太阳能供电的无线移动路由器设计
摘 要
本文主要介绍了太阳能供电的无线移动路由器的设计思路以及过程，以移动路由器为核心、太阳能电池板为供电设备，从而形设计成一种方便在室外没有电网供电情况下使用的无线移动路由器。整个供电系统通过防反充二极管和稳压二极管对整个供电电路进行保护，从而避免了电流的倒流以及电压不稳定所造成的伤害，确保了电路的安全。在整个设计过程中，通过兼顾实际情况的考虑，从而没有对供电电路设计蓄电池，而是直接通过光伏电池板给无线移动路由器端进行供电，这样的设计的目的不仅在于减少整体成本，也是为了能够根据实际需要来对供电方式进行灵活的改变，从而使得无线移动路由器的使用更加的方便。
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关键字:太阳能无线路由器
目 录
1.绪论 1
1.1 太阳能供电式无线路由器的研究背景 1
1.2研究太阳能无线路由器的目的和意义 1
1.3太阳能供电式的无线路由器的主要研究思路 1
2.整体系统设计思路 3
2.1设计思路及框架图 3
2.1.1设计思路 3
2.1.2框架结构图 3
2.2供电电路的设计 3
2.2.1光伏电池板的等效电路 3
2.2.2供电电路的设计 5
2.3路由器部分设计阐述 5
3.总体系统的阐述分析 7
3.1太阳能电池板的阐述及发电原理 7
3.2供电电路及使用元器件的分析 8
3.2.1太阳能电池板的选用分析 8
3.2.2 导线的选用分析 9
3.2.3 稳压二极管的选用分析 9
3.2.4 防反充二极管的选用分析 10
3.2.5 USB母头线的选用分析 10
3.3设计及制作过程的注意点 10
3.3.1选材过程中的注意点 11
3.3.2设计及制作过程中的特点阐述 11
3.3.3制作过程中的注意点阐述 12
结语 14
参考文献 15
附录1：太阳能供电式无线路由器成品展示 16
附录2：稳压二极管展示 17
附录3：防反充二极管展示 17
致谢 18
1.绪论
1.1 太阳能供电式无线路由器的研究背景
互联网是伴随着电脑的发展而诞生的，是计算机技术和信息技术相结合的产物，其发展已经历经了40余载。到目前为止，互联网技术已经发展得比较成熟了。而目前互联网已经深入到了全球的各个行业以及人们的工作和生活娱乐之中。早期与上网设备的网络接入方式一般都是以线缆为主，但是在笔记本电脑、平板电脑和大屏手机日趋普及的今天，则更多的采取的是wifi模块的无线方式的接入。要通过无线方式接入到互联网，除了上网设备要有无线wifi模块，还必须使设备置身于无线网的环境中。但是，目前为止无线网的普及毕竟没有达到全球无缝覆盖，所以有时候我们需要携带无线路由器，也就是俗称的3G路由器。无线路由器就是一种能够随身携带的将3G网络转化为无线网络的设备，它的发展为人们生活工作带来了极大的方便。但是无线路由器的最大的问题就是供电问题。通常的家用路由器的供电一般是通过电源适配器将220v的电压转化为12v左右的电压进行供电，而无线路由器的供电则是通过内置锂电池进行供电。所以无线路由器的供电就成为了一个很大的问题。
目前小型的便携式设备都是先通过充电器将锂电池充满电，然后再由锂电池对设备进行供电的，而在户外或者野外等一些无法用充电器对其充电的地方，则目前最为优良的供电方式就是用太阳能电池板进行充电。因为只要是晴好天气，那阳光就是很好采集的，而太阳能电池板的充电或供电设备也是相对轻巧便于携带的。
1.2研究太阳能无线路由器的目的和意义
目前是一个大家都需要wifi的时代，最好是人到哪里wifi就跟到哪里，目前只有移动路由器能够实现这种情况。而太阳能供电则是最佳供电方式。当太阳能供电的移动路由器普及之后就能真正实现“wifi揣在兜里，永不断网”的美好愿望。这样就极大的为我们的工作、生活娱乐提供了极大的便利。
1.3太阳能供电式的无线路由器的主要研究思路
本设计是以腾达3G150M为核心，以多晶硅太阳能电池板为供电设备，并以稳压二极管和防反充二极管进行辅助以确保供电电路的安全进行设计。
论文核心主要以多晶硅对移动路由器的供电的设计为主要核心。全文主要分为“材料的选择”、“供电电路的设计”、“供电电路的等效电路的分析阐述”、“整体系统的阐述分析”四个部分。各个部分的要点如下：
“材料的选择”部分主要讲述了太阳能供电式路由器的设计与制作的所需材料；
“供电电路的设计”部分主要讲述了供电电路部分的设计过程以及一些在设计过程中的必要注意点；
“供电电路的分析及阐述”部分主要阐述了太阳能供电电路的设计方案；
“整体系统的阐述分析”主要阐述了太阳能供电式的无线移动路由器的整体系统，以及一些在设计和制作过程中的注意点。
2.整体系统设计思路
2.1设计思路及框架图
2.1.1设计思路
由于本设计是为了在户外一些情况下使用的，所以在设计时我所采用的是直接供电式的设计，所谓直接供电式的设计就是将光伏电池板通过保护电路的保护之后直接给负载进行供电，而没有在供电电路中加入蓄电池的设计。保护电路由两部分组成，一部分为稳压电路，另一部分为防反充电路。
2.1.2框架结构图
2.2供电电路的设计
2.2.1光伏电池板的等效电路
众所周知，光伏电池板在太阳光的照射之下即可产生电流了，而且电流值还会随着太阳的光强的增加而变大，而当太阳的光照强度达到一定程度时，光伏电池板即可被认为是一个恒流电源。图2.2.1即为光伏电池板的理想等效电路图，所谓理想状态，即为将光伏电池板视为一个类似pn结的二极管经过光照之后产生正向偏压，在pn结为理想状态下可以以图2.2.2进行分析。在图2.2.1所示的等效电路中，负载两端的电压V和流经负载的电流I之间的关系为： （式2.2.1）
而光伏电池板的开路电压在I=0时即可得到，为：
（式2.2.2）
式2.2.1和式2.2.2中的I为光伏电池的输出电流；IL为PN结电流/A；IO为二极管的反向饱和电流/A；V为外加电压/V；q是单位电荷(1.6×10-19K库仑)；K是玻耳兹曼常数(1.38×10-23J/K)；T是绝对温度(T=t+273K)；n为二极管指数。
在实际生产中，并不会像理想状态那样，光伏电池板由于材料本身具有一定的电阻率，所以必然会引起一定的电流损耗。整个电路中的总的电阻值在等效电路图2.2.2中可以用一个串联电阻RS来表示。其伏安特性可以使用太阳能电池板的超越方程式表示，即
（式2.2.3）
所以综合上述考虑，在实际的电路设计中一定得考虑到电路中存在一定电阻值的问题，这也就要求在设计过程中所选用的光伏电池板的功率大小不能完全等同于用电器所需要的功率大小，因为电路所存在的电阻值必然会损耗掉一定的功率，倘若是光伏电池板的大小与用电器的功率大小一致，则必然会导致输送给用电器实际功率不足。所以在考虑光伏电池板的实际总功率时，必须要略大于用电器的实际工作功率。
2.2.2供电电路的设计
图2.2.3即为本次太阳能供电式移动路由器的供电电路的设计示意图，由于本次设计的太阳能供电式移动路由器为即时使用式的，即在室外或者野外没有220V供电电源的情况下通过太阳能电池板对太阳能的转换进行即时供电使用的移动路由器，故在本次设计中没有考虑使用蓄电池，这样不仅能够有效的节省成本，也更能灵活有效的根据实际情况对路由器的供电方式进行更改。整个供电电路中的最为重要的器件就是太阳能电池板，所以太阳能电池板的选择以及在使用过程中的注意尤其重要。在实际使用之前，一定得先将太阳能电池板表面的那层保护膜揭掉，不然会在使用过程中影响太阳能电池板对太阳光的吸收，这样就间接的影响了电池板的转换效率，从而也就会影响整个系统的供电效应。而稳压二极管和防反充二极管对整个系统而言也是尤为重要的。
2.3路由器部分设计阐述
在本次太阳能供电式的移动路由器的设计过程中，路由器部分选取的是腾达的一款移动3G路由器，通过与3G上网卡配套使用，除了支持3G上网卡的配套使用，还可以配合WAN的接入方式使用，其无线速率高达150Mbps。其具备3G模式、Ap模式、wisp模式以及无线路器模式等四种模式的无线应用。这款路由器采取的协议标准为：IEEE 802.3、IEEE 802.3u、IEEE 802.3x，天线则是采用的内置高增益全向天线，其工作电压及电流为：8V/0.6A。在实际测试中，发现这款路由器工作时的信号覆盖范围为20M左右，这完全能够满足室外的使用要求。而根据厂家所提供的工作温度范围显示，其正常工作温度为0℃~40℃，这在正常使用中已经足够了，而路由器自身在使用过程中产生的热量也是很多用户在衡量路由器的实际使用性能的一个重要因素，但是由于移动式3G路由器的功率较小，耗电也较少，所以3G路由器在使用过程中所产生的热量对路由器的零部件温度的升高是完全可以不去考虑。但是值得注意的是在实际使用过程中，除了太阳能光伏板暴露在阳光的直射之下，其它部件，尤其是路由器部分尽量不要暴露在阳光的直射之下。因为在阳光的直射之下会导致零部件的表面甚至内部温度升高，这样的话在一定程度上而言会导致路由器的性能受到影响。温度的升高一般会影响路由器的稳定性以及数据的传输的速度，严重的时候甚至会影响内部元器件的老化甚至于会导致路由器死机。本设计在实际测试过程中，经过比对试验发现，在室温为10℃左右的天气环境下使用移动路由器，让移动路由器暴露在阳光直射之下二十分钟之后使得路由器的表面会有明显的温度升高之后，会发现上网终端的网速（测试终端为手机）会有一定的下降，但是并不是很明显。但是当路由器暴露在23℃的环境下的阳光直射达到20分钟之后，通过上网终端的网速测试软件，会发现网络的下载速度不仅会有明显的下降，还发现数据的传输有时候会出现间断的现象，但是上网终端还是能够接收到路由器发射出的信号的，在长达40分钟的阳光直射之后也并没有出现完全接收不到路由器信号的情况，但是下载速率的下载以及数据传输过程中出现的间断现象就足以证明在温度环境对于移动路由器的性能影响之大。
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