可穿戴太陽(yáng)能充電器

高學(xué)平　徐楠蘇　范占利

摘要：本課題設(shè)計(jì)了一種可穿戴的太陽(yáng)能充電器，在實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能充電器的基本功能外，著重將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為用戶的衣服或配件的一種便攜式設(shè)備，通過太陽(yáng)能這種無(wú)污染的清潔能源為用戶提供便捷、安全、綠色的充電和有限時(shí)間的供電功能。本充電器具有雙重充電方式，當(dāng)無(wú)太陽(yáng)能充電條件時(shí)可利用系統(tǒng)自帶的鋰電池為移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行充電，因此本充電器也可作為應(yīng)急充電器或電池使用。

關(guān)鍵詞：低功耗；MSP430；太陽(yáng)能

傳統(tǒng)的太陽(yáng)能充電器的太陽(yáng)能充電板外形較大、質(zhì)量大、不可彎曲折疊不方便攜帶，因此在日常生活中很少會(huì)有應(yīng)用場(chǎng)合?？纱┐髟O(shè)備即直接穿在身上，或是整合到用戶的衣服或配件的一種便攜式設(shè)備。如果將可穿戴屬性和太陽(yáng)能充電器相結(jié)合，將會(huì)大大提高太陽(yáng)能充電器的使用場(chǎng)合及頻率。本課題結(jié)合低功耗設(shè)計(jì)的可穿戴太陽(yáng)能充電器更適合當(dāng)下人們使用充電器的需求，并具有體積小、功耗低、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。

一、可穿戴太陽(yáng)能充電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本課題設(shè)計(jì)了一種可穿戴的太陽(yáng)能充電器，在實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能充電器的基本功能外，著重將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為用戶的衣服或配件的一種便攜式設(shè)備，通過太陽(yáng)能這種無(wú)污染的清潔能源為用戶提供便捷、安全、綠色的充電和有限時(shí)間的供電功能。

可穿戴太陽(yáng)能充電器系統(tǒng)框圖如圖1所示，由太陽(yáng)能板、DC-DC升壓電路、鋰電池充電管理電路、電源切換電路、鋰離子電池、USB充電接口和MSP430G2231控制單元及電源系統(tǒng)組成。

（一）系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

課題的系統(tǒng)電路主要功能偏重硬件電路，單片機(jī)只負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)和管理。MSP430G2231可用的I/O數(shù)量為10個(gè)，且有8個(gè)I/O具有AD輸入功能，不用外擴(kuò)ADC即可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各個(gè)電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行電壓采樣。再加上工作指示燈和復(fù)位按鍵所需的I/O口，MSP430G2231完全可以滿足系統(tǒng)工作的接口要求。

（二）系統(tǒng)工作流程

MSP430G2231控制單元負(fù)責(zé)控制協(xié)調(diào)整個(gè)太陽(yáng)能充電器，DC-DC升壓電路和鋰電池充電管理電路都具有使能控制端（EN），單片機(jī)通過不斷監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能板和鋰離子電池輸出電壓來決定最適合的充電路徑，通過電源切換電路為USB充電接口供電。

上電后系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能板和鋰離子電池的輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)，如果此時(shí)太陽(yáng)能板的輸出電壓太低，系統(tǒng)將切換到鋰離子電池為USB充電接口供電；如果太陽(yáng)能板的輸出電壓足夠高，系統(tǒng)將控制鋰電池充電管理電路對(duì)鋰離子電池充電，同時(shí)將電能供應(yīng)給USB充電接口供電。

二、結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種基于MSP430的低功耗可穿戴太陽(yáng)能充電器，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)偏重實(shí)際應(yīng)用并植入低功耗設(shè)計(jì)思想。系統(tǒng)整體使用元器件較少且均采用低功耗芯片，制板后最大限度地縮小了系統(tǒng)體積并有效降低了系統(tǒng)功耗，使得系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，更方便使用和維護(hù)。

設(shè)計(jì)的可穿戴太陽(yáng)能充電器可實(shí)現(xiàn)利用太陽(yáng)能為手機(jī)或平板電腦進(jìn)行充電，且在沒有陽(yáng)光的環(huán)境中亦可通過內(nèi)置的鋰電池進(jìn)行有限時(shí)間的充電操作；充電器具有過沖保護(hù)、過放保護(hù)、過壓保護(hù)、過流保護(hù)、短路保護(hù)、充電過熱保護(hù)等智能電源管理功能。