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低成本太阳能电池充电器为原型的智能手机的电池充电
阿方索·何塞布里托 - 罗哈斯*,何塞·阿方索·阿吉拉尔 - 卡尔德隆*,奥马尔·加西亚，桑切斯*，
卡罗来纳州特里普 - 巴尔巴*，阿尼巴尔萨尔迪瓦，Colado*，桑杰·米斯拉dagger;
* CuerpoAcadeacute;micoSenales的Yuml;Sistemas公司，自治大学锡那罗亚州，墨西哥马萨特兰
电子邮件：[ja.brito，ja.aguilar，ogarcia，ctripp，azaldivar]// @ uas.edu.mx
dagger;盟约大学，奥塔，尼日利亚
电子邮件：smisra@futminna.edu.ng
摘要——在本文中，设计和低成本的太阳能电池充电器的原型的智能手机的发展呈现。原型是来自墨西哥的科学公正的结果。这个项目背后的主要思想是通过降低越来越多的智能手机产生的能源消耗从而有助于改善全球气候变化。此外，一个基本的控制电路的给出，以及最终的原型作为概念证明。
关键词：太阳能电池;全球气候变化;节能
I.引言
如今最大的环境问题是全球气候变化，过量的使用化石燃料，是目前导致依赖此类型的能量而产生的环境问题不断大幅增加的主要原因，这个问题是21世纪的重大挑战和人类面临的严重的情况之一。尽管如此，大部分在相关领域的争论至今已将重点放在围绕有关活动的技术生态建筑，这是令人惊讶，考虑到在墨西哥（国家不是市）能源通过智能手机消费的观念（不考虑平板电脑的也不考虑电脑笔记本电脑的）是等价的，根据（REF），由一个城市的居住者产生707000消耗的能量，在一个城市考虑城市建成区约有235666家。这就是为什么我们认为，这将在早期阶段的城市设计中，在考虑不断增长的能量需求可能会真正导致更多的可持续发展的城市减少温室气体排放的手段时避免错误的出现。在这个意义上，我们必须考虑到能源被嵌入任何类型的商品，需要生产任何一种服务。现今，每个人都希望能够获得更多的能量，这种思维态度带来了多种纠结问题衍生出的技术的演进。除了技术，以提高生活质量的最大推动者之一的身份来考虑，其大部分收益都被集中在工业化国家，因此仅限于世界人口的一小部分。我们认为，技术在发展中地区发挥了很大的作用，即“第一世界”的技术到目前为止已经在这些领域不太适合，并有发展中地区因此有了技术研发的需要。尽管技术的研发在发展中地区还处于起步阶段，但传闻证据表明，获得技术还是具有有利的经济影响。
这一建议反映在实际的战略，侧重于提高可持续发展对技术的使用，特别是智能手机的衍生能源消耗。在这种情况下，可再生能源的利用，提供了有效而丰富的好处，具体地说，太阳能 - 这是在地球上接收到的太阳辐射能 – 与其他能源相比太阳能有几个关键重要的优点能量，但对于其使用时，它也存在一些困难。在它的优点主要是它的取之不尽的性质，用之不竭的可再生能源和无使用后的污染。但是，对于使用它，以考虑到它的间歇性，其人的控制和其低功率密度外变性是必要的。
论文是为了处理可再生能源应用的交叉问题和解决我们如何能够最好地减少越来越多地使用智能手机的人们对化石燃料能源消耗的依赖，从而提高我们城市的环境绩效的问题。在墨西哥，有超过1.01亿的手机目前在使用中，如果我们分析一下，在手机充电事实上，它每年将消耗4.2千瓦时。
如果我们有：4.2 KW hX101，000，000手机=424，200，000 KW h每年
它意味着，在墨西哥手机充电的能量的平均消耗是42420万千瓦时，每年。 如果我们分析，一个中小型的双月平均消费房子是300千瓦时，因此，每年的年消费将是：1800千瓦时，这是：300 KW高x6（每年6月期间）= 1800千瓦时
考虑总能量消耗，我们可以说：
424，200，000 千瓦时 / 1800千瓦时/小 - 中等家庭=235，666.66小 - 中等家庭
这意味着每年移动电话的能耗相当于235,666.66中小型住宅的，生活在一个中小型家庭标准的人有3个，因此235,666.66中小型住宅的等价至707000人，这几乎就像马萨特兰，锡那罗亚州，墨西哥相同人口。
这项研究的意义是发现一个迫切需要在城市（公共场所）的设计过程中的可持续性原则的集成，我们特别地聚焦在马萨特兰，锡那罗亚州，墨西哥和一般需要为可持续城市的发展，只要是这个城市的基础是在国内和国际旅游商业活动。这将特别关系到在过去常被不加管理的具有快速城市发展的发展中城市。
本文的其余部分安排如下：第二节是简要调查相关工作。第三节是所提出的原型为低成本智能电池充电器中详细说明。最后，第四节得出结论和未来工作。
II.相关工作
在本节的任务是呈现太阳能的利用的相关工作。此外，为了突出我们的建议使成本减少的重要性，这里会举出一些类似的原型作比较。
在[1]中，作者对哥伦比亚的太阳能利用的发展进行描述并探讨了其太阳能发展前景。由于涉及到对能源的未来观察的不确定性，本文在说明能量来源多样化对一些国家（哥伦比亚）的重要性。此外，本文还说明了相较由使用化石燃料所造成的环境问题和能源枯竭问题，使用如太阳能一般的可再生能源的重要性。它同时提及了太阳能在对远程供能和对边远地区供能发挥了重要作用。对于使用的太阳能电池的其它应用，作者在[2]的对2003年阿根廷的以太阳能电池板为供能的卫星任务的成果描述有了很好的体现。本文还展示了更多有类似于太阳能电池特性的相关问题的活动，包括焊接和粘接的工艺，在上述情况下所使用的太阳能电池的设备的开发和技术测试。[3]部分会提到可再生可持续能源的重要性，尽管可再生能源有明显的优点，它仍然有无法忽视的重要问题，这就是为什么使用此类能源需要复杂的设计，规划和控制的优化方法，但在计算机硬件和软件的不断进步发展的情况下，研究人员才能够使用计算机的资源来处理这些问题。本文目前是以一种计算机优化到可以适用于当前的可再生可持续能源的认知前提来讨论的。另外，在[4]中提到的能源在每个国家的经济增长，社会和政治发展的可用性的重要性都不为过。经济实惠和可靠的能源供应是可持续发展的前提。本文是以制定尼日利亚的可持续发展为战略的高效可再生能源为角度来讨论。这些战略包括在对必要的能源的节约，提高产能的效率，和以多种来源的可再生能源来替换化石燃料。其他的研究就如同在[5]提出一个结论一样，它仍然是确定并开发与所谓的为解决未来能源需求的“绿色建筑”而相关联的高效能源的解决方案的关键。该研究详细阐述了绿色建筑设计的当代潮流和应用，也说明了对相应的可持续发展所产生的影响。
总之，在过去的几个世纪的主要能源是不可再生的，而由太阳能电池产生的能源是可再生的。低成本的太阳能是一种非常可行的替代产能方案。我们已经展示了在不同情况下利用这一能源的研究;但是我们相信，我们的这一建议是对未来本领域内的未来研究发展的贡献。我们的项目不是对人类的威胁，因为你不必暴露于水也不会受到的损害。本文介绍的其他成果对其产品而言成本太高，而我们的项目具有成本低，工作非常稳定的和易于使用。
III.一个智能手机的太阳能电池器原型
在这一部分我们简要介绍一下我们基于太阳能电池为低成本智能手机充电而设计的原型。 为此，我们首先要说明用于开发原型所需的材料，然后逐步完成设计。
A所使用的材料
我们的建议的一个最重要的特征就是使用低成本生产的样机，所以，下一步要说明使用的组件及其价格。
- 太阳能电池：太阳能电池是一种将太阳能转化成电能的半导体器件。 也称为光伏电池。在该提案中，太阳能电池是用来给我们的12V高电压，供电池充电使用，为太阳能电池提供的充电量可以定义充电的时间长短（参照图2）。我们使用4个太阳能电池。
2）驱动器：此设备是基本的，因为它将决定何时、是否给电池充电。设备主要应测量的量是电池当前具有的电荷量，控制器将其设置为一定的电压开始充电。该模块具有重定向的电荷（能量）的功能，使电池在充满电能时不会继续进行充电或受到其他影响。它也可以检测当有装置连接并且在消耗原型的能源（充电）。 提及我们设计并开发了控制器也是十分重要的，要做到这一点，我们使用的PIC16F684单片机，这是一个14引脚，基于闪存的拥有纳米瓦技术的8位CMOS单片机（参照图1）。
3）电池：这是我们必须要的电力来源。它的体积必须是尽可能的小，但也要有足够的动力去提供必要的能量。我们所使用的是摩托车上的电池，这是由于参考在市场上的它的大小和它的价格，它所提供的电荷量可能可行于我们的提案（参照图3）。9.6伏2200毫安电池足以支持我们的原型。
图1 驱动控制器图
图. 2.原型所使用的太阳能电池板
图 3. 所使用的电池
4）USB接口：USB（通用串行总线）连接器是十分重要的，因为充电形式是要通过它来实现的。通用串行总线（USB）连接器是计算机和外围设备之间的连接器，就如打印机，显示器，扫描仪，鼠标或键盘。 它是USB接口的一部分，其包括多类型的端口，电缆和连接其.The USB连接器的开发是为了简化计算机和外围设备之间的连接[6]。在USB接口之前，外围设备有许多的连接器。 USB接口提供了各种好处，包括插件和播放，提高了数据传输率（DTR）减少连接器数量，以及解决了当时的接口的可用性问题。USB接口是在90年代中期开发，由USB实施者论坛（USB-IF）规范，一个USB连接器使用4针，第一针（ 5V电源电压）和第四针（供应地）稍长使得先接通电源。本项目会使用16个USB连接器（参照图4）。
图4 USB
B.样机研制
该项目的核心部分是开发一个与太阳能电池、电池和的USB连接器连接的电路，要做到这一点，我们需要使用控制模块，该模块是基于PIC16F684微控制器，这微控制器允许获得输入数据，这数据便是电池充电量的测量。其中选择该微控制器一个主要的原因是因为它能够做出是否对电池执行充电的决定。充电指示灯也附于一个LED如果充电器模块是可用的（可充电的）。 下一个，微控制器通过使用MIKROC PRO编译器[10]进行编程，这是在本领域[9]使用一个可靠的提案，有低水平和高水平的编程语言使我们能够轻松地访问每个寄存器和外设从微控制器。
下表（见表I）示出的值是当电池从5V到10V时ADC的值（模拟数字转换器）。在表中，我们使用的值从5V到10V的原因是大多数手机没有不会接收到电能当他们有5V。因此，系统的参数负荷始终保持在7V之上。当电压小于比7V微控制器决定启动太阳能电池板充电，直到它具有10V。
表I 当电池电压处于5V到10V之间时ADC的示值
在电池和ADC之间存在一个电路使我们可以得到10V电压，这将有助于监测电池充电是否正常。正如我们确定的最大值为10V，通过使用欧姆定律，我们确定电阻的分压是1千欧，因此串联连接2个电阻（参照图5）。
图5 所使用的最大电压
从图5中的电路，我们可以知道电池是否在正常充电。减少电池的总电压从10V至5V是很有必要的，减小电压以调整ADC中读取的微控制器所需的信号，然后处理该信息，以决定是否连接太阳能电池进行充电。由此可知，如果电池充满电后，电路会断开（S）电池（S）以延长太阳能电池的寿命。另一方面，当电池在由电路将电压从5V调节至10V时充电，电路将允许在同一时间10部如此的手机充电。我们将我们的原型设立了一个需要提供5至10连接器（移动提供手机充电器）的目标，因为如果我们的原型坐落在一个地方那里的人们会像在中央公园一样聚集，我们的原型的10的USB连接器将是十分有意义的。最后，我们的原型不仅能为手机进行充电，还能为如iPads，Tables和其他移动设备进行通过USB接口的充电。
这一方面，谈谈我们的原型的一个主要特征——低耗也是十分重要的，所述一个我们的原型的主要用途是其低成本的生产，我们实现了这一目标，美元是我们的原型的总生产成本是的货币，在表II中详细地列出了各个组件及其价格。最终原型可在图6中看到，如我们可以看到，它是一个小型设备，因此他是很便携的产品，但毕竟这只是一个原型产品，批量生产的充电器产品将配备金属支架将其固定在桌子上以预防解决一些安全问题作为。
表II 我们的原型所使用的材料的价格
图6.基于太阳能电池的智能手机充电器低耗原型
IV.结论和未来的工作
在这项工作中，我们提出了一个低成本的以太阳能电池为原型的的智能手机充电器。原型目前可以正常工作，并且可以在同一时间充电4部智能手机，且在1天可完全充满96部智能手机。这项建议的关键点就在于这个原型可以节约大量能源，我们还必须强调这个原型造福于环境，仅仅考虑到只在本文中提到的城市的智能手机用户数量是不断增长的。
由于这个原型的低制造成本，对通过当地政府和旅游部长而达成的商业目的，提及这个原型正在改善产生的释放物是很重要。因此，申请商标注册与原型专利正在进行中。目前，我们正在在大学校园（大学自治锡那罗亚州）测试我们的原型并且在考虑到太阳的位置时尝试使用不同的电压以解决电路从早上6点工作到晚上8点的一整天所产生的过热现象。
致谢
这部分工作是由墨西哥政府通过Secretariacute;a教育协会Puacute;blica在PROMEP部门支持的， PROFAPI/2013/002项目由“自治大学锡那罗亚”提供支持。作者在此感谢 “Senalesyuml;Sistemas”研究组 和“自治大学锡那罗亚”以及“公约大学”的支持。特别感谢作为合作伙伴的博士候选人卡洛斯爱德华多·克鲁兹苏里塔及学生罗赫略·莫拉莱斯·费尔南德斯。
参考文献
[1] Murcia, H. R. (2008). Desarrollo de la energiacute;a solar en Colombia y sus perspectivas. Revista de Ingenieriacute;a. Universidad de los Andes
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资料编号：[146973]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
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