便携式太阳能电源的设计

2021-01-26易运池杨学坤北京农业职业学院

消费导刊 2021年1期

易运池杨学坤北京农业职业学院

引言：人们出门在外，最大的问题就是手机等电子产品的电能消耗完了，但是却没有可以快速直接的供电电源，本文设计了一种电源，便于随车或者随身携带，它既可以按光线精准自动识别还可以按时间模糊追踪太阳光线[1]的便携式太阳能电源，另外还可以通过电网为其充电。所设计液晶显示部分，用来显示当前的充放电状态和电量大小。它不仅能为手机（DC+5V）等电子产品充电，还能作为一般的电源(AC220V、50HZ)来使用。

一、便携式太阳能电源的组成及各部分作用 [3]

太阳能电池板：把太阳能转换成电能。蓄电池：存储来自电网或者太阳能电池的电能。单片机：对整个电源系统进行控制。液晶显示屏：显示当前充放电状态和电量。电机：带动电池板追光。转动轴和转动轴套：支撑和控制电池板运行方向。充电与逆变控制器：控制充电及直流电变成交流电。光线传感器：自动追光时对电池板进行自动定位。

二、硬件设计

（一）主要硬件选择

1.太阳能板的选择

考虑到需要携带方便将太阳能板设计为可折叠式并需要与之配电套的金属可折叠支架，太阳能板具体参数为：展开尺寸：635mm＊285mm＊10mm；折叠尺寸： 210mm＊285mm＊20mm；太阳能板重678g；太阳能功率： 16W；DC输出电压/电流： 18V / 0.9A（Max）。（所列参数为实验室标准阳光 1000W / 平方的条件测得）

2.蓄电池的选择

蓄电池选择常规的12V17Ah/20HR容量的蓄电池，其具体参数为：容量范围：12V17Ah/20HR；电压等级：12V；设计浮充寿命：在25℃±5℃环境下，12V系列为15年；循环寿命：在标准使用条件下，循环2950次；自放电率：≤2% / 月；工作温度范围宽：-20℃～55℃。

3.单片机的选择[3]

选择STC12C5A60S2/AD/PWM系列的单片机，选用的单片机控制板，额定电压： 12V额定电流： 10mA 最大电流： 0.8A 端口数量： 32。

4.液晶显示屏的选择

选用12232带字库串口液晶屏。

5.电机

定制12V蜗杆减速电机。减速电机主要参数：空载电流：≤60mA;空载转速： 1 rpm;额定转矩： 30Kg/cm;额定转速： 1 rpm;额定电流： ≤0.6A;最大转矩： 30Kg/cm; 停转电流： 1.5A。

6.逆变器的选择[4]

逆变器主要参数： 18V / 100～150W; 逆变器输出电压：AC220V ±5%; 持续功率： 350W; 峰值功率： 500W; 无负载电流：＜0.5A; 直流输入电压：DC9.7～15.5V; 输出频率： 50Hz ±3Hz;转换效率：＞90%; 高压切断： 15V ±0.5V; 低压报警： 11.2V±0.3V; 低压切断： 10V ±0.3V; 过载/短路保护；工作环境温度：-20℃ ～ +70℃; 相对湿度：＜90%RH;产品重量：1.15Kg。

7.USB的选择

USB输出能力： 5V ±0.3V / 1000Ma。

（二）硬件设计

1.外形设计

为了便于携带和操作，选用一个2OL的塑料箱来承装所有设备，一个6L的塑料箱作为便携式箱体，在便携式箱体上开孔来安装插孔、接头等，再在其扣盖上开按钮、显示屏、传输口、安装支架等。如下图2所示。

图2便携式太阳能电源外形图

2.电路设计

输入部分电路：电池、电源电路、电池电压检测电路、按键输入电路、逆变输出电路、光线传感电路等。

控制器：单片机

输出部分电路：显示电路、电机与控制电路

三、软件设计

（一）设计思路

追光方式分为根据光强度追光和根据时间值追光，由控制开关与按钮手动进行转换。

第一种方案：当天气晴朗、电源所放置地点空旷无遮挡物时，根据光强度追光，此时系统通过支架上探头的数值将支架自动旋转至光照度最强的角度，完成根据光强度追光功能。

第二种方案：当天气阴晴不定、电源所放置地点有遮挡物时，通过手动旋转设备将太阳能板对准太阳所在的角度后，按下右侧方形按钮一次后，系统开始计时，每40分钟后，支架顺时针旋转10度，完成根据时间追光的功能。

（二）程序设计

程序利用C语言进行编写。

四、效果

此电源电池容量：17000mAh；外壳材质ABS+PC/防火；工作温度放电：-20℃到60℃、充电：0℃到45℃；USB1:5V/1A(智能识别充电，兼容性强)；AC接口：220v/50Hz/持续300W，最大500W；电池电量显示液晶屏显示 0% ― 100%；尺寸长宽高260＊110＊135mm；重量：净重约3.6KG。经过实验，电源在工作过程中，除了维持自身转动需要的电能外，还能储存电能。下表1为2019年6月22日在学校操场采集的数据。