经过3年的发展，这个开源项目即将完成。从它的适度开始，它已发展成为一个相当复杂的设备，带有USB接口，强大的USB充电端口，20x4字符LCD，带按钮的旋转编码器，从电压和电流到温度的所有应用的精确测量。有4个PWM电源输出，4MB存储空间，可存储一年的实时时钟和日历数据。它通过USB连接到桌面应用程序，用户可以监控和调整各个方面。

但是，这款充电器真正特别之处在于它在1至75瓦的宽功率范围内具有极高的效率，约为97％。还有更多：当没有太阳时，这个充电器不会耗尽你的电池。它将进入一个非常低功耗的状态，大多数子电路断电，同时仍然记录数据。

它适用于标称电压为6至13伏的任何类型的电池。

多功能独立或作为模块

虽然这个项目最初只是一个独立的太阳能充电器，但现在经常被用作大型项目的模块。最主要的例子是MeshPoint，一个用于灾难和户外区域的WiFi热点。该项目完全是关于WiFi和4G移动网络，而不是关于电力收集。使用这款太阳能充电器作为模块，Valent和他的团队可以专注于WiFi连接，而不会过度分散电源管理。

不要重新发明轮子

无论您的项目是什么，如果附近没有墙上插座，您迟早都要担心电源问题。正如在过去几年中发现的那样，开发高质量的太阳能充电器本身就是一个重要的项目。很可能这个充电器可以满足您项目的特定要求。它适用于各种类型的电池，功率范围很广。通常，只需配置就可以满足您的需求。所以不要重新发明轮子。将此太阳能充电器用作项目中的模块，并专注于您真正希望实现的目标。

对于像上面提到的MeshPoint这样的更多参与项目，您可以决定通过布置自己的PCB来定制硬件，以便它可以在物理上适合，甚至可以剥离一些您不需要的功能。即便如此，与从头开始相比，所涉及的工作只是一小部分。

如果您可以使用硬件，那么您的生活就更简单了。只需确定您是否需要用户界面并开始配置充电器。从I2C到I2C的各种接口使您的应用可以轻松与此充电器进行通信。

独立使用

在很多情况下，人们需要（或只是想）电力，但附近没有墙壁插座。无论是野营车、船还是户外小屋。它有一些电力照明，给手机充电等好处。而且，经济实惠的太阳能电池板的可用性使得太阳能经常成为这种情况下的首选能源。

是的，你可以在那里买无数个太阳能充电器中的一个。但如果你希望能够控制和配置它，希望能够根据自己的具体需求进行调整，希望能够连接自己的笔记本电脑，看看它在自己不在的时候做了些什么。如果你这么倾向，这款充电器适合你。

超越能源收获

除了提供能量外，这款充电器还可以为您的项目提供支持。例如，您可以通过任何接口访问实时时钟和日历。您也可以将数据存储在其EEPROM或4MB闪存芯片上。

如果您的项目是关于记录环境数据，您甚至可能完全依赖于此项目。最初用于温度测量的两个模拟输入也可用于其他目的。如果您需要更多，可以将外部ADC直接连接到I2C或SPI接口，让太阳能充电器完成所有工作。您需要做的就是自定义固件，以便它可以处理您的额外硬件。

超越太阳能

甚至还有一个收集风能的项目决定使用这种太阳能充电器作为起点。虽然风力涡轮机肯定不同于太阳能电池板，但是存在许多相似之处。这一切都是为了尽可能多地提取能量并以有效的方式进行转换。从这个开源设计开始，在软件和硬件开发方面节省了无数个小时。

功能和细节

高效DC-DC降压转换器

该项目的核心是一个高效的DC-DC切换器，额定功率为75瓦，完全由软件控制。它工作在187.5kHz，可以同步或异步模式运行。后者在轻载时效率更高。结合精心布局和精心挑选的元件，可实现97％的效率，约为1至75瓦。这意味着没有散热器和风扇，这有助于保持尺寸和成本。

您可以连接任何尺寸的12V太阳能电池板。面板完全可以超过充电器的75瓦额定功率。它足够聪明，不能吸取比它能安全处理更多的电流。并且MPPT（最大功率跟踪点）算法确保在需要电源时面板以最有效的电压/电流组合运行。

非常低的待机电流

在收获能量的时候效率只是硬币的一面。在许多应用中，尤其是低功率应用中，在没有太阳的情况下保持功率同样甚至更重要。这是许多其他充电器失败的地方。这个使用非常低的静态电流电源和低功耗微控制器。在待机模式下，电路板电压从3.3降至仅2.2伏，任何未使用的子电路完全断电。系统时钟也从48MHz降至32.768kHz。所有这些都可以将功耗降低到仅约100微安，同时仍然记录数据。

适用于任何类型的电池

与大多数其他太阳能充电器不同，这款太阳能充电器适用于各种各样的大小电池。您可以使用标准的12V铅酸电池，但您不必使用。您也可以使用3芯锂离子电池，或者LiPo，或NiMH或任何尺寸和技术适合您的项目。可以指定所有参数，例如最大充电电压，最大充电电流，最小放电电压等，甚至可以取决于环境温度。只要电池的标称电压在6到13伏的范围内，它就适合。

精密测量和数据记录

精心设计的电路和带有精密2.048V电压基准的16位ADC用于测量输入和输出的电压和电流。除此之外，PIC内部12位ADC和2.5V基准电压源用于监控板载电压以及最多2个外部温度。

所有这些数据以及其他系统参数的信息每5分钟存储在一个日志文件中。有足够的板载存储可以进行大约一年的数据记录。实时时钟和日历充当时间参考，并为每个数据集提供时间戳。

USB接口和Bootloader

当通过USB连接到主机时，充电器充当复合HID（人机接口设备）/ MSD（大容量存储设备）。 HID接口连接到专用的SolarCharger应用程序，允许用户监控和控制充电器。 MSD设备类允许在现场轻松升级固件，而无需编程器或任何主机软件。

LCD显示器和旋转编码器

有一个高对比度的用户界面4行20字符LCD和带按钮的旋转编码器，可以监视和控制设备。如果您的应用程序不需要用户界面，请将其丢弃并使用其他界面。

SPI和I2C接口

如果将此充电器集成到更大的项目中，您可能希望使用比USB更简单的协议与该设备进行通信。然后，所有功能都可通过I2C或SPI访问。这些接口可以在主模式或从模式下运行。在将来的引导加载程序版本中，甚至可以通过这些接口升级固件。

USB充电端口

有2个USB充电端口，总电流为4安培。这足以同时对两片药片进行快速充电。兼容三星，Apple和任何其他设备。

4个PWM电源输出

有4个强大的输出可以单独打开和关闭，甚至可以进行PWM控制。 因此，它们非常适合控制LED或您可能需要的任何其他装备。

风扇输出

在大多数应用中，不需要风扇。 如果你的项目需要一个，那么电路板上有一个温控风扇的专用输出。

开源许可证

该项目上的所有工作都是在Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International（硬件）和GNU GPLv3（软件）下发布的。

所有硬件设计都是独家完成的，所以没有进一步的限制。 大多数软件也是如此。但是，对于USB实现，主要依赖于Microchip提供的一些应用笔记和代码示例。 通过对它们的使用条款的理解，可以以与GNU GPLv3兼容的方式调整和重新分发该代码，但显然不是这方面的专家。

子项目介绍：

该项目可以分为5个子项目，每个子项目都有自己的github存储库：

太阳能充电器板/硬件

主要是主要PCB的各种版本的Eagle文件和gerbers。最新版本是Rev F.

用户界面板/硬件

Eagle文件和gerbers用户界面PCB的各种修订版。最新版本是Rev C.这个子项目是非常通用的，并不是太阳能充电器特有的。它可以在3.3或5伏电压下工作，是一个独立的用户界面，带有20x4字符LCD和带按钮的旋转编码器。显示屏（包括背光亮度和复位）通过I2C控制。

太阳能充电器软件/固件

这是该项目中工作量最大的部分。所有在PIC18F47J53上运行的软件。它使用（免费）Microchip MPLAB X IDE和免费版Microchip XC8编译器以C语言编写。 Rev E之前的电路板修订使用了不同的微控制器，因此需要稍微不同的代码。该代码也在github上（在不同的存储库中），但不再主动维护。

USB Bootloader

这个重要的子项目使非技术最终用户能够轻松可靠地更新现场固件。它使用（免费）Microchip MPLAB X IDE和免费版Microchip XC8编译器以C语言编写。与固件不同，此代码非常通用，可以使用PIC18用于其他项目，只需要相对较少的修改。

太阳能充电器应用

一个Windows WPF应用程序在C＃中用于通过USB与太阳能充电器通信。可以通过该程序监视和控制充电器，查看记录的数据并设置各种测量的校准参数。

项目简史

该项目于2015年开始，作为一个简单的Arduino Uno太阳能充电器防护罩，旨在为朋友的分配花园提供电力。该设备表现非常出色，但Arduino的固有局限性变得明显。首先，它消耗了过多的功率并将开关频率限制在62.5 kHz，这意味着需要庞大的电感器和大功率电容器。

所以设计了一个基于PIC18的更加雄心勃勃的充电器。虽然它体积更大并且是在自制的主板上构建的，但在最新版本中仍然可以找到许多功能和解决方案。它的核心是低功耗设计。虽然它带有许多新功能，如USB接口，USB充电，可切换电源输出等，但所有这些功能都可以在不使用时关闭。修订版A诞生了。

在编写和测试新版本时，一些设计缺陷变得明显，但一般概念似乎有效，所以开始研究下一个版本。除了解决在Rev A中遇到的一些问题外，整个设计也得到了简化并缩小了尺寸。组件成本以及不同组件的数量都显着减少。最终还决定将由20x4字符LCD组成的用户界面和带按钮的旋转编码器移动到一个单独的板上，这是自那以后没有改变的。

可以禁用用户界面并将其置于非常低的功率状态。但即使在禁用时，它也能够在按下按钮时唤醒充电器。来自旋转编码器的所有信号都在用户接口板上的硬件中去抖动。同样重要的是，当禁用时，A和B输出（以及I2C信号）呈现高阻态，因此不会干扰与PIC共享的PIC的PGD和PGC在线串行编程引脚。编码器。显示器通过I2C控制，包括背光亮度和复位。与充电器本身一样，显示器经过了一些修改，但总体设计保持不变。

在这个项目中，用户界面工作在3.3伏特，同样的电路板也可以通过改变几个电阻器在5V项目中使用。这使得该用户界面非常通用。人们可以在任何需要用户接口并具有I2C总线和一些备用引脚的微控制器项目中使用它。

新的专业蚀刻板（从Rev B开始）使原型制作更加快速和可靠。此外，他们考虑到了（通用）机箱。如前所述，董事会已经过多次修订，但在以后的修订中，变更确实变得很小。我很高兴地说，最新版本Rev F可以被认为是一个相当成熟的设计，不太可能看到任何重大变化。

如果您想了解更多有关此项目如何发展的信息，请访问我的博客soldernerd.com，阅读整个系列的帖子。在那里，我试图不仅记录结果，还记录了塑造这个项目的想法和设计权衡。

对于所有代码和eagle文件，您可以参考github.com/soldernerd，其中主板，用户界面，嵌入式软件，主机软件以及引导加载程序都有单独的存储库。