專利名稱：一種基于單片機的太陽能充電裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于單片機的太陽能充電裝置，屬于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(fā)和利用，且太陽能無須開采和運輸。有效地開發(fā)利用太陽能不會污染環(huán)境，清潔無公害，在環(huán)境污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于130萬億噸煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。另外，太陽能具有持續(xù)穩(wěn)定性，根據(jù)目前太陽產(chǎn)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(jié)約資源，遏制資源短缺的態(tài)勢，同時清潔環(huán)保無污染，利用面廣闊，可利用能量巨大。·太陽能作為一種清潔無污染的能源，發(fā)展前景非常廣闊，已經(jīng)和風能成為各國競相開發(fā)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(fā)能自動追蹤太陽光照的電磁機械系統(tǒng)，是非常有價值的研
究課題。目前，已經(jīng)出現(xiàn)各種太陽能充電技術，如固定式太陽能充電系統(tǒng)、單軸式追太陽能足示系統(tǒng)、雙軸式太陽能追S示電路等。在這些技術中，追S示式比較有優(yōu)勢。追S示式太陽能系統(tǒng)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(tǒng)成本高且更復雜。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(jù)國外研究，單軸太陽能追S示電路比固定式系統(tǒng)能增加25%的功率輸出，而雙軸太陽能追S示電路比固定式系統(tǒng)能增加41%的功率輸出。在商業(yè)領域，太陽能追蹤電路有單軸系統(tǒng)和雙軸機械跟蹤定位系統(tǒng)。單軸系統(tǒng)只能自東向西追蹤太陽，而雙軸系統(tǒng)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。目前雖然出現(xiàn)雙軸太陽能追蹤電路，但是所采用的技術各不相同，所實現(xiàn)的功能也各不一樣，其充電技術存在不少缺陷和不足。比如很多采用單片機、PLC等做成的設備其電路過于復雜卻精度不夠，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，并沒還有完善的充電系統(tǒng)，而且設計過于簡單，缺乏應對各種情況的技術。我們搜集的很多專利資料，發(fā)現(xiàn)確實存在不少技術缺陷與不足，比如申請?zhí)?專利號為200810089671，名稱為“用于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?zhí)?專利號為200920232269，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(fā)明內(nèi)容針對背景技術中所述的缺陷和不足，本實用新型提供了一種基于單片機的太陽能充電裝置，以實現(xiàn)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。本實用新型的技術方案如下一種基于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，其特征在于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管VTl、VT2，兩個電壓比較器的輸出端分別經(jīng)限流電阻和兩個三極管VT1、VT2的基極相連接，兩個三極管VT1、VT2的集電極分別連接控制電動機正反轉動的繼電器線圈，兩個三極管VT1、VT2的發(fā)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；開關電路包括三極管VT和繼電器，其中三極管VT的基極經(jīng)限流電阻和單片機的控制口相連接，發(fā)射極接地，穩(wěn)壓二極管和繼電器的線圈并聯(lián)后連接到三極管VT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、能量收集轉換器芯片，太陽能電池板由導線接入到能量收集轉換器芯片的輸入端，能量收集轉換器芯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桿上。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I)單片機初始化，自行檢測各按鍵是否正確，無誤后開始計時；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，然后轉入步驟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，使充電裝置整機處于關閉狀態(tài)，然后跳回2)；結束。本實用新型追蹤原理描述如下如圖5所示，雙運放大器LM358與Rl、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(jù)環(huán)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(huán)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(nèi)阻減小，LM358的3腳點位升高，I腳輸出高電平，三極管VTl飽和導通，繼電器Jl導通，其轉換觸點3與觸點I閉合。同時RT3內(nèi)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(fā)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。本實用新型的追蹤電路用一個橫向上的追蹤電路實現(xiàn)水平方向上的追蹤，再用第二個相同的追蹤電路實現(xiàn)俯仰方向上的追蹤，這樣就能夠實現(xiàn)二維的全跟蹤，使太陽能電池板正對太陽。本實用新型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，本實用新型中設定在早上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(xiàn)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。當單片機輸出聞電位時，開關電路中的三極管VT導通并進入飽和狀態(tài)，這樣三極管VT集電極有導通電流，繼電器開始工作使繼電器內(nèi)部開關打到電源端，追蹤電路獲得12V電壓出于工作狀態(tài)；當單片機輸出為低電平時，三極管VT和繼電器都不工作，繼電器內(nèi)部開關打到懸空端，追蹤電路無電源處于關閉狀態(tài)。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(xiàn)用單片機按一定時間控制整個電路的開關。 本實用新型環(huán)保而無污染，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(jīng)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(diào)節(jié)精度和方向、可以自動開啟關閉設備無需人為參與、可以給各種電池充電、成本低、效益高、功能全面。

圖I是本實用新型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是本實用新型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、支撐桿，10、底座，16、支架。圖3是本實用新型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是本實用新型開關電路的連接示意圖。其中13、穩(wěn)壓二極管，14、三極管VT，15、繼電器。5、追蹤電路。圖5是本實用新型追蹤電路的電路連接不意圖。圖6是本實用新型電池充電電路的連接示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明，但不限于此。實施例一種基于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I，太陽能電池板2為長方形，其特征在于追蹤電路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)和兩個三極管VT1、VT2，兩個電壓比較器的輸出端分別經(jīng)限流電阻R3、R4和兩個三極管VTl、VT2的基極相連接，兩個三極管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，兩個三極管VT1、VT2的發(fā)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中的M為電動機7或8 ;開關電路4如圖4所示，包括三極管VT14和繼電器15，其中三極管VT14的基極經(jīng)限流電阻R6和單片機3的控制口相連接，發(fā)射極接地，穩(wěn)壓二極管13和繼電器15的線圈并聯(lián)后連接到三極管VT14的集電極上，R5為三極管VT14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I如圖6所示，包括太陽能電池板2、能量收集轉換器芯片LTC3105(該芯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轉換器芯片的輸入端，能量收集轉換器芯片的輸出端接待充電電池6 ;·[0039]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的支撐桿9上。
權利要求1. 一種基于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，其特征在于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管VTl、VT2，兩個電壓比較器的輸出端分別經(jīng)限流電阻和兩個三極管VT1、VT2的基極相連接，兩個三極管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線圈，兩個三極管VT1、VT2的發(fā)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； 開關電路包括三極管VT和繼電器，其中三極管VT的基極經(jīng)限流電阻和單片機的控制口相連接，發(fā)射極接地，穩(wěn)壓二極管和繼電器的線圈并聯(lián)后連接到三極管VT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、能量收集轉換器芯片，太陽能電池板由導線接入到能量收集轉換器芯片的輸入端，能量收集轉換器芯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桿上。
專利摘要一種基于單片機的太陽能充電裝置，屬于太陽能充電技術領域，包括太陽能電池板、單片機等，其特征在于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、能量收集轉換器芯片，太陽能電池板由導線接入到能量收集轉換器芯片的輸入端，能量收集轉換器芯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桿上。本實用新型環(huán)保而無污染，其工作效率高，技術簡單，適合大眾使用、精度高、可自行調(diào)節(jié)精度和方向、成本低、效益高、功能全。
文檔編號H02J7/00GK202495890SQ20112053771
公開日2012年10月17日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權日2011年12月20日
發(fā)明者徐輝, 馬丕明 申請人:山東大學