一種基於單片機的太陽能充電裝置的製作方法
2023-08-13 14:25:16 1
專利名稱：一種基於單片機的太陽能充電裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於單片機的太陽能充電裝置，屬於太陽能充電技術領域。
背景技術：
太陽光普照大地，沒有地域的限制，無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發和利用，且太陽能無須開採和運輸。有效地開發利用太陽能不會汙染環境， 清潔無公害，在環境汙染越來越嚴重的今天，極其寶貴的。太陽能能量豐富，每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當於130萬億噸煤，其總量屬現今世界上可以開發的最大能源。 另外，太陽能具有持續穩定性，根據目前太陽產生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。 及時有效的利用太陽能，能夠節約資源，遏制資源短缺的態勢，同時清潔環保無汙染，利用面廣闊，可利用能量巨大。太陽能作為一種清潔無汙染的能源，發展前景非常廣闊，已經和風能成為各國競相開發的綠色能源。但太陽能存在著密度低、間歇性、光照方向和強度隨時間不斷變化的問題，如果能始終保持太陽板和光照的垂直，使其最大化地接收太陽能，則能充分利用豐富的太陽能資源。因此，設計開發能自動追蹤太陽光照的電磁機械系統，是非常有價值的研究課題。目前，已經出現各種太陽能充電技術，如固定式太陽能充電系統、單軸式追太陽能蹤系統、雙軸式太陽能追蹤電路等。在這些技術中，追蹤式比較有優勢。追蹤式太陽能系統能增加太陽集能器或光伏模塊接收的太陽能，能提高日用功率和年輸出功率，比固定式系統成本高且更複雜。然而，太陽能追蹤電路能增加年輸出功率而有效地降低成本。據國外研究，單軸太陽能追蹤電路比固定式系統能增加25%的功率輸出，而雙軸太陽能追蹤電路比固定式系統能增加41%的功率輸出。在商業領域，太陽能追蹤電路有單軸系統和雙軸機械跟蹤定位系統。單軸系統只能自東向西追蹤太陽，而雙軸系統能在自東向西追蹤太陽的同時，使太陽能板傾斜從而跟蹤太陽的高度變化。雖然也存在雙軸太陽能追蹤電路，但是所採用的技術各不相同，所實現的功能也各不一樣，其充電技術存在不少缺陷和不足。如很多用單片機、PLC等做成的設備其電路過於複雜卻精度不夠，成本高。而且很多裝置是人為操作的，需要有人在旁邊控制。還有一些技術僅僅是太陽能追蹤，並沒還有完善的充電系統，而且設計過於簡單，缺乏應對各種情況的技術。我們搜集的很多專利資料，發現確實存在不少技術缺陷與不足，比如申請號/專利號為200810089671，名稱為「用於太陽能自動追蹤電路的光強差異放大器件及其設計方法」 和申請號/專利號為200920232^9，名稱為「太陽能追蹤裝置」的設計等，但部分是追蹤技術，不完善。
發明內容
針對背景技術中所述的缺陷和不足，本發明提供了一種基於單片機的太陽能充電裝置，以實現自動追光、自動開啟關閉充電裝置和給手機電池等各種可充電電池充電之目的。本發明的技術方案如下一種基於單片機的太陽能充電裝置，包括太陽能電池板、追蹤電路、開關電路、電動機、單片機和電池充電電路，太陽能電池板為長方形，其特徵在於追蹤電路包括水平和俯仰兩組追蹤電路，每組追蹤電路包括兩個電壓比較器和兩個三極體，兩個電壓比較器的輸出端分別經限流電阻和兩個三極體的基極相連接，兩個三極體的集電極分別連接控制電動機正反轉動的繼電器線圈，兩個三極體的發射極接地；兩個電壓比較器的輸入端分別連接 4個光敏電阻，4個光敏電阻對稱固定在太陽能電池板的兩個對應邊上，由引線接入到追蹤電路中；開關電路包括三極體和繼電器，其中三極體的基極經限流電阻和單片機的控制口相連接，發射極接地，穩壓二極體和繼電器的線圈並聯後連接到三極體的集電極上，該繼電器是控制充電裝置整機工作的開關；電池充電電路包括太陽能電池板、能量收集DC/DC轉換器晶片LTC3105，太陽能電池板由導線接入到能量收集DC/DC轉換器晶片的輸入端，能量收集DC/DC轉換器晶片的輸出端接待充電電池；太陽能電池板背面橫向固定有支架，支架和控制其做俯仰轉動的電動機軸相連接；做俯仰轉動的電動機固定在做水平轉動的電動機軸上，做水平轉動的電動機固定在帶有底座的支撐杆上。一種上述太陽能充電裝置中單片機的工作方法，步驟如下開始1)單片機初始化，自行檢測各按鍵是否正確，無誤後開始計時；2)時間自增一次，設每次增一秒；3)檢測程序運行是否異常，如果是則結束程序，如果不是則轉入下一步；4)判斷時間是否是6:00，如果不是轉入步驟6)，否則轉入下一步；5)單片機給開關電路輸出一個高電平信號，繼電器接通，使充電裝置整機開始工作，然後轉入步驟2)；6)判斷是否是18:00，如果不是轉入步驟2)，如果是則轉入下一步；7)單片機不再輸出高電平信號，使充電裝置整機處於關閉狀態，然後跳回2)；結
束ο本發明追蹤原理描述如下如圖5所示，雙運放大器LM358與R1、R2構成兩個電壓比較器，參考電壓為6V。光敏電阻RTl、電位器RPl與光敏電阻RT2相串接、光敏電阻RT3、 電位器RP2與光敏電阻RT4相串接分別構成光敏傳感器接入到兩個電壓比較器的輸入端， 該電路能根據環境光線的強弱進行自動平衡補償。將RTl和RT3安裝在太陽能電池板橫向對應邊的一側，將RT2和RT4安裝在太陽能電池板橫向對應邊的另一側。當RT1、RT2、RT3 和RT4同時受環境自然光作用時，RPl和RP2的中心點電阻電壓不變。如果RT1、RT3受太陽光照較強，RTl的內阻減小，LM358的3腳點位升高，1腳輸出高電平，三極體VTl飽和導通，繼電器Jl導通，其轉換觸點3與觸點1閉合。同時RT3內阻減小，LM358的5腳點位下降，J2不動作，其轉換觸點3與靜觸點2閉合，電動機M正轉；同理，如果RT2、RT4受太陽光照較強，繼電器J2導通，Kl斷開，電動機M反轉。當轉到陽光與發電板垂直時，兩側光照強度相同，繼電器Jl、J2都導通，電動機不轉。在太陽不停地偏移過程中，垂直遮陽板兩側光照的強弱不斷地交替變化，電動機M轉-停、轉-停，使太陽能接收裝置始終面朝太陽。本發明的追蹤電路用一個橫向上的追蹤電路實現水平方向上的追蹤，再用第二個相同的追蹤電路實現俯仰方向上的追蹤，這樣就能夠實現二維的全跟蹤，使太陽能電池板正對太陽。本發明中的單片機控制作為整個裝置開關的繼電器，將追蹤電路中的電源線接入單片機控制的繼電器。給單片機設好時間，本發明中設定在早上6點啟動電路，則它會控制繼電器接通開關，使追蹤電路的電路閉合，實現轉向跟蹤太陽；當傍晚6點時，單片機控制電路關閉，使繼電器達到另一個開關，則追蹤電路斷路停止工作。當單片機輸出高電位時， 開關電路中的三極體導通並進入飽和狀態，這樣三極體集電極有導通電流，繼電器開始工作使繼電器內部開關打到電源端，追蹤電路獲得12V電壓出於工作狀態；當單片機輸出為低電平時，三極體和繼電器都不工作，繼電器內部開關打到懸空端，追蹤電路無電源處於關閉狀態。給單片機輸入程序，設定好時間控制輸出端的電位，就可實現用單片機按一定時間控制整個電路的開關。本發明環保而無汙染，其工作效率高，無用的損耗低，一般情況下輸入電壓大約是 5V，而輸出電壓4. IV，效率是95.7%。經過測試，普通晴天時給一個普通手機鋰電池的充電時間是3-4小時。本充電裝置技術簡單，適合大眾使用、精度高、可自行調節精度和方向、可以自動開啟關閉設備無需人為參與、能給各種電池充電，本發明成本低、效益高、功能全。
圖1是本發明充電裝置的結構示意圖。其中1、電池充電電路，2、太陽能電池板，3、單片機，4、開關電路，5、追蹤電路，6、 待充電電池。圖2是本發明的外部支撐結構示意圖。其中7、電動機(做俯仰轉動)，8、電動機(做水平轉動)，9、支撐杆，10、底座，16、 支架。圖3是本發明太陽能電池板的結構示意圖。其中11、光敏電阻(接入到做俯仰轉動的追蹤電路中)，12、光敏電阻(接入到做水平轉動的追蹤電路中)。圖4是本發明開關電路的連接示意圖。其中13、穩壓二極體，14、三極體，15、繼電器。5、追蹤電路。圖5是本發明追蹤電路的電路連接示意圖。圖6是本發明電池充電電路的連接示意圖。圖7是本發明的充電裝置中單片機的工作方法，其中1)-7)為其各個步驟。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明，但不限於此。實施例1 一種基於單片機的太陽能充電裝置，如圖1、3、5所示，包括太陽能電池板2、追蹤電路5、開關電路4、電動機7、8、單片機3和電池充電電路1，太陽能電池板2為長方形，其特徵在於追蹤電路5包括水平和俯仰兩組追蹤電路，每組追蹤電路包括兩個電壓比較器(由一個集成塊LM358構成)和兩個三極體VT1、VT2，兩個電壓比較器的輸出端分別經限流電阻R3、R4和兩個三極體VT1、VT2的基極相連接，兩個三極體VT1、VT2的集電極分別連接控制電動機正反轉動的繼電器Jl、J2的線圈，兩個三極體VT1、VT2的發射極接地；兩個電壓比較器的輸入端分別連接4個光敏電阻11或12，4個光敏電阻11或12對稱固定在太陽能電池板2的兩個對應邊上，由引線接入到追蹤電路5中；圖5中M為電動機7或8 ；開關電路4如圖4所示，包括三極體14和繼電器15，其中三極體14的基極經限流電阻R6和單片機3的控制口相連接，發射極接地，穩壓二極體13和繼電器15的線圈並聯後連接到三極體14的集電極上，R5為三極體14的偏置電阻，該繼電器15是控制充電裝置整機工作的開關；電池充電電路1如圖6所示，包括太陽能電池板2、能量收集DC/DC轉換器晶片 LTC3105 (該晶片電路為成熟的通用電路)，太陽能電池板2由導線接入到能量收集DC/DC 轉換器晶片的輸入端，能量收集DC/DC轉換器晶片的輸出端接待充電電池6 ；如圖2所示，太陽能電池板2背面橫向固定有支架16，支架16和控制其做俯仰轉動的電動機7軸相連接；做俯仰轉動的電動機7固定在做水平轉動的電動機8軸上，做水平轉動的電動機8固定在帶有底座10的支撐杆9上。實施例2 一種上述太陽能充電裝置中單片機的工作方法，如圖7所示，步驟如下開始1)單片機初始化，自行檢測各按鍵是否正確，無誤後開始計時；2)時間自增一次，設每次增一秒；3)檢測程序運行是否異常，如果是則結束程序，如果不是則轉入下一步；4)判斷時間是否是6:00，如果不是轉入步驟6)，否則轉入下一步；5)單片機給開關電路輸出一個高電平信號，繼電器接通，使充電裝置整機開始工作，然後轉入步驟2)；6)判斷是否是18:00，如果不是轉入步驟2)，如果是則轉入下一步；7)單片機不再輸出高電平信號，使充電裝置整機處於關閉狀態，然後跳回2)；結束。
權利要求
1.一種基於單片機的太陽能充電裝置，包括太陽能電池板、追蹤電路、開關電路、電動機、單片機和電池充電電路，太陽能電池板為長方形，其特徵在於追蹤電路包括水平和俯仰兩組追蹤電路，每組追蹤電路包括兩個電壓比較器和兩個三極體，兩個電壓比較器的輸出端分別經限流電阻和兩個三極體的基極相連接，兩個三極體的集電極分別連接控制電動機正反轉動的繼電器線圈，兩個三極體的發射極接地；兩個電壓比較器的輸入端分別連接4 個光敏電阻，4個光敏電阻對稱固定在太陽能電池板的兩個對應邊上，由引線接入到追蹤電路中；開關電路包括三極體和繼電器，其中三極體的基極經限流電阻和單片機的控制口相連接，發射極接地，穩壓二極體和繼電器的線圈並聯後連接到三極體的集電極上，該繼電器是控制充電裝置整機工作的開關；電池充電電路包括太陽能電池板、能量收集DC/DC轉換器晶片LTC3105，太陽能電池板由導線接入到能量收集DC/DC轉換器晶片的輸入端，能量收集DC/DC轉換器晶片的輸出端接待充電電池；太陽能電池板背面橫向固定有支架，支架和控制其做俯仰轉動的電動機軸相連接；做俯仰轉動的電動機固定在做水平轉動的電動機軸上，做水平轉動的電動機固定在帶有底座的支撐杆上。
2.一種如權利要求1所述的太陽能充電裝置中單片機的工作方法，步驟如下開始1)單片機初始化，自行檢測各按鍵是否正確，無誤後開始計時；2)時間自增一次，設每次增一秒；3)檢測程序運行是否異常，如果是則結束程序，如果不是則轉入下一步；4)判斷時間是否是6:00，如果不是轉入步驟6)，否則轉入下一步；5)單片機給開關電路輸出一個高電平信號，繼電器接通，使充電裝置整機開始工作，然後轉入步驟2)；6)判斷是否是18:00，如果不是轉入步驟2)，如果是則轉入下一步；7)單片機不再輸出高電平信號，使充電裝置整機處於關閉狀態，然後跳回2)；結束。
全文摘要
一種基於單片機的太陽能充電裝置，屬於太陽能充電技術領域，包括太陽能電池板、單片機等，其特徵在於追蹤電路包括水平和俯仰兩組，開關電路和單片機相連以控制充電裝置整機的工作；電池充電電路包括太陽能電池板、能量收集轉換器晶片，太陽能電池板由導線接入到能量收集轉換器晶片的輸入端，能量收集轉換器晶片的輸出端接待充電電池；太陽能電池板背面橫向固定有支架，支架和電動機軸相連接；電動機固定在做水平轉動的電動機軸上，做水平轉動的電動機固定在帶有底座的支撐杆上。本發明環保而無汙染，其工作效率高，技術簡單，適合大眾使用、精度高、可自行調節精度和方向、成本低、效益高、功能全面。
文檔編號H02N6/00GK102420546SQ201110430049
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月20日 優先權日2011年12月20日
發明者徐輝, 馬丕明 申請人:山東大學