太阳能无线充电论文2(恢复).doc

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1、|- 大 学毕业设计（论文）太阳能无线充电系统设计年 级: 学 号: 姓 名: 专 业: 指导老师: -年-月|摘 要太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源，在化石燃料日益枯竭的当下，各国都在开发太阳能相关发电产品。而无线充电技术的发展已有一段时间，从第一代电感技术到目前第二代磁共振技术的发展，极大的推动无线充电将成为主流充电技术之一愿景。美国家庭任何时刻平均有 10 台设备正连接电源，而随着互联设备的发展，这一数字还将继续增长。通过无线充电技术，用户可以同时充电多台设备，而不必使用任何线缆。未来，用户更可以使用同一无线充电板给多个设备无线充电，例如智能手机、智能手表和平板电脑充电，从而摆脱多种多

2、样的有线充电器。本文设计一套太阳能无线充电系统，将太阳能转换成电能，然后通过无线供电方式，为手机等设备供电。首先，项目进行了相关文献查阅，帮助我们了解到目前太阳能无线充电系统的结构特点；然后寻找适合本系统的配件和元件，并采用 PROTEL 软件绘制原理图和PCB 图，最后将 PCB 加工、焊接，得到太阳能无线充电系统硬件电路；最后针对实物进行数据测试和计算，获得电路相关电气参数。关键词：太阳能；无线充电；PROTEL；测试；|AbstractSolar energy is inexhaustible be inexhaustible clean energy, fossil fuels in

3、the increasing 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 o

4、f magnetic 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

5、. Through 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 watc

6、h and charging, 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 rel

7、ated documents, 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 cha

8、rging system 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 录第 1 章 绪 论 .11.1 太阳能的意义 .11.1.1 化石能源 .11. 1.2 太阳能介绍 .11.1.3 太阳能资源及其开发利用特点 .21.2 无线充电器的意义 .3第 2 章 太阳能无线充电

9、器总体电路设计 .42.1 总体电路设计需求 .42.2 总体电路结构设计 .42.3 配件选型 .52.3.1 太阳能电池板选型 .52.3.2 无线电力发射芯片选型 .52.3.3 无线电力接收芯片选型 .62.3.4 单片机选型 .62.3.5 A/D 转换芯片选型 .72.3.5 5V 降压芯片选型 .7第 3 章 太阳能无线充电系统硬件电路设计 .83.1. 电气原理图设计 .83.1.1 无线电力发射电路设计 .83.1.2 无线电力接收电路设计 .83.1.3 5V 降压电路设计 .93.1.4 单片机系统电路设计 .103.2 PCB 电路设计 .113.3 硬件焊接 .123

10、.4 硬件调试 .133.5 性能测试 .13第 4 章 太阳能无线充电系统软件设计 .134.1 软件系统总体流程设计 .134.2 PCF8591 程序设计 .144.3 1602 液晶屏设计 .15第 5 章 总结与展望 .155.1 总结 .15|5.2 展望 .15致 谢 .16参考文献 .17|第 1 章 绪 论1.1 太阳能的意义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，所以带来的问题也非常多。主要有以下几个方面：(1)能源短缺：由于常规能源的有限性和分布的不均匀性，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满足其经济发展的需

11、要。从长远来看，全球已探明的石油储量只能用到 2020 年，天然气也只能 延续到 2040 年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。因此，如不尽早设法解决化石能源的替代能源，人类迟早将面临化石燃料枯竭的危机局面；(2)环境污染 ：当前，由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量；局部地区形成酸雨，严重污染水土。这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠利用太阳能等可再生洁净能源来解决；(3)温室效应：化石能源的利用不仅造成环境污染，同时由于排放大量的温室气体而产生温室效应，引起全 球气候变化。这一问题已提到全

12、球的议事日程，其影响甚至已超过了对环境的污染，有关国际组织已召开多次会议，限制各国二氧化碳等温室气体的排放量。 11. 1.2 太阳能介绍太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域；通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。 1|二十

13、世纪 50 年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：一是 1954 年美国贝尔实验室研制出 6的实用型单晶硅电池，二是 1955 年以色列 Tabor 提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术突破为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。 270 年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973 年，美国制定了政府级的阳光发电计划，1980 年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投入达 8 亿多美元。1992 年，美国政府颁布了新的光伏发电计划，制定了宏伟的发展目标。日本在 70年代制定了“

14、阳光计划” ， 1993 年将“月光计划”（节能计划） 、 “环境计划”、 “阳光计划”合并成“新阳光计划 ”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。90 年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议，讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约，设立国际太阳能基金等，推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动，成为各国制定可持续发展战略的重要内容。 21.1.3 太阳能资源及其开发利用特点 (1)储量的“无限性” 太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量大约是 1.61023kW，其中

15、到达地球的能量高达 81013kW，相当于 6109t 标准煤。按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约 1.8921013 千亿 t，是目前世界主要能源探明储量的一万倍。太阳的寿命至少尚有 40 亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“ 无限性 ”，取之不尽，用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、枯竭的最有效途径。 1(2)存在的普遍性 虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规

16、能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。 1|(3)利用的清洁性 太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。 1(4)利用的经济性 可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税” ，可以随地取用；二是在目前的技术发展水平下，有些太阳能利用已具经济性，如太阳能热水器一次投入较高，但其使用过程不耗能，而电热水器和燃气热水器在使用时仍需耗费，有关研究结果表明，太阳能热水器已具很强的竞争力。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破，太阳能利用的经济性将会更明显。 1

17、1.2 无线充电器的意义物理学家早就知道，在两个共振频率相同的物体之间能有效地传输能量，而不同频率物体之间的相互作用较弱。歌唱家演唱能将装有不同水量瓶子中的一个震碎，而不影响其他瓶子就是这个道理。这也好比我们荡秋千时，只需坐在上面让下垂的双腿同步摆动就能给秋千带来动力一样。无线充电技术正是利用了这个原理。同样，无线充电技术也应用了电磁波感应原理，及相关的交流感应技术，在发送和接收端用相应的线圈来发送和接收产生感应的交流信号来进行充电的的一项技术， 用户只需要将充电设备放在一个“平板”上即可进行充电。无线充电器是指不用传统的充电电源线连接到需要充电的终端设备上的充电器，采用了最新的无线充电技术，

18、无线充电技术在 2007 年获得了 20 项专利，多种设备可以使用一台充电基站、手机、MP3 播放器、电动工具和其他的电源适配器的有线充电情况将不会存在了。通过使用线圈之间产生的磁场，神奇的传输电能，电感耦合技术将会成为连接充电基站和设备的桥梁。当前的大部分充电器，例如 iPod 和 iPhone，都通过金属电线直接接触的方式，给设备内置电池充电。无线充电技术的优势在于便捷性和通用性。缺点就是效率低和只能提供电能。而 Apple 的 Dock 连接器不仅仅提供电能，同时还能把音频和视频文件通过 USB 接口同步到设备上。不过，无线充电技术还是会给 WiFi 和电池技术带来进步的。对于不需要数据

19、传输的设备来说，这一新技术将会大大减少用户所需各种充电器的数量。另外，通过采|用无线充电技术，公共移动设备充电站将会有可能成为现实。第 2 章 太阳能无线充电器总体电路设计2.1 总体电路设计需求本设计是制作一套太阳能无线充电器，所以需要先进行太阳能稳压和无线充电电路的研究和设计。之后，需要根据设计的电路进行电路板设计和组装，最后得到一套具有完整功能的电路板。为此，项目首先进行了总体电路结构设计。2.2 总体电路结构设计太阳能无线充电电路，主要由太阳能电池板、无线发射电路、无线接收电路、充电接口电路、5V 降压电路、单片机电路等组成。其中，单片机电路通过多路电压采集芯片，获取到太阳能电池板电压和降压稳压电路的电压，如果两者电压都正常，则通过液晶显示屏提示用户可放心充电。如果电压输出不对，则提示用户暂时不要进行手机充电，需进行电路故障排查。本电路总体设计如下图所示：太阳能电池板无线发射端5 V 降压电路电压采集无线接收端充电接口5 1 单片机手机液晶屏显示电压采集