng)能時(shí)不征收任何“稅”，可以隨地取用；二是在目前的技術(shù)發(fā)展水平下，有些太陽(yáng)能利用已具經(jīng)濟(jì)性，如太陽(yáng)能熱水器一次投入較高，但其使用過(guò)程不耗能，而電熱水器和燃?xì)鉄崴髟谑褂脮r(shí)仍需耗費(fèi)，有關(guān)研究結(jié)果表明，太陽(yáng)能熱水器已具很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。隨著科技的發(fā)展以及人類開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的技術(shù)突破，太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)更明顯。1 1.2 無(wú)線充電器的意義物理學(xué)家早就知道，在兩個(gè)共振頻率相同的物體之間能有效地傳輸能量，而不同頻率物體之間的相互作用較弱。歌唱家演唱能將裝有不同水量瓶子中的一個(gè)震碎，而不影響其他瓶子就是這個(gè)道理。這也好比我們蕩秋千時(shí)，只需坐在上面讓下垂

17、的雙腿同步擺動(dòng)就能給秋千帶來(lái)動(dòng)力一樣。無(wú)線充電技術(shù)正是利用了這個(gè)原理。同樣，無(wú)線充電技術(shù)也應(yīng)用了電磁波感應(yīng)原理，及相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)，在發(fā)送和接收端用相應(yīng)的線圈來(lái)發(fā)送和接收產(chǎn)生感應(yīng)的交流信號(hào)來(lái)進(jìn)行充電的的一項(xiàng)技術(shù)， 用戶只需要將充電設(shè)備放在一個(gè)“平板”上即可進(jìn)行充電。無(wú)線充電器是指不用傳統(tǒng)的充電電源線連接到需要充電的終端設(shè)備上的充電器，采用了最新的無(wú)線充電技術(shù)，無(wú)線充電技術(shù)在 2007 年獲得了 20 項(xiàng)專利，多種設(shè)備可以使用一臺(tái)充電基站、手機(jī)、MP3 播放器、電動(dòng)工具和其他的電源適配器的有線充電情況將不會(huì)存在了。通過(guò)使用線圈之間產(chǎn)生的磁場(chǎng)，神奇的傳輸電能，電感耦合技術(shù)將會(huì)成為連接充電基站和設(shè)

18、備的橋梁。當(dāng)前的大部分充電器，例如iPod 和iPhone，都通過(guò)金屬電線直接接觸的方式，給設(shè)備內(nèi)置電池充電。無(wú)線充電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于便捷性和通用性。缺點(diǎn)就是效率低和只能提供電能。而Apple 的Dock 連接器不僅僅提供電能，同時(shí)還能把音頻和視頻文件通過(guò)USB 接口同步到設(shè)備上。不過(guò)，無(wú)線充電技術(shù)還是會(huì)給 WiFi 和電池技術(shù)帶來(lái)進(jìn)步的。對(duì)于不需要數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備來(lái)說(shuō)，這一新技術(shù)將會(huì)大大減少用戶所需各種充電器的數(shù)量。另外，通過(guò)采用無(wú)線充電技術(shù)，公共移動(dòng)設(shè)備充電站將會(huì)有可能成為現(xiàn)實(shí)。第2章 太陽(yáng)能無(wú)線充電器總體電路設(shè)計(jì)2.1 總體電路設(shè)計(jì)需求本設(shè)計(jì)是制作一套太陽(yáng)能無(wú)線充電器，所以需要先進(jìn)行太陽(yáng)能穩(wěn)

19、壓和無(wú)線充電電路的研究和設(shè)計(jì)。之后，需要根據(jù)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)和組裝，最后得到一套具有完整功能的電路板。為此，項(xiàng)目首先進(jìn)行了總體電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.2 總體電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)太陽(yáng)能無(wú)線充電電路，主要由太陽(yáng)能電池板、無(wú)線發(fā)射電路、無(wú)線接收電路、充電接口電路、5V降壓電路、單片機(jī)電路等組成。其中，單片機(jī)電路通過(guò)多路電壓采集芯片，獲取到太陽(yáng)能電池板電壓和降壓穩(wěn)壓電路的電壓，如果兩者電壓都正常，則通過(guò)液晶顯示屏提示用戶可放心充電。如果電壓輸出不對(duì)，則提示用戶暫時(shí)不要進(jìn)行手機(jī)充電，需進(jìn)行電路故障排查。本電路總體設(shè)計(jì)如下圖所示： 2.3 配件選型2.3.1 太陽(yáng)能電池板選型目前太陽(yáng)能電池板有折疊式和直板式2

20、種外形結(jié)構(gòu)方式，考慮到實(shí)際使用需求和成本控制，我們采用直板式太陽(yáng)能電池板。目前太陽(yáng)能電池板中，電池板芯有單晶硅、多晶硅、和非晶硅三種，單晶硅、多晶硅在市面上最容易買到，非晶硅因?yàn)楫a(chǎn)量少，購(gòu)買不方便。其中，單晶電池板效率高質(zhì)量好，但是價(jià)格也高；多晶硅效果一般，但是造價(jià)最便宜。為了達(dá)到預(yù)期效果，我們使用的是單晶電池板。電池板輸出電壓和短路電流、功率等參數(shù)介紹如下： 1.開(kāi)路電壓（Voc）：正負(fù)極間為開(kāi)路狀態(tài)時(shí)的電壓。是指把光伏電池置于100mW/c的光源照射下，且光伏電池輸出兩端開(kāi)路時(shí)所測(cè)得的輸出電壓值。光伏電池的開(kāi)路電壓與入射光輻照度的對(duì)數(shù)成正比，與環(huán)境溫度成反比。與電池面積的大小無(wú)關(guān)

21、。 2.短路電流（Isc）：正負(fù)極間為短路狀態(tài)時(shí)流過(guò)的電流。是指將光伏電池在標(biāo)準(zhǔn)光源的照射下，在輸出短路時(shí)流過(guò)光伏電池兩端的電流。測(cè)量短路電流的一般方法是，用內(nèi)阻小于1歐的電流表接到光伏電池的兩端進(jìn)行測(cè)量。  3.輸出功率（Pm）：最大輸出工作電壓（Voc）×最大輸出工作電流（Isc）。 本設(shè)計(jì)中，采用開(kāi)路電壓標(biāo)稱值為6V，短路電流標(biāo)稱值為550mA的太陽(yáng)能電池板，額定功率為3.3W。在實(shí)際測(cè)試中，開(kāi)路電壓實(shí)際為5.98V，短路電流為535mA，此時(shí)的輸出功率為3.20W。2.3.2 無(wú)線電力發(fā)射芯片選型無(wú)線電力傳輸電路，可以采用專用無(wú)線電力傳輸芯片設(shè)計(jì)，也可以使用分立元件

22、設(shè)計(jì)。采用分立元件自己制作的話，很可能因?yàn)樵O(shè)計(jì)疏忽或者操作不當(dāng)，引起事故?？紤]到安全性和穩(wěn)定性要求，本設(shè)計(jì)采用專用無(wú)線電力發(fā)射芯片來(lái)做無(wú)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(jì)電力發(fā)射電路。XKT-408系列集成電路，采用CMOS制程工藝，具有精度高、穩(wěn)定性能好等特點(diǎn)，其專門(mén)用于無(wú)線感應(yīng)智能充電、供電管理系統(tǒng)中，可靠性能高。XKT-408負(fù)責(zé)處理該系統(tǒng)中的無(wú)線電能傳輸功能，采用電磁能量轉(zhuǎn)換原理并配合接收部分做能量轉(zhuǎn)換及電路的實(shí)時(shí)監(jiān)控；負(fù)責(zé)各種電池的快速充電智能控制，XKT-408只需配合極少的外部元件就可以做成高可靠的無(wú)線快速充電器、無(wú)線電源供電器。

23、T5336系列集成電路，采用的也是CMOS制作工藝，專門(mén)用于無(wú)線智能充電中，與XTK-408A配合可形成良好的發(fā)射控制電路，自動(dòng)控制發(fā)射線圈的電磁波發(fā)射電壓和頻率。LC振蕩電路在振蕩過(guò)程中由于線圈的內(nèi)阻不能忽略且在能量傳輸過(guò)程的能量損耗導(dǎo)致電路中振蕩電流肯定會(huì)大幅衰減，這時(shí)通過(guò)控制T5336的7、8號(hào)輸出口電壓，調(diào)整LC振蕩電路兩端的電壓，用以補(bǔ)償電路中阻抗和能量傳輸損耗的電壓，使發(fā)射線圈的發(fā)射的電磁波維持穩(wěn)定正弦交流變化。T5336芯片特性 工作溫度：-55to+125存儲(chǔ)溫度：-65to+150最大工作電壓：15V輸出驅(qū)動(dòng)電流：800mA2.3.3 無(wú)線電力接收芯片選型無(wú)線接收芯片采用T3

24、168芯片，該芯片外圍電路非常簡(jiǎn)單，但是卻同時(shí)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(jī)時(shí)電路完全處于關(guān)閉狀態(tài),空載電流約8mA左右,當(dāng)有磁體靠近452L1時(shí)電路開(kāi)始工作,工作指示燈亮,這樣可防止普通金屬物體靠近而引起誤觸發(fā)。2.3.4 單片機(jī)選型本設(shè)計(jì)中，由于需要對(duì)太陽(yáng)能電池板和無(wú)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(jì)采用89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的微處理器，其具有如下特點(diǎn)：89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read O

25、nly Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。32.3.5 A/D轉(zhuǎn)換芯片選型PCF8591是一個(gè)單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、8-bit CMOS數(shù)據(jù)獲取器件。PCF8591具有4個(gè)模擬輸入、1個(gè)模擬輸出和1個(gè)串行I²C總線接

26、口。PCF8591的3個(gè)地址引腳A0, A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個(gè)I²C總線上接入8個(gè)PCF8591器件，而無(wú)需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過(guò)雙線雙向I²C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。4PCF8591的功能包括多路模擬輸入、內(nèi)置跟蹤保持、8-bit模數(shù)轉(zhuǎn)換和8-bit數(shù)模轉(zhuǎn)換。PCF8591的最大轉(zhuǎn)化速率由I²C總線的最大速率決定。PCF8591 特性：?jiǎn)为?dú)供電；PCF8591的操作電壓范圍2.5V-6V；低待機(jī)電流；通過(guò)I²C總線串行輸入/輸出；PCF8591通過(guò)3個(gè)硬件地址引腳尋址；PCF8591

27、的采樣率由I²C總線速率決定；4個(gè)模擬輸入可編程為單端型或差分輸入；自動(dòng)增量頻道選擇；PCF8591的模擬電壓范圍從VSS到VDD；PCF8591內(nèi)置跟蹤保持電路；8-bit逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器；通過(guò)1路模擬輸出實(shí)現(xiàn)DAC增益。42.3.5 5V降壓芯片選型本設(shè)計(jì)采用51單片機(jī)進(jìn)行電壓采集和顯示。為此，需要為單片機(jī)提供5v的電壓源。我們采用A0Z 1016芯片來(lái)設(shè)計(jì)5V電壓電路。A0Z1016是AOS公司推出的DC-DC降壓穩(wěn)壓芯片，內(nèi)置肖特基二極管。僅需要幾個(gè)外圍器件，就可以實(shí)現(xiàn)降壓的功能。本設(shè)計(jì)采用該芯片作為單片機(jī)供電的5V降壓芯片使用。第3章 太陽(yáng)能無(wú)線充電系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.

28、1. 電氣原理圖設(shè)計(jì)3.1.1 無(wú)線電力發(fā)射電路設(shè)計(jì)無(wú)線電力發(fā)射電路核心元件為XKT-408A 和T5336，電路圖如下所示：我們的無(wú)線電力發(fā)射電路，直流輸入電壓是在5.5V-5.98V的范圍內(nèi)。在XKT-408A的控制下，通過(guò)T5336輸出一個(gè)可控的低電壓。直流電壓與T5336的輸出電壓的電壓差控制銅線圈和C11的LC振蕩電路，發(fā)射出穩(wěn)定的高頻電磁波。 該電路外圍器件簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠。3.1.2 無(wú)線電力接收電路設(shè)計(jì)無(wú)線接收端電路核心芯片是T3168，電路圖如下所示：由于發(fā)射端傳輸過(guò)來(lái)的能量為高頻震蕩波，如果直接給手機(jī)充電，會(huì)對(duì)手機(jī)產(chǎn)生很惡劣的影像。為此，需要先將高頻振蕩波轉(zhuǎn)換成直流電壓輸出，

29、然后將電壓進(jìn)行降壓穩(wěn)壓。為此，本電路在接收到無(wú)線端電量后，首先通過(guò)二極管進(jìn)行整流，獲得直流電壓。然后通過(guò)由T3168芯片構(gòu)成的降壓穩(wěn)壓電路，實(shí)現(xiàn)5v電壓的輸出。T3168芯片，通過(guò)R21和R22可以調(diào)節(jié)輸出電壓，為了實(shí)現(xiàn)5V輸出，本例采用6.2k與2k的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。3.1.3 5V降壓電路設(shè)計(jì)5V降壓芯片采用AOZ1016芯片，具體電路如下所示：A0Z1016是AOS公司推出的DC-DC降壓穩(wěn)壓芯片，內(nèi)置肖特基二極管。僅需要幾個(gè)外圍器件，就可以實(shí)現(xiàn)降壓的功能。本設(shè)計(jì)中采用R4和R9兩個(gè)電阻來(lái)設(shè)定芯片的輸出電壓。當(dāng)兩者分別為10K,1.58K時(shí)，芯片輸出標(biāo)準(zhǔn)的5v電壓，供單片機(jī)工作。3.1.4

30、單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)51單片機(jī)系統(tǒng)電路如下所示： 1. 51單片機(jī)核心電路介紹：1）電源電路：向單片機(jī)供電。本設(shè)計(jì)采用AOZ1016芯片提供5V電源。2）時(shí)鐘電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)工作的時(shí) 間基準(zhǔn)，決定單片機(jī)工作速度。本設(shè)計(jì)采用11.0592M晶振提供外部時(shí)鐘。3）復(fù)位電路： 確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。本設(shè)計(jì)采用電容和電阻實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位功能。2 液晶屏電路本設(shè)計(jì)采用1602液晶屏，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也

31、有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。本設(shè)計(jì)采用51單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)1602液晶屏，顯示太陽(yáng)能電池板電壓和單片機(jī)電源電壓。3 太陽(yáng)能電池板電壓采集電路由于PCF8591芯片，能夠測(cè)量0-5V電壓，超過(guò)5v的電壓就無(wú)法測(cè)量。而電池板輸出電壓一般都超過(guò)5v，所以需要把電池板分壓進(jìn)行測(cè)量。本設(shè)計(jì)采用2個(gè)10k電阻進(jìn)行電壓減半，然后在單片機(jī)運(yùn)算時(shí)，將實(shí)際采集的電壓增大一倍即可。實(shí)際使用中，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)讀取電池板電壓的誤差不超過(guò)5%。3.2 PCB電路設(shè)計(jì)在系統(tǒng)的硬件選型與設(shè)計(jì)完成后，為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性，必須經(jīng)過(guò)PCB制板檢驗(yàn)，制板工具采用的是Protel99SE。PCB制板是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重要的

32、一項(xiàng)，步驟如下：電路板整體設(shè)計(jì)。在繪制PCB之前，首先對(duì)電路板有一個(gè)初步的設(shè)計(jì)，例如采用幾層電路板、元件采用何種封裝及其安放位置、采用多大的尺寸等。這些能確定電路板設(shè)計(jì)的框架，是一項(xiàng)重要工作。建立元器件封裝。一般來(lái)說(shuō)，有些元器件的封裝在Protel99SE中已經(jīng)建好，用戶可直接使用。但是對(duì)于特殊的元器件，用戶要自己建立原理圖和PCB元件封裝，在原理圖和PCB圖中才可以調(diào)用。自己建立的元器件封裝也可導(dǎo)入Protel99SE內(nèi)部元件庫(kù)，以后可直接調(diào)用。繪制電路原理圖。首先將使用到的元器件載入原理圖，并擺放整齊，擺放的時(shí)候盡量使電路圖走線方便。然后按照自己設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行接線，接線的目的是建立網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)

33、，凡事接在一起的引腳，都將會(huì)共用統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。繪制好的電路原理圖需進(jìn)行ERC校驗(yàn)，沒(méi)有電氣錯(cuò)誤后，將PCB封裝與原理圖封裝一一對(duì)應(yīng)輸入。創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表并導(dǎo)入PCB圖中。繪制好電路原理圖后，首先生成網(wǎng)絡(luò)表，然后將網(wǎng)絡(luò)表和元器件封裝一同載入PCB圖中。按照預(yù)先規(guī)劃的布局，將元器件合理的擺放在PCB板上。布線。在Protel99SE中，布線既可以是采用手動(dòng)方式，也可以委托軟件自動(dòng)進(jìn)行。對(duì)于自動(dòng)布線，Protel99的自動(dòng)布線往往還有很多令人不滿意的地方，為此我們采用手動(dòng)布線的方式完成PCB制板設(shè)計(jì)。PCB電氣規(guī)則檢查。在完成手動(dòng)布線之后，為了檢驗(yàn)是否有短路或者斷路的情況發(fā)生，常對(duì)PCB板進(jìn)行電氣規(guī)則檢查

34、。若出現(xiàn)錯(cuò)誤，Protel99SE會(huì)將該元件或者連接線標(biāo)記綠色，讓人一目了然。當(dāng)電氣規(guī)則檢查結(jié)果通過(guò)時(shí)，才可將PCB文件交給加工廠加工。最終PCB板圖如圖3-1所示：圖3-1 系統(tǒng)硬件電路板圖3.3 硬件焊接電路板加工好之后，首先目視檢查是否有線路短路或者斷路、元器件焊盤(pán)丟失等情況，如果沒(méi)有，才能進(jìn)行硬件焊接。本系統(tǒng)采用的均是貼片芯片，所以需要用到刀口烙鐵、助焊劑、0.5mm焊錫絲、鑷子等工具。焊接時(shí)，應(yīng)按照元件在在板子上的高度從低到高依次焊接。首先焊接核心芯片、貼片電阻電容，然后焊接晶振、單排插針，在焊接電源插頭、電源模塊等。焊接好的電路板如圖所示：圖5-2 硬件實(shí)物圖3.4 硬件調(diào)試調(diào)試時(shí)，所使用的儀器儀表有：如開(kāi)關(guān)可調(diào)電源、數(shù)字萬(wàn)用表等。調(diào)試過(guò)程如下：首先電路板先不接太陽(yáng)能電池板，直接提供6V的電源作為系統(tǒng)輸入，此時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)量單片機(jī)供電電路電壓，也就是AOZ1016芯片輸出的電壓；其次是無(wú)線電力發(fā)射電路的電壓和無(wú)線電力接收電路的電壓。如果電壓都正常，再連接上太陽(yáng)能電池板，并進(jìn)行戶外測(cè)試。如果不正常，則需要針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行故障排查。3.5 性能測(cè)試為了得到系統(tǒng)的性能參數(shù)，本設(shè)計(jì)針對(duì)硬件電路進(jìn)行了測(cè)試，數(shù)據(jù)如下：待實(shí)物出來(lái)后完善第4章 太陽(yáng)能無(wú)線充電系統(tǒng)軟件設(shè)