電子設(shè)計(jì)大賽無線充電電動車的設(shè)計(jì)報(bào)告

1、本篇論文為電子設(shè)計(jì)大賽以IAP15F2K61S2單片機(jī)為控制芯片的無線充電電 動車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 內(nèi)容和格式可以作為比賽或者課程設(shè)計(jì)論文的參考， 本文 為原創(chuàng)，僅供參考請勿抄襲。設(shè)計(jì)報(bào)告摘要：本文是以IAP15F2K61S2單片機(jī)為控制芯片的無線充電電動車控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)，整個系統(tǒng)包含CPU莫塊、無線發(fā)射器模塊、無線接收器模塊、電機(jī)驅(qū)動模 塊、電源等模塊，并運(yùn)用超級電容作為儲能原件進(jìn)行設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用 ATME公 司的51系列單片機(jī)和TI公司TPS6302C芯片、LM2596穩(wěn)壓芯片等元件完成無線 充電電動車的控制設(shè)計(jì)要求。TI公司的TPS63020芯片來進(jìn)行DC-DC變換可以有 效的進(jìn)行直

2、流電源的電壓轉(zhuǎn)換。關(guān)鍵字：IAP15F2K61S2單片機(jī)、無線充電、TPS63020超級電容。1. 方案選擇與論證 31.1 主控制器方案與選擇 31.2 電動車部分穩(wěn)壓模塊的方案與選擇 32. 理論分析與計(jì)算 系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì) 32.1 無線充電裝置分析與計(jì)算 33. 電路與程序設(shè)計(jì) 53.1 電路設(shè)計(jì) 54. 測試方案與測試結(jié)果 64.1 方案與結(jié)果 64.2 測試結(jié)果分析 : 75. 總結(jié) 76. 參考文獻(xiàn) 81.方案選擇與論證1.1主控制器方案與選擇方案一：采用可編程邏輯器件CPLD乍為控制器。CPLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯 功能，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的

3、處理速度， 適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。方案二：采用IAP15F2K61S2單片機(jī)進(jìn)行控制。IAP15F2K61S2吉構(gòu)簡單，接線方 便，片內(nèi)大容量2048字節(jié)的SRAM運(yùn)行快速、穩(wěn)定，可在電磁干擾情況下工作。 IAP15F2K61S2單片機(jī)編程方便，還可以在線編程、下載、調(diào)試。綜合考慮：選擇方案二。IAP15F2K61S2單片機(jī)編程更方便合適。1.2電動車部分穩(wěn)壓模塊的方案與選擇方案一：采用XL4061E1穩(wěn)壓模塊。XL4061E1為降壓模塊，并非升壓模塊，體積 大，并且需要保持輸入電壓與輸出電壓差值在2V以上。方案二：采用TPS63020升降壓轉(zhuǎn)換器。TPS63020升降壓轉(zhuǎn)換器是德

4、州儀器（TI） 公司宣布推出業(yè)界最小型、最高性能的4 A開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器，效率高達(dá)96%。 綜合考慮：采用方案二。經(jīng)過對比分析，采用TI公司的TPS63020升降壓轉(zhuǎn)換器， 體積小，質(zhì)量輕，性能好，效率高，可以更好的進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。2.理論分析與計(jì)算系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)2.1無線充電裝置分析與計(jì)算接收器與發(fā)射器簡化等效電路如右圖所示- (jw-L +.) ftj上面左式中：a 1， a 2分別代表發(fā)射、接收線圈的簡正模，t 1、t 2 ， t l分別表示發(fā)射、接受線圈以及負(fù)載的衰減指數(shù)，k 12= k21 = k表示發(fā)射接受兩個線圈之間的耦合系數(shù)，W1，W2分別表示發(fā)射、接受線圈的固有的諧振頻率，s

5、表示驅(qū)動電壓源的驅(qū)動項(xiàng)。對電源的輸入功率進(jìn)行調(diào)整，確保系統(tǒng)維持一個較為穩(wěn)定的諧振狀態(tài)， 保證無線 充電系統(tǒng)整體總的能量穩(wěn)定。此時(shí)無線充電系統(tǒng)的電能傳輸效率表達(dá)式為：-:-I-沐。經(jīng)計(jì)算發(fā)射器采用具有恒流恒壓模式自動切換的直流穩(wěn)壓電源供電，供電電壓 Vi為5V,供電電流i i不大于1A。接收器輸出端的電流io=1A,輸出電壓Vo=5V2.2充電電動車部分分析與計(jì)算經(jīng)測量設(shè)計(jì)小車質(zhì)量m=1kg 接收部分的超級電容選擇容量 C=12F,電壓U=5.5V充電一分鐘后進(jìn)行直線水平行駛Q=IT=1A 60s=60As;依模型要求，電壓至少要求為 5V,根據(jù)U=Q/C則可選擇12F的電容；充電一分鐘后電動車

6、沿傾斜木工板路面直線爬坡行駛：設(shè)小車斜坡行駛距離為x米h=lsin 0Ff= mg sinB+ f Ff=ma 則拉力 T- Ff 0;假設(shè)P=UI=TV，根據(jù)實(shí)際要求，則可選擇0為20 30，高度h在3550cm 之間。3電路與程序設(shè)計(jì)3.1電路設(shè)計(jì)無線充電裝置充電電車部分KTJWL1POAMFQlAD-JKZ陽噸 H34曬 ralAM 曲卸3HSTRQ iWT円伍2RWP22/AiaF7W1甩車妣2P田*wF2 6AU田卽和$HimFl QKDPl tTTSirai.n腳2Pt3耳価PS 11NOF14m-mPf 5psarriiAK* (PT?FW莊PJTiFC3.2流程圖程序圖4.測試

7、方案與測試結(jié)果4.1方案與結(jié)果測試儀器：萬用表 米尺通過無線充電裝置給小車充電，經(jīng)超級電容儲能來使小車達(dá)到測試的要求。 主要測試數(shù)據(jù)為發(fā)射器供電電壓和電流，小車充電1分鐘后向前水平直線行駛距 離I和電動車沿傾斜木工板路面直線爬坡行駛的路面長度I、電動車爬升高度h=l sin 2供電電流和電壓測試結(jié)果如表1所示:序號輸出電壓(V)輸出電流(A)123表1充電一分鐘后，向前水平直線行駛距離I測試結(jié)果如表2所示:序號123直線行駛距離1 (m)表2充電一分鐘后，電動車沿傾斜木工板路面直線爬坡行駛的路面長度I、電動車爬升高度h=lsin B測試結(jié)果如表3所示：序號123直線行駛距離l(m)爬升高度h

8、(m)表34.2測試結(jié)果分析5.總結(jié)以IAP15F2K61S2單片機(jī)為控制芯片的無線充電電動車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通 過自主設(shè)計(jì)的無線充電裝置和無線充電電動車，使我們實(shí)現(xiàn)了題目的要求。但由于時(shí)間緊，工作量大，系統(tǒng)還存在許多可以改進(jìn)的地方， 例如電路的布局和電路 的抗干擾方面還有很大的提升空間。相信經(jīng)過改進(jìn)，性能還會有進(jìn)一步的提升。 本次競賽極大的鍛煉了我們，雖然遇到了很多困難和阻礙，但總體上成功與挫折 交替，困難與希望并存，我們將繼續(xù)努力爭取更大的進(jìn)步。6.參考文獻(xiàn)1 趙爭鳴, 劉方, 陳凱楠.電動汽車無線充電技術(shù)研究綜述 J. 電工 技術(shù)學(xué)報(bào) ,2016,10.2 劉志峰, 劉瑞, 黃海鴻,徐國浩.磁耦合諧振串串式無線電能傳輸 研究 J