无线供电系统论文

无线供电系统论文

摘要 目前．手机、MP3和笔记本电脑等便携式电子设备进行充电主要采用的是一端连接交流电源．另一端连接便携式电子设备充电电池的传统充电方式。这种方式有很多不利的地方，首先频繁的插拔很容易损坏接头．另外也可能带来触电的危险。因此．非接触式感应充电器在上个世纪末期诞生．凭借其携带方便、成本低、无需布线等优势迅速受到各界关注。因此．实现无线充电，便于携带成为充电系统的研究方向之一．

本文设计了一种简单实用的无线供电系统．通过线圈将电能以无线方式传输给用电设备。只需将用电设备放在供电系统允许的范围内上即可对其进行供电。实验证明．该系统能做到将多个供电设备同一充电平台上同时充电，免去接线的烦恼．

关键词 无线供电 传能 单片机 STC89C51 超声波 测量距离 一、系统总体方框图

系统由能量发送单元、单片机控制单元、超声波测距单元和能量接收单元等部分组成。系统框图如图所示。

图1.1供电系统 图1.2 用电设备

二、硬件电路方案论证 2.1 电源切换

方案一：采用晶闸管，其优点是切换无噪声，但驱动电路复杂，且要安装散热片。 方案二：采用继电器，功率大，内阻小， 易于控制,缺点是存在切换噪声。

综上所述：要实现交直流自动切换，由于工作电流大，切换频率不高，所以选择（方案二）。

2.2 振荡电路：

方案一：使用晶体管振荡，可以产生稳定准备工作频率，但频率可调性不强。 方案二：使用RC 振荡，其频率在一定的范围内可调，电路简单而且省电。

综上所述：因系统选择频率不高，频率可调在一定的范围内，所以选择NE555与RC 构成的振荡（方案二）。

2.3 功率放大电路：

方案一：采用大功率开关三极管作为功放元件，但管耗较大，需要大面积的散热片，成本较高。

方案二：采用场效应管作为功放元件，功耗低于三极管，驱动功率小，使用方便，所以选（方案二）。

2.4 距离检测电路

方案一:采用红外对管作为距离检测的传感器.但其检测的距离有限.

方案二:采用超声波发射接受探头作为距离检测的传感器,其距离可以满足要求故选择方案二.

三、单元电路设计 3.1、电源及切换部分

交流输入采用220V交流电经变压器变压后对系统供电，继电器上电常开闭合，常闭打开，断电继电器对后级电路实现自动切换.

图3.1 电源自动切换电路

3.2、天线发射及接收电路

发射电路由振荡信号发生器和谐振功率放大器两部分组成，见图（2）。采用NE555构成振荡频率可调的信号发生器，为功放电路提供激励信号；谐振功率放大器由LC 并联谐振

回路和开关管IRF540 构成。振荡线圈按要求用直径为小于12cm的线圈，由LC1/f2可知,调节可调电容，可方便调节谐振频率。

图3.3-1 超声波测距原理图

图3.2 天线发射电路 图3.3-2 超声波发射电路

大功率管IRF540最大电流为28A、完全开启时内阻为0.85_，管子发热量大，所以需要加装散热片。当功率放大器的选频回路的谐振频率与激励信号频率相同时，功率放大器发生谐振，此时线圈中的电压和电流达最大值，从而产生最大的交变电磁场。当接收线圈与发射线圈靠近时，在接收线圈中产生感生电压，当接收线圈回路的谐振频率与发射频率相同时产生谐振，电压达最大值。构成谐振回路。实际上，发射线圈回路与接收线圈回路均处于谐振状态时，具有最好的能量传输效果。 3.3、超声波发射及接收电路

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超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。(图3.3-1)

超声波发生器T在某一时刻发出的一个超声波信号，当超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接受。这样只要计算出发生信号到接受返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。 距离计算公式：d=s/2=(c*t)/2 (图3.3-2)

图3.3-3 超声波接受电路

3.4、单片机控制及显示电路

单片机控制及显示电路，采用stc89c51单片机作为系统的控制部分，通过单片机对无线发射电路的电源控制达到题目所要求的在用电设备靠近发射天线20cm时，发射部分自动开始工作；两者距离超过22cm后，发射设备自动处于休眠状态。

图3.4-2 1602液晶显示电路

图3.4-1 单片机最小系统

采用1602液晶显示，直观的观测系统的工作状态。显示用电设备到发射天线的距离。 3.5、电能接收及电池充电电路 3.6、功率指示电路

该电路通过电压的采样后点亮发光二极管，通过比较发光二极管被点亮的数目从而确定功率的大小。

图4.1 程序流程图

图3.3 功率指示电路

基本原理：以A点得到的电压变化来控制D1、D2、D3、D4四个发光二极管的亮灭，当A点电压小于.06v时，所有的LED都不发光，标志收集功率过小。当A点采集到的电压在在0.6v~0.7v时，Q4由截止变为导通D1被点亮，以A点采集到的电压每升高0.7v后续LED就被点亮从而直观的显示了接收到的功率的大小。 四、系统软件程序设计

为测量供电系统与用电设备之间的距离,使用到超声波测距模块,主程序首先对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位的定时计数器模式，置位总中断允许位EA并给超声波发送位清0。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直接波触发，需延迟0.1ms(这也就是测距器会有一个最小可测距离的原因)后，才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用12MHz的晶振，机器周期为1us,当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器T0中的数（即超声波来回所用的时间）按下式计算即可测得被测物体与测距仪之间的距离,设计时取20℃时的声速为344 m/s则有：

d=(C*T0)/2 =172T0/10000cm（其中T0为计数器T0的计数值）

测出距离后结果送到1602液晶显示,然后再发超声波脉冲重复测量过程。主程序框图如下: (图4.1) 五、作品性能测试与分析 4.1、系统测试方法

4.2、各功能的实现情况

无线传能模块:为LC并联构成的谐振电路输入21V电压，输出级的电流可调节至2后级用电设备不断靠近其功率有明显的变化。能够使用电设备指示灯工作，后级加入可充电电池能够为其充电。

六、比赛心得体会

在紧张的四天三夜中,通过各个单元电路的设计和调试最终完成我组的参赛作品:简易无线供电系统。 比赛过的过程中总是会遇到一些的问题,然而就在不断分析和解决问题的过程中我们更能够体会到团队协作的精神。 附件一：整机电路图 附件二：部分程序

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