太阳能、手机充电最近新发表的文献2篇

　　太阳能充电设计论文范文参考一：

　　目前无人机的应用方面做出了非常卓越的贡献，但无人机的弱点也非常明显，那便是无人机的续航能力非常有限，通常无人机的有效滞空时间为15分钟左右，这就影响到了无人机的使用范围，制约了无人机的航程以及相关应用过程中的效率[1]。

　　本次研究为了达到增加无人机航程由于滞空时间的目的，采取太阳能这种取之不尽的清洁能源来解决这一难题，并且以全新的充电方式，让无人机摆脱了充电器材和场地的束缚在充电形式和策略方面的技术探索做出了相应的解决对策和应用方案。

　　1 无人机平台

　　构成无人机平台的主要组成模块基本上分为四大模组，其中包括感应无人机飞行状态的传感器模块、控制无人机飞行姿态的飞行控制系统模块、提供旋翼动力的动力系统模块以及提供能源的电源模块。另外还有综合处理数据的处理器模块和软件系统模块。

　　1.1 传感器系统模块。无人机的操作方式和主要工作情况为传感器将当前无人机的各种状态的信息进行汇总，并将这些数据传输到CPU上，通过飞控系统的实时算法将无人机的姿态反馈给接收机，操纵员则通过控制器发送指令到飞控系统，并由飞控系统来进行数据处理，将动作指令下达到相应的操作面上，从而完成对无人机飞行姿态的控制。

　　1.2 飞行控制系统模块。

　　以大疆无人机为例，其采用的Lightbridge 2控制系统拥有2.4GHz的信号传输功率，最远通信距离可达5000米，并且具有陀螺仪自动找平功能和自动绕飞功能，气压计能够准确将无人机定位在海拔0-3500米的任何空域。该飞行控制系统采用了集成遥控器，用无线链路动态适应技术增加了使用的可靠性，并且将影像传输功能上升到更高的标准，对于FPV飞行以及电视直播都能满足特定的需求。

　　1.3 飞行动力系统模块。

　　动力系统方面大疆无人机的负载能力和机动性能也在业内处于领先地位，其采用的M12电机、12100 FOC电调器和R3390螺旋桨为单轴旋翼提供了最大8千克的拉力，整体最大拉力可达到17千克，强劲的动力系统满足了无人机在全天候的状态下拥有稳定的性能，同时多旋翼动力系统在极端恶劣的环境下能够保持稳定的动力输出，以保证无人机能够进行各种复杂的任务[2]。

　　1.4 电源模块。

　　大部分无人机都采用220V充电器为无人机的电池进行充电，该模块采用变压器来为电池进行供电，从而保证无人机的电池组在各种环境当中都能够为电池进行充电，以满足无人机的正常使用。

　　另外可以利用最新的无线供电QI技术为无人机进行智能充电，当无人机的电容量低于10%的时候，无人机会自动进入归巢模式，从而寻找到最近的充电器，通过降落在充电巢上，达到为无人机的锂电池组进行充电的作用。无人机利用QI技术将充电摆脱了传统充电器需要利用电源插座的人工操作流程的束缚，将无人机充电过程完全一程序化的软件模式编写到无人机自动巡航与飞行的代码当中，一旦需要充电的情况出现后，无人机便会自动根据导航与相应的信号站数据传送，利用蓝牙信息传输技术或GPS技术找寻到最近的充电巢，降落在充电巢上完成无线充电的过程。

　　2 全自动太阳能充电系统的技术特点

　　采用QI无线充电技术的无人机能够在没有充电线路的情况下为电池组进行充电，这种技术如今已经逐渐成熟，许多的手机产品都采用了这种无线充电技术，早在1890年尼古拉·特斯拉便实验了这种利用电磁感应进行电能传输的技术，如今这种技术已经足够为笔记本电脑的电池进行充电，已经可以满足无人机电池的充电标准。

　　另外无线充电的电力来源可以根据具体的需求而做出改进，如今无线充电器依旧依靠基础设施的电网供电，需要使用220V的交流电，这种充电方式对于无人机的使用来讲非常具有应用环境方面的制约性，导致无人机无法在野外或者没有电源的地方进行充电。为了解决这种问题，可以采用太阳能的充电方式，利用太阳能为无线充电器进行充电，从而让充电器摆脱电源方面的束缚，随时随地都能为无人机进行充电。

　　全自动太阳能充电系统将成为未来无人机充电的一种发展趋势，该系统的主要工作情况和系统构成如下(见图1)：

　　2.1 太阳能充电模块。

　　太阳能电池是整套系统的核心和关键，其体现出升级潜力的性能指标便是光电转换效率，大部分的单晶硅太阳能电池的转换率为18%左右，基本采用5V电压、160mA电容的太阳能电池板共计12-15块来促成并联电池组，在并联以后电池组的电压为20V，在经过稳压模块和放回流模块的并联。这种形式的太阳能电池板可以参照市政设施方面的太阳能路灯杆或者太阳能热水器的制作方法，为充电巢提供稳定的电力输出，同时保证其电量能够为无人机的电池进行充电，保证无人机的使用。

　　2.2 无线充电器模块。

　　无人机的充电系统采用无线充电的方式，这种无线充电目前性能作为稳定并且可靠性较强的技术是电磁感应技术，利用初级线圈在一定频率下感应交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端输送到接收端。目前世界范围内采用这种技术的主要是QI标准，QI标准是首个推动无线充电技术标准化的国际组织WPC推出的标准，具备便捷性和通用性两大特点。第一是对于不同品牌和规格的产品只要符合QI标准，便能够进行无线充电。第二是所有的电池都从该标准的无线充电器中获得电能。无人机利用这种无线充电技术，能够解决不同品牌以及不同型号的无人机在无线充电设备上难以完全匹配的难题，同时也为无人机充电巢提高了通用性。

　　2.3 智能无人机系统模块。

　　无人机需要进行一定的升级才能使用全自动太阳能充电系统，将无人机的操控软件部分进行升级，编写程序代码，命令无人机在电量不足的情况下自动搜寻附近的太阳能无线充电系统的工作站，利用蓝牙通讯技术或者GPS信号来确定最近充电巢的位置，然后利用自动导航进行定位，在第一时间飞行到充电器的位置，然后降落在充电巢中，在5-10分钟的时间内充好电，之后便可以继续工作。这就需要无人机拥有自动定位和导航的功能，并且根据大数据来分析目前无人机所在的位置与高度，从而得出最近的飞行路线，采取最高效的充电策略。

　　3 太阳能充电系统的测试

　　太阳能充电系统最大的挑战便是系统的稳定性，在野外或郊区这种缺少固定人员维护的场所，这种充电巢和相关的设备可能会受到一定的影响，例如风吹日晒雨淋等，需要定期进行人员的维护，保证设备能够正常运行。另外便是无人机信号的稳定性，在无人机与充电巢之间需要保持信号的畅通，以便能够让无人机准确定位到相应的充电巢，从而开启充电巢的充电开关，为无人机进行充电。

　　结论：无人机的续航能力如今已经成为制约无人机应用范围的瓶颈，通过采用全自动太阳能充电方式来增加无人机的续航性不但顺应了实际需求，还提供了一种低碳环保的新能源利用方式，具有非常高的借鉴意义和利用价值。多轴旋翼无人飞行器在能源使用方面的发展前景是非常广阔的，而太阳能电池与无线充电技术也在不断发展，未来有望将太阳能充电巢以基础设施的形式普及到各地，成为无人机的主要动力来源。

　　太阳能充电设计论文范文参考二：

　　随着互联网、物联网技术在畜牧业渗透，“互联网+畜牧业”的生产模式正在改变畜牧业传统落后的生产方式。[1-4]如近些年出现的畜群定位跟踪器，可实时监测畜群位置并协助牧民实现远程放牧，有效降低牧民放牧劳动强度，提高生产效率，节约放牧人力成本。[5-6]目前，市面上的畜群定位跟踪器大都由原来的车载定位器、宠物定位器或是儿童定位手表改装而成，这些定位器虽然在功能上基本满足畜群定位的需求，但在续航工作时间、环境适应性等方面却满足不了牛羊定位的实际需求，严重影响了实际使用效果。本文针对此问题设计一种带太阳能互补充电的畜群定位器，硬件采用STM32L151微处理器、SIM800L和Air530北斗定位模块组成的低功耗设计方案，并设计了低功耗电源管理电路;软件在实现基本定位跟踪功能的基础上，重点设计一套太阳能互补充电低功耗工作策略。[7-8]着重解决目前畜群定位跟踪器使用中存在的困境。

　　1 定位器整体设计方案

　　为提高实际使用中定位器的续航能力，需要进行低功耗设计，[9-10]定位器没有采用成熟的MTK6261D或MTK2503D定位器方案，而采用超低功耗的单片机+北斗GPS+GPRS模块方案来实现，[11-12]以保证系统功耗和性能的最优化。系统主要由北斗GPS定位模块、加速度传感器、GPRS模块、STM32L151微处理器及电源供给管理系统构成。整体结构如图1所示。

　　电源供给管理系统由锂电池、太阳能充电板、电源充放电管理电路等构成。系统从硬件设计的角度保证了低功耗、高续航的可行性。定位器主要实现以下功能：按一定时间间隔定位并上传，时间可调。在没有GPRS信号的时候，保持GPRS模块关机，当北斗GPS获取的位置数据距离变化超1公里以上时，才尝试开机。当定位器静止不动时，进入休眠模式。定位器电池电压低且太阳能充电效率又不高时，自动将定位间隔加大。

　　2 定位器硬件设计

　　为了保证定位器的高续航能力，定位器硬件从器件选型到电路设计都进行了低功耗设计。

　　2.1 控制核心设计

　　定位器选用基于CARTEX-M3内核的超低功耗32位微控制器STM32L151C8T6作为控制核心;[13-14]其具有64KB的闪存，32KB的静态RAM，4KB的EEPROM，具有3个可用的串口/UART，和多路12为ADC通道;并提供多种超低功耗模式，其中stop模式下控制器最低功耗不足2uA。可以很好地满足本设计对功耗和性能的要求。核心控制器电路原理图如图2所示。

　　2.2 北斗GPS模块、GPRS模块设计

　　Air530模块是一款高性能、高集成度的多模卫星定位导航模块，具有体积小、功耗低等特点。模块支持Beidou / GPS /GLONASS/Galileo/QZSS/SBAS。采用了射频基带一体化设计，集成了DC/DC、LDO、LNA、射频前端、基带处理、32 位RISC CPU、RAM、FLASH 存储、RTC 和电源管理等功能。提供超高的性能，即使在弱信号的地方，也能快速、准确的定位。且具有多种节能模式，非常适合本设计。

　　数据通信模块采用SIM800L来实现，其工作频率为GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，可以低功耗实现语音、SMS和数据信息的传输，尺寸为15.8mm×17.8mm×2.4mm，能适合本定位器设计需求。SIM800L与STM32L151C8T6通过串口进行直接连接。[15]通过AT命令实现对SIM800L的操作。

　　2.3 电源管理电路

　　为了尽可能降低系统功耗，为北斗GPS模块及GPRS模块均设计了电源管理电路，方便在系统进入休眠状时彻底断开其供电电源，GPRS电源管理电路如图3，采用MOS管实现通断控制，其中，MOS管SI2305可实现2A电流的通断管理，完全满足本系统应用，北斗GPS电源管理电路类似。

　　2.4 太阳能充电控制电路

　　一般不超过两行。本系统设计了如图4所示的太阳能充电控制电路，主要采用CN3791 控制芯片实现，能够自动跟踪太阳能板的最大功率点，可最大限度地利用太阳能板的输出功率，且具有恒流和恒压充电模式。对于深度放电的锂电池，CN3791用所设置的恒流充电电流的17.5%对电池进行涓流充电。在恒压充电阶段，充电电流逐渐减小，当充电电流降低到恒流充电电流的16%时，充电结束。在充电结束状态，如果电池电压下降到恒压充电电压的95.5%，自动开始新的充电周期。

　　3 定位器软件设计

　　3.1 定位器软件整体工作流程

　　定位器软件采用Keil5软件集成编译环境来进行软件的开发，核心任务就是获取北斗GPS位置数据，并将定位数据上传到服务器。定位器首先初始化工作环境，接着采集电池电压和太阳能充电电压，然后北斗GPS模块开机开始获取位置数据，如果上传数据时间到，则GPRS模块开机联网并上传数据;这些工作完成后，定位器进入超低功耗休眠状态，等下次工作时间到，有RTC唤醒进入下一定位周期。

　　3.2 定位器低功耗工作策略

　　由于草原上GPRS网络信号覆盖不好，很多区域没有GPRS信号，因此当定位器处在这些区域开机联网时，会出现GPRS模块长时间连接不上网的现象，而GPRS模块在联网时功耗较大，峰值电流可达2A(4V供电)，因此，为了避免在无信号区域定位器长时间联网耗电的情况，设计了如图5所示的GPRS模块开机判断程序，工作流程如下：每次GPRS模块开机联网后，记录联网状态，如果上次联网不成功，则下次GPRS模块在距上次尝试联网地点距离超过1公里(根据实际使用地网络覆盖状况，距离长度可调)时，才再次尝试开机。这样，有效避免了在无网络区域多次尝试开机而大量耗电的现象。

　　定位器整个系统在实现基本定位功能的基础上，针对实际使用环境，着重设计了低功耗工作策略。定位器采用锂电池和太阳能互补充电的供电方式，为了确保定位器长时间正常工作并延长锂电池的使用寿命，系统采用概率检测模型判断太阳能充电效率，采用如图6所示工作流程。检测计数器初始值设为5，并每隔一定时间(时间长度可调，默认30分钟)检测一次太阳能充电电压U2。如果U2>5V，则说明此刻充电效率较好，检测计数器值加1;如果U2<4.2V，则说明此刻充电效率较差，检测计数器值减1;如果5V

　　4 定位器功耗计算及测试

　　定位器正常工作时每个工作周期可分为以下三个状态：北斗GPS定位状态，GPRS上传数据状态，休眠状态。分别计算三种状态下的功耗，再累加就得到定位器一个定位工作周期的功耗。经过测试，在开阔环境下北斗GPS模块的冷启动定位时间约35秒，期间工作电流为约30mA。GPRS模块上传数据注册联网和发送数据电流约200 mA，每次联网发送数据用时约30秒;休眠状态下北斗GPS、GPRS模块都断电，定位器电流约20uA。按30分钟唤醒定位一次计算，一个工作周期的功耗约1.4mAh。按草原上定位器实际使用工况，每天白天工作12小时定位24次，夜间休眠12小时计算，一天的功耗33.6mAh，理论上一块1000mAh的锂电池可维持工作约28天。为了验证实际工作效果，2019年8月份在内蒙古锡林郭勒苏尼特草原上进行了测试，选取了6个定位器分2组，一组单纯1000mAh锂电池供电，一组采用锂电池和太阳能互补供电。测试数据见表1。

　　从实际测试结果来看，单纯锂电池供电的3个定位器持续工作21天后，剩余电量均不足10%，比理论计算工作时长略短。而太阳能互补充电的3个定位器在工作21天后，剩余电量均70%左右，可见，在日照比较充足的地方，太阳能互补充电方式可有效延长定位器的续航时间。