無線供電系統(tǒng)設(shè)計樣本

目錄TOC\h\z\t"標(biāo)題1,1,標(biāo)題2,2,標(biāo)題3,3,標(biāo)題2VICKY,2,標(biāo)題3VICKY,3,標(biāo)題1VICKY,1"1. 引言 圖3-3諧振回路。事實上，發(fā)射線圈回路與接受線圈回路均處在諧振狀態(tài)時，具備最佳能量傳播效果。注：這個電路設(shè)計有預(yù)留2種方案選?。簡纹瑱C(jī)直接發(fā)送頻率，既P101、2口由跳線帽短接，P7口開路，P8口1、2跳線帽短接接入PWM進(jìn)行占空比調(diào)節(jié)從而達(dá)到調(diào)節(jié)亮度，P8口2、3短接還可以接入DA控制。555時基振蕩器產(chǎn)生振蕩頻率，既P102、3口由跳線帽短接，P7口短路，既接入555。P8口1、2跳線帽短接接入PWM進(jìn)行占空比調(diào)節(jié)從而達(dá)到調(diào)節(jié)亮度，P8口2、3短接還可以接入DA控制。通過555或者單片機(jī)產(chǎn)生頻率為140KHZ方波經(jīng)與非門與單片機(jī)PWM占空比進(jìn)行能量控制以達(dá)到控制接受電路LED燈亮度。電源電流采集電路以及供電設(shè)計圖3-SEQ圖3-\*ARABIC4電源模塊原理圖如圖3-4所示J1接入12V直流電壓.通過ZXCT1010(電流檢測器)測出整機(jī)電流通過ZXCT1010算法得出整機(jī)功耗,再通過LDO（7805）給單片機(jī)供電.ZXCT1010算法：Rout1100歐，Rsense1=0.1歐。由則Vout=VsenseVsense=Vsense+-Vsense-=Vin-Vload=IloadxRsenseVload=Vin-Vsense因此負(fù)載功率如果是5V輸入P=(（5-Vsense）/0.1)*5*1000mW.接受模塊設(shè)計圖3-SEQ圖3-\*ARABIC5接受模塊原理圖如圖3-5所示，當(dāng)進(jìn)入耦合線圈工作區(qū)域時，依照法拉第電磁感應(yīng)定律,其耦合線圈磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及感應(yīng)電流，從而在接受模塊無外接電源狀況下，耦合線圈得到電磁場能量轉(zhuǎn)化為交流電源，再通過D1、C1及LDO（78L05）等構(gòu)成整流穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化為直流電源，為LED供電。此處有接限流電阻以免電流過大導(dǎo)致LED燈燒毀。在后續(xù)調(diào)試階段可進(jìn)行相應(yīng)修改。軟件設(shè)計軟件設(shè)計需要解決問題本系統(tǒng)控制軟件重要由AD模塊，LCD顯示模塊以及PCA模塊構(gòu)成。重要實現(xiàn)功能如下：（1）LCD顯示模塊需顯示整機(jī)功耗、供電級別、PWM占空比等（2）AD采集模塊借助ZXCT1010芯片測量到電流值通過單片機(jī)自帶AD送回單片機(jī)。以及用ADKEY按鍵掃描來控制PWM占空比以變化供電級別（3）PCA模塊運(yùn)用單片機(jī)自帶PCA0模塊來實現(xiàn)8位PWM,變化占空比來變化供電級別,運(yùn)用PCA1模塊來實現(xiàn)振蕩頻率140KHZ發(fā)生?？傮w設(shè)計依照設(shè)計需要解決問題,繪制總體設(shè)計流程圖如圖4-1所示:圖4-SEQ圖4-\*ARABIC1主程序流程圖單元模塊設(shè)計LCD顯示模塊圖4-SEQ圖4-\*ARABIC2LCD顯示流程圖以及時序圖如圖4-2所示,編寫LCD.C、LCD.H供主程序調(diào)用配備函數(shù)如下/*******************************************************************************//*/*函數(shù)名：LCD_Init();; /*功能描述：液晶初始化/*函數(shù)闡明：控制命令寫入設(shè)立液晶為16X2顯示,開顯示,不顯示光標(biāo),寫一種字符后數(shù)據(jù)指針自動加1,顯示清0,數(shù)據(jù)指針清0。 /*創(chuàng)立人：陳啟?。╒icky）創(chuàng)立日期：4月13日/* /*******************************************************************************/externvoidLCD_Init();/*******************************************************************************//*/*函數(shù)名：LCD_DisChar(ucharx,uchary,ucharc) /*功能描述：在任意位置顯示一種字符/*函數(shù)闡明：X表達(dá)行，Y表達(dá)列，c表達(dá)一種字符 /*創(chuàng)立人：陳啟俊（Vicky）創(chuàng)立日期：4月13日/* /*******************************************************************************/externvoidLCD_DisChar(ucharx,uchary,ucharc);/*******************************************************************************//*/*函數(shù)名：LCD_DisString(ucharx,uchary,constuchar*str); /*功能描述：在任意位置顯示一段字符串/*函數(shù)闡明：X表達(dá)行，Y表達(dá)列，*str表達(dá)一段字符串 /*創(chuàng)立人：陳啟俊（Vicky）創(chuàng)立日期：4月13日/* /*******************************************************************************/externvoidLCD_DisString(ucharx,uchary,constuchar*str);PCA模塊脈寬編碼調(diào)制（PWM，PulseWidthModulation）是一種使用程序來控制波形占空比、周期、相位波形技術(shù)，在三相電機(jī)驅(qū)動、D/A轉(zhuǎn)換等場合有廣泛應(yīng)用。STC12C5A60S2系列單片機(jī)PCA模塊可以通過程序設(shè)定當(dāng)寄存器CL值不大于[EPCnL,CCAPnL]時，輸出為低；，使其工作于8位PWM模式。PWM模式構(gòu)造如圖4-3所示。[2]圖4-SEQ圖4-\*ARABIC3PCA作PWM操作圖由于所有模塊共用僅有PCA定期器，所有她們輸出頻率相似。各個模塊輸出占空比是獨(dú)立變化，與使用捕獲寄存器[EPCnL,CCAPnL]關(guān)于。當(dāng)寄存器CL值不大于[EPCnL,CCAPnL]時，輸出為低；當(dāng)寄存器CL值等于或不不大于[EPCnL,CCAPnL]時，輸出為高。當(dāng)CL值由FF變?yōu)?0溢出時，[EPCnH,CCAPnH]內(nèi)容裝載到[EPCnL,CCAPnL]中。這樣就可實現(xiàn)無干擾地更新PWM。由于PWM是8位，因此：PWM頻率=PCA時鐘輸入源頻率/256。依照以上這些DATASHEET內(nèi)容編寫PCA.C,PCA.H供主函數(shù)調(diào)用配備函數(shù)如下:/*******************************************************************************//*/*函數(shù)名：PCA_Init /*功能描述：PCA初始化/*函數(shù)闡明：module模塊選??；PCA_CCAPMn 模式選取PCA_CCAPnH PCA_CCAPnL頻率設(shè)定PCACLK時鐘選取 如PCA_Init(1，PWM，0xFF，0xFF，CLK0);第2路PCAPWM模式，PCA時鐘源Fosc/12 /*創(chuàng)立人：陳啟?。╒icky）創(chuàng)立日期：4月13日/* /*******************************************************************************/externvoidPCA_Init(bitmodule，ucharPCA_CCAPMn，ucharPCA_CCAPnH，ucharPCA_CCAPnL，ucharPCACLK);/**函數(shù)名：Set_PWM_Fre*調(diào)用：Set_PWM_Fre(523);*設(shè)立PWM頻率為523Hz*功能描述：定期器0作為PCA時鐘源時，PWM可設(shè)立184Hz～46KHz*/externvoidSet_PWM_Fre(uintfre);/**函數(shù)名：Set_PWM0*調(diào)用：Set_PWM0(40);*占空比40%*功能描述：設(shè)立PWM0占空比*/externvoidSet_PWM0(ucharduty);AD功能模塊STC12C5A60AD/S2系列帶A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換口在P1口，有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)到250KHz(25萬次/秒)。8路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復(fù)位后P1口為弱上拉型I/O口，顧客可以通過軟件設(shè)立將8路中任何一路設(shè)立為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使用口可繼續(xù)作為I/O口使用。 STC12C5A60S2系列單片機(jī)ADC(A/D轉(zhuǎn)換器)構(gòu)造如下圖4-4所示。[2]圖4-SEQ圖4-\*ARABIC4AD模塊操作圖/*******************************************************************************//*/*函數(shù)名：AD_Init() /*功能描述：AD模塊初始化/*函數(shù)闡明：選通AD通道，啟動AD /*創(chuàng)立人：陳啟?。╒icky）創(chuàng)立日期：4月13日/* /*******************************************************************************/externvoidAD_Init();/*******************************************************************************//*/*函數(shù)名：ADC_Isr() /*功能描述：AD模塊中斷方式/*函數(shù)闡明：中斷方式獲得AD成果 /*創(chuàng)立人：陳啟?。╒icky）創(chuàng)立日期：4月13日/* /*******************************************************************************/externvoidADC_Isr();系統(tǒng)調(diào)試硬件調(diào)試通過對LCD顯示方面單獨(dú)測試P0.3口與VCC短路，導(dǎo)致LCD無法正常顯示。刮掉互相之間短路，LCD正常顯示。通過對555振蕩電路單獨(dú)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)74HC00不能工作在12V條件下，不能進(jìn)行與非門運(yùn)算，以至于輸出不了振蕩波形。將整個電路換成5V供電，故障解除，線圈耦合得電，LED開始顯示。通過聯(lián)調(diào)后，發(fā)現(xiàn)三極管B772集電極和發(fā)射極短路.導(dǎo)致B772燒毀.后換個S8550使用.故障排除.ADKEY因其引腳未接好。導(dǎo)致無法使用。軟件調(diào)試已實現(xiàn)液晶顯示，已實現(xiàn)PWM調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)亮度。AD功能單獨(dú)測試可用.系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 最后經(jīng)軟硬件整體調(diào)試，修改電路如下因74HC00工作電壓范疇在6V如下，因此系統(tǒng)電源采用5V供電。ADKEY因單片機(jī)P1.0引腳未與電路板完全接觸.導(dǎo)致無法使用.有預(yù)留普通I/O口預(yù)留作為控制AD與PWM同占P1口.導(dǎo)致AD測試不精確.故放棄之.測試辦法與數(shù)據(jù)測試儀器與設(shè)備雙通道數(shù)字存儲示波器:TektronixTDS3012；數(shù)字萬用表:VICTORVC8900C+；直流穩(wěn)壓電源:ATTENTPR30057-3C；數(shù)字游標(biāo)卡尺:YOUFONUDstainlesshardened。測試辦法（1）將數(shù)字游標(biāo)卡尺放于桌面上，固定能量發(fā)送模塊不動，移動能量接受模塊，逐漸拉大兩個模塊之間距離，并測試距離。（2）實行電能無線傳播，通過無線供電方式使接受模塊LED發(fā)光（每個LED平均電流不不大于5mA）；在LED照明模塊實現(xiàn)正常亮度時（5個LED，每個LED平均電流為10mA），發(fā)射距離10mm狀況下，能量發(fā)射模塊功率不大于5W。（3）能控制LED亮度：保持線圈距離不變，從暗變亮，從亮變暗，亮度變化至少有四級（不能用電位器手動調(diào)節(jié)電源方式），在能量發(fā)射模塊端用按鍵調(diào)節(jié)控制。測試數(shù)據(jù)與波形測試數(shù)據(jù)整機(jī)功耗測試：整機(jī)功耗測試數(shù)據(jù)如表6-1所示：表6-1不同供電距離下整機(jī)功耗表供電電壓(V)電流Is(A)整機(jī)功率(W)供電距離(mm)50.2101.0510.0050.2001.0022.6150.1300.6533.1050.1100.5551.73供電距離測試：測試辦法：通過5個LED總電流測試口測試電流值，如果不不大于10mA，則緩緩拉開兩個線圈距離直到電流值為10mA，測出兩個互感線圈中心距離，此距離為供電系統(tǒng)供電最遠(yuǎn)距離。經(jīng)測試供電系統(tǒng)供電最遠(yuǎn)距離：L=51.73紅燈點亮最遠(yuǎn)距離:L=51.73綠燈點亮最遠(yuǎn)距離:L=43.12mm。藍(lán)燈點亮最遠(yuǎn)距離:L=33.10mm。白燈點亮最遠(yuǎn)距離:L=33.10mm。測試波形圖6-SEQ圖6-\*ARABIC1555振蕩波形圖6-SEQ圖6-\*ARABIC2經(jīng)74HC00整形后輸出波形圖6-3單片機(jī)輸出1KHZ不同占空比PWM波形圖測試實物圖圖6-4整機(jī)初始圖圖6-5液晶顯示圖圖6-6接受電路LED發(fā)光圖圖6-7四種供電模式下實物圖結(jié)束語系統(tǒng)通過調(diào)試和測試，可以實現(xiàn)：本系統(tǒng)實現(xiàn)了能量無線傳播，并且運(yùn)用軟件控制能量發(fā)射功率，并且實現(xiàn)2cm供電時整機(jī)功耗不高于1w。與預(yù)期目的存在差距：電流不夠大，功耗不能實時顯示。道謝一方面，衷心地感謝我校內(nèi)導(dǎo)師李汪彪教師，在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，指引我訂立各個階段設(shè)計工作目的，督促我畢業(yè)設(shè)計工作進(jìn)度，使我能及時獲得畢業(yè)設(shè)計指引，李汪彪教師嚴(yán)謹(jǐn)工作態(tài)度，使我畢業(yè)設(shè)計可以有條不紊保質(zhì)保量完畢，在此謹(jǐn)向李汪彪教師致以我最衷心感謝！同步，我還要感謝我校外導(dǎo)師劉偉城硬件部經(jīng)理給我提供這樣難得校外畢業(yè)設(shè)計平臺，使我從課本、實驗室學(xué)習(xí)模式走出來，走入科研實際應(yīng)用，當(dāng)中所得使我不但將大學(xué)學(xué)習(xí)應(yīng)用起來，同步為我順利走上工作崗位過渡。參照文獻(xiàn)[1]百度網(wǎng)訊科技有限公司.[EB/OL].

.[2]宏晶科技.[EB/OL].

.[3]長沙太陽人有限公司.[EB/OL]..[4]英國ZETEX公司.[EB/OL]./.[5] keilElektronikGmbH和KeilSoftware公司.uVision2入門教程[M]..7.[6] KeilElektonikGmbH和KeilSoftware公司.KeilSoftware—CX51編譯器顧客手冊[M]..4.[7] 莫力．Protel電路設(shè)計[M].國防工業(yè)出版社，.5.[8]林春方.高頻電子線路（第二版）.北京．電子工業(yè)出版社.1月.[9]王佩珠.電路與模仿電子技術(shù).南京.南京大學(xué)出版社..[10]何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京航空航天大學(xué)出版社.1993.[11]劉守義.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).西安.西安電子科技大學(xué)出版社.8月.

Wirelesspowersupplysystemdesign

TheCollegeofAppliedScience&Technology12060018ChenQiJunadvisor：LeeWangBiao【Abstract】Thissystemisdesignedandproduc