CN102420546A - 一种基于单片机的太阳能充电装置 - Google Patents

Abstract

一种基于单片机的太阳能充电装置，属于太阳能充电技术领域，包括太阳能电池板、单片机等，其特征在于追踪电路包括水平和俯仰两组，开关电路和单片机相连以控制充电装置整机的工作；电池充电电路包括太阳能电池板、能量收集转换器芯片，太阳能电池板由导线接入到能量收集转换器芯片的输入端，能量收集转换器芯片的输出端接待充电电池；太阳能电池板背面横向固定有支架，支架和电动机轴相连接；电动机固定在做水平转动的电动机轴上，做水平转动的电动机固定在带有底座的支撑杆上。本发明环保而无污染，其工作效率高，技术简单，适合大众使用、精度高、可自行调节精度和方向、成本低、效益高、功能全面。

Description

一种基于单片机的太阳能充电装置

技术领域

本发明涉及一种基于单片机的太阳能充电装置，属于太阳能充电技术领域。

背景技术

太阳光普照大地，没有地域的限制，无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且太阳能无须开采和运输。有效地开发利用太阳能不会污染环境，清洁无公害，在环境污染越来越严重的今天，极其宝贵的。太阳能能量丰富，每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。另外，太阳能具有持续稳定性，根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。及时有效的利用太阳能，能够节约资源，遏制资源短缺的态势，同时清洁环保无污染，利用面广阔，可利用能量巨大。

太阳能作为一种清洁无污染的能源，发展前景非常广阔，已经和风能成为各国竞相开发的绿色能源。但太阳能存在着密度低、间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题，如果能始终保持太阳板和光照的垂直，使其最大化地接收太阳能，则能充分利用丰富的太阳能资源。因此，设计开发能自动追踪太阳光照的电磁机械系统，是非常有价值的研究课题。

目前，已经出现各种太阳能充电技术，如固定式太阳能充电系统、单轴式追太阳能踪系统、双轴式太阳能追踪电路等。在这些技术中，追踪式比较有优势。追踪式太阳能系统能增加太阳集能器或光伏模块接收的太阳能，能提高日用功率和年输出功率，比固定式系统成本高且更复杂。然而，太阳能追踪电路能增加年输出功率而有效地降低成本。据国外研究，单轴太阳能追踪电路比固定式系统能增加25％的功率输出，而双轴太阳能追踪电路比固定式系统能增加41％的功率输出。在商业领域，太阳能追踪电路有单轴系统和双轴机械跟踪定位系统。单轴系统只能自东向西追踪太阳，而双轴系统能在自东向西追踪太阳的同时，使太阳能板倾斜从而跟踪太阳的高度变化。

虽然也存在双轴太阳能追踪电路，但是所采用的技术各不相同，所实现的功能也各不一样，其充电技术存在不少缺陷和不足。如很多用单片机、PLC等做成的设备其电路过于复杂却精度不够，成本高。而且很多装置是人为操作的，需要有人在旁边控制。还有一些技术仅仅是太阳能追踪，并没还有完善的充电系统，而且设计过于简单，缺乏应对各种情况的技术。我们搜集的很多专利资料，发现确实存在不少技术缺陷与不足，比如申请号/专利号为200810089671，名称为“用于太阳能自动追踪电路的光强差异放大器件及其设计方法”和申请号/专利号为200920232269，名称为“太阳能追踪装置”的设计等，但部分是追踪技术，不完善。

发明内容

针对背景技术中所述的缺陷和不足，本发明提供了一种基于单片机的太阳能充电装置，以实现自动追光、自动开启关闭充电装置和给手机电池等各种可充电电池充电之目的。

本发明的技术方案如下：

一种基于单片机的太阳能充电装置，包括太阳能电池板、追踪电路、开关电路、电动机、单片机和电池充电电路，太阳能电池板为长方形，其特征在于追踪电路包括水平和俯仰两组追踪电路，每组追踪电路包括两个电压比较器和两个三极管，两个电压比较器的输出端分别经限流电阻和两个三极管的基极相连接，两个三极管的集电极分别连接控制电动机正反转动的继电器线圈，两个三极管的发射极接地；两个电压比较器的输入端分别连接4个光敏电阻，4个光敏电阻对称固定在太阳能电池板的两个对应边上，由引线接入到追踪电路中；

开关电路包括三极管和继电器，其中三极管的基极经限流电阻和单片机的控制口相连接，发射极接地，稳压二极管和继电器的线圈并联后连接到三极管的集电极上，该继电器是控制充电装置整机工作的开关；

电池充电电路包括太阳能电池板、能量收集DC/DC转换器芯片LTC3105，太阳能电池板由导线接入到能量收集DC/DC转换器芯片的输入端，能量收集DC/DC转换器芯片的输出端接待充电电池；

太阳能电池板背面横向固定有支架，支架和控制其做俯仰转动的电动机轴相连接；做俯仰转动的电动机固定在做水平转动的电动机轴上，做水平转动的电动机固定在带有底座的支撑杆上。

一种上述太阳能充电装置中单片机的工作方法，步骤如下：

开始

1)单片机初始化，自行检测各按键是否正确，无误后开始计时；

2)时间自增一次，设每次增一秒；

3)检测程序运行是否异常，如果是则结束程序，如果不是则转入下一步；

4)判断时间是否是6:00，如果不是转入步骤6)，否则转入下一步；

5)单片机给开关电路输出一个高电平信号，继电器接通，使充电装置整机开始工作，然后转入步骤2)；

6)判断是否是18:00，如果不是转入步骤2)，如果是则转入下一步；

7)单片机不再输出高电平信号，使充电装置整机处于关闭状态，然后跳回2)；结束。

本发明追踪原理描述如下：如图5所示，双运放大器LM358与R1、R2构成两个电压比较器，参考电压为6V。光敏电阻RT1、电位器RP1与光敏电阻RT2相串接、光敏电阻RT3、电位器RP2与光敏电阻RT4相串接分别构成光敏传感器接入到两个电压比较器的输入端，该电路能根据环境光线的强弱进行自动平衡补偿。将RT1和RT3安装在太阳能电池板横向对应边的一侧，将RT2和RT4安装在太阳能电池板横向对应边的另一侧。当RT1、RT2、RT3和RT4同时受环境自然光作用时，RP1和RP2的中心点电阻电压不变。如果RT1、RT3受太阳光照较强，RT1的内阻减小，LM358的3脚点位升高，1脚输出高电平，三极管VT1饱和导通，继电器J1导通，其转换触点3与触点1闭合。同时RT3内阻减小，LM358的5脚点位下降，J2不动作，其转换触点3与静触点2闭合，电动机M正转；同理，如果RT2、RT4受太阳光照较强，继电器J2导通，K1断开，电动机M反转。当转到阳光与发电板垂直时，两侧光照强度相同，继电器J1、J2都导通，电动机不转。在太阳不停地偏移过程中，垂直遮阳板两侧光照的强弱不断地交替变化，电动机M转-停、转-停，使太阳能接收装置始终面朝太阳。本发明的追踪电路用一个横向上的追踪电路实现水平方向上的追踪，再用第二个相同的追踪电路实现俯仰方向上的追踪，这样就能够实现二维的全跟踪，使太阳能电池板正对太阳。

本发明中的单片机控制作为整个装置开关的继电器，将追踪电路中的电源线接入单片机控制的继电器。给单片机设好时间，本发明中设定在早上6点启动电路，则它会控制继电器接通开关，使追踪电路的电路闭合，实现转向跟踪太阳；当傍晚6点时，单片机控制电路关闭，使继电器达到另一个开关，则追踪电路断路停止工作。当单片机输出高电位时，开关电路中的三极管导通并进入饱和状态，这样三极管集电极有导通电流，继电器开始工作使继电器内部开关打到电源端，追踪电路获得12V电压出于工作状态；当单片机输出为低电平时，三极管和继电器都不工作，继电器内部开关打到悬空端，追踪电路无电源处于关闭状态。给单片机输入程序，设定好时间控制输出端的电位，就可实现用单片机按一定时间控制整个电路的开关。

本发明环保而无污染，其工作效率高，无用的损耗低，一般情况下输入电压大约是5V，而输出电压4.1V，效率是95.7％。经过测试，普通晴天时给一个普通手机锂电池的充电时间是3-4小时。本充电装置技术简单，适合大众使用、精度高、可自行调节精度和方向、可以自动开启关闭设备无需人为参与、能给各种电池充电，本发明成本低、效益高、功能全。

附图说明

图1是本发明充电装置的结构示意图。

其中：1、电池充电电路，2、太阳能电池板，3、单片机，4、开关电路，5、追踪电路，6、待充电电池。

图2是本发明的外部支撑结构示意图。

其中：7、电动机(做俯仰转动)，8、电动机(做水平转动)，9、支撑杆，10、底座，16、支架。

图3是本发明太阳能电池板的结构示意图。其中：11、光敏电阻(接入到做俯仰转动的追踪电路中)，12、光敏电阻(接入到做水平转动的追踪电路中)。

图4是本发明开关电路的连接示意图。

其中：13、稳压二极管，14、三极管，15、继电器。5、追踪电路。

图5是本发明追踪电路的电路连接示意图。图6是本发明电池充电电路的连接示意图。

图7是本发明的充电装置中单片机的工作方法，其中1)-7)为其各个步骤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

一种基于单片机的太阳能充电装置，如图1、3、5所示，包括太阳能电池板2、追踪电路5、开关电路4、电动机7、8、单片机3和电池充电电路1，太阳能电池板2为长方形，其特征在于追踪电路5包括水平和俯仰两组追踪电路，每组追踪电路包括两个电压比较器(由一个集成块LM358构成)和两个三极管VT1、VT2，两个电压比较器的输出端分别经限流电阻R3、R4和两个三极管VT1、VT2的基极相连接，两个三极管VT1、VT2的集电极分别连接控制电动机正反转动的继电器J1、J2的线圈，两个三极管VT1、VT2的发射极接地；两个电压比较器的输入端分别连接4个光敏电阻11或12，4个光敏电阻11或12对称固定在太阳能电池板2的两个对应边上，由引线接入到追踪电路5中；图5中M为电动机7或8；

开关电路4如图4所示，包括三极管14和继电器15，其中三极管14的基极经限流电阻R6和单片机3的控制口相连接，发射极接地，稳压二极管13和继电器15的线圈并联后连接到三极管14的集电极上，R5为三极管14的偏置电阻，该继电器15是控制充电装置整机工作的开关；

电池充电电路1如图6所示，包括太阳能电池板2、能量收集DC/DC转换器芯片LTC3105(该芯片电路为成熟的通用电路)，太阳能电池板2由导线接入到能量收集DC/DC转换器芯片的输入端，能量收集DC/DC转换器芯片的输出端接待充电电池6；

如图2所示，太阳能电池板2背面横向固定有支架16，支架16和控制其做俯仰转动的电动机7轴相连接；做俯仰转动的电动机7固定在做水平转动的电动机8轴上，做水平转动的电动机8固定在带有底座10的支撑杆9上。

实施例2：

一种上述太阳能充电装置中单片机的工作方法，如图7所示，步骤如下：

开始

1)单片机初始化，自行检测各按键是否正确，无误后开始计时；

2)时间自增一次，设每次增一秒；

3)检测程序运行是否异常，如果是则结束程序，如果不是则转入下一步；

4)判断时间是否是6:00，如果不是转入步骤6)，否则转入下一步；

5)单片机给开关电路输出一个高电平信号，继电器接通，使充电装置整机开始工作，然后转入步骤2)；

6)判断是否是18:00，如果不是转入步骤2)，如果是则转入下一步；

7)单片机不再输出高电平信号，使充电装置整机处于关闭状态，然后跳回2)；

结束。

Claims (2)

1.一种基于单片机的太阳能充电装置，包括太阳能电池板、追踪电路、开关电路、电动机、单片机和电池充电电路，太阳能电池板为长方形，其特征在于追踪电路包括水平和俯仰两组追踪电路，每组追踪电路包括两个电压比较器和两个三极管，两个电压比较器的输出端分别经限流电阻和两个三极管的基极相连接，两个三极管的集电极分别连接控制电动机正反转动的继电器线圈，两个三极管的发射极接地；两个电压比较器的输入端分别连接4个光敏电阻，4个光敏电阻对称固定在太阳能电池板的两个对应边上，由引线接入到追踪电路中；

开关电路包括三极管和继电器，其中三极管的基极经限流电阻和单片机的控制口相连接，发射极接地，稳压二极管和继电器的线圈并联后连接到三极管的集电极上，该继电器是控制充电装置整机工作的开关；

电池充电电路包括太阳能电池板、能量收集DC/DC转换器芯片LTC3105，太阳能电池板由导线接入到能量收集DC/DC转换器芯片的输入端，能量收集DC/DC转换器芯片的输出端接待充电电池；

太阳能电池板背面横向固定有支架，支架和控制其做俯仰转动的电动机轴相连接；做俯仰转动的电动机固定在做水平转动的电动机轴上，做水平转动的电动机固定在带有底座的支撑杆上。

2.一种如权利要求1所述的太阳能充电装置中单片机的工作方法，步骤如下：

开始

1)单片机初始化，自行检测各按键是否正确，无误后开始计时；

2)时间自增一次，设每次增一秒；

3)检测程序运行是否异常，如果是则结束程序，如果不是则转入下一步；

4)判断时间是否是6:00，如果不是转入步骤6)，否则转入下一步；

5)单片机给开关电路输出一个高电平信号，继电器接通，使充电装置整机开始工作，然后转入步骤2)；

6)判断是否是18:00，如果不是转入步骤2)，如果是则转入下一步；

7)单片机不再输出高电平信号，使充电装置整机处于关闭状态，然后跳回2)；

结束。

Images