无线供电系统设计样本

目录TOC\h\z\t"标题1,1,标题2,2,标题3,3,标题2VICKY,2,标题3VICKY,3,标题1VICKY,1"1. 引言 图3-3谐振回路。事实上，发射线圈回路与接受线圈回路均处在谐振状态时，具备最佳能量传播效果。注：这个电路设计有预留2种方案选取：单片机直接发送频率，既P101、2口由跳线帽短接，P7口开路，P8口1、2跳线帽短接接入PWM进行占空比调节从而达到调节亮度，P8口2、3短接还可以接入DA控制。555时基振荡器产生振荡频率，既P102、3口由跳线帽短接，P7口短路，既接入555。P8口1、2跳线帽短接接入PWM进行占空比调节从而达到调节亮度，P8口2、3短接还可以接入DA控制。通过555或者单片机产生频率为140KHZ方波经与非门与单片机PWM占空比进行能量控制以达到控制接受电路LED灯亮度。电源电流采集电路以及供电设计图3-SEQ图3-\*ARABIC4电源模块原理图如图3-4所示J1接入12V直流电压.通过ZXCT1010(电流检测器)测出整机电流通过ZXCT1010算法得出整机功耗,再通过LDO（7805）给单片机供电.ZXCT1010算法：Rout1100欧，Rsense1=0.1欧。由则Vout=VsenseVsense=Vsense+-Vsense-=Vin-Vload=IloadxRsenseVload=Vin-Vsense因此负载功率如果是5V输入P=(（5-Vsense）/0.1)*5*1000mW.接受模块设计图3-SEQ图3-\*ARABIC5接受模块原理图如图3-5所示，当进入耦合线圈工作区域时，依照法拉第电磁感应定律,其耦合线圈磁通量发生变化产生感应电动势及感应电流，从而在接受模块无外接电源状况下，耦合线圈得到电磁场能量转化为交流电源，再通过D1、C1及LDO（78L05）等构成整流稳压电路转化为直流电源，为LED供电。此处有接限流电阻以免电流过大导致LED灯烧毁。在后续调试阶段可进行相应修改。软件设计软件设计需要解决问题本系统控制软件重要由AD模块，LCD显示模块以及PCA模块构成。重要实现功能如下：（1）LCD显示模块需显示整机功耗、供电级别、PWM占空比等（2）AD采集模块借助ZXCT1010芯片测量到电流值通过单片机自带AD送回单片机。以及用ADKEY按键扫描来控制PWM占空比以变化供电级别（3）PCA模块运用单片机自带PCA0模块来实现8位PWM,变化占空比来变化供电级别,运用PCA1模块来实现振荡频率140KHZ发生。总体设计依照设计需要解决问题,绘制总体设计流程图如图4-1所示:图4-SEQ图4-\*ARABIC1主程序流程图单元模块设计LCD显示模块图4-SEQ图4-\*ARABIC2LCD显示流程图以及时序图如图4-2所示,编写LCD.C、LCD.H供主程序调用配备函数如下/*******************************************************************************//*/*函数名：LCD_Init();; /*功能描述：液晶初始化/*函数阐明：控制命令写入设立液晶为16X2显示,开显示,不显示光标,写一种字符后数据指针自动加1,显示清0,数据指针清0。 /*创立人：陈启俊（Vicky）创立日期：4月13日/* /*******************************************************************************/externvoidLCD_Init();/*******************************************************************************//*/*函数名：LCD_DisChar(ucharx,uchary,ucharc) /*功能描述：在任意位置显示一种字符/*函数阐明：X表达行，Y表达列，c表达一种字符 /*创立人：陈启俊（Vicky）创立日期：4月13日/* /*******************************************************************************/externvoidLCD_DisChar(ucharx,uchary,ucharc);/*******************************************************************************//*/*函数名：LCD_DisString(ucharx,uchary,constuchar*str); /*功能描述：在任意位置显示一段字符串/*函数阐明：X表达行，Y表达列，*str表达一段字符串 /*创立人：陈启俊（Vicky）创立日期：4月13日/* /*******************************************************************************/externvoidLCD_DisString(ucharx,uchary,constuchar*str);PCA模块脉宽编码调制（PWM，PulseWidthModulation）是一种使用程序来控制波形占空比、周期、相位波形技术，在三相电机驱动、D/A转换等场合有广泛应用。STC12C5A60S2系列单片机PCA模块可以通过程序设定当寄存器CL值不大于[EPCnL,CCAPnL]时，输出为低；，使其工作于8位PWM模式。PWM模式构造如图4-3所示。[2]图4-SEQ图4-\*ARABIC3PCA作PWM操作图由于所有模块共用仅有PCA定期器，所有她们输出频率相似。各个模块输出占空比是独立变化，与使用捕获寄存器[EPCnL,CCAPnL]关于。当寄存器CL值不大于[EPCnL,CCAPnL]时，输出为低；当寄存器CL值等于或不不大于[EPCnL,CCAPnL]时，输出为高。当CL值由FF变为00溢出时，[EPCnH,CCAPnH]内容装载到[EPCnL,CCAPnL]中。这样就可实现无干扰地更新PWM。由于PWM是8位，因此：PWM频率=PCA时钟输入源频率/256。依照以上这些DATASHEET内容编写PCA.C,PCA.H供主函数调用配备函数如下:/*******************************************************************************//*/*函数名：PCA_Init /*功能描述：PCA初始化/*函数阐明：module模块选取；PCA_CCAPMn 模式选取PCA_CCAPnH PCA_CCAPnL频率设定PCACLK时钟选取 如PCA_Init(1，PWM，0xFF，0xFF，CLK0);第2路PCAPWM模式，PCA时钟源Fosc/12 /*创立人：陈启俊（Vicky）创立日期：4月13日/* /*******************************************************************************/externvoidPCA_Init(bitmodule，ucharPCA_CCAPMn，ucharPCA_CCAPnH，ucharPCA_CCAPnL，ucharPCACLK);/**函数名：Set_PWM_Fre*调用：Set_PWM_Fre(523);*设立PWM频率为523Hz*功能描述：定期器0作为PCA时钟源时，PWM可设立184Hz～46KHz*/externvoidSet_PWM_Fre(uintfre);/**函数名：Set_PWM0*调用：Set_PWM0(40);*占空比40%*功能描述：设立PWM0占空比*/externvoidSet_PWM0(ucharduty);AD功能模块STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换单片机A/D转换口在P1口，有8路10位高速A/D转换器，速度可达到250KHz(25万次/秒)。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，顾客可以通过软件设立将8路中任何一路设立为A/D转换，不需作为A/D使用口可继续作为I/O口使用。 STC12C5A60S2系列单片机ADC(A/D转换器)构造如下图4-4所示。[2]图4-SEQ图4-\*ARABIC4AD模块操作图/*******************************************************************************//*/*函数名：AD_Init() /*功能描述：AD模块初始化/*函数阐明：选通AD通道，启动AD /*创立人：陈启俊（Vicky）创立日期：4月13日/* /*******************************************************************************/externvoidAD_Init();/*******************************************************************************//*/*函数名：ADC_Isr() /*功能描述：AD模块中断方式/*函数阐明：中断方式获得AD成果 /*创立人：陈启俊（Vicky）创立日期：4月13日/* /*******************************************************************************/externvoidADC_Isr();系统调试硬件调试通过对LCD显示方面单独测试P0.3口与VCC短路，导致LCD无法正常显示。刮掉互相之间短路，LCD正常显示。通过对555振荡电路单独调试，发现74HC00不能工作在12V条件下，不能进行与非门运算，以至于输出不了振荡波形。将整个电路换成5V供电，故障解除，线圈耦合得电，LED开始显示。通过联调后，发现三极管B772集电极和发射极短路.导致B772烧毁.后换个S8550使用.故障排除.ADKEY因其引脚未接好。导致无法使用。软件调试已实现液晶显示，已实现PWM调节占空比来调节亮度。AD功能单独测试可用.系统联调 最后经软硬件整体调试，修改电路如下因74HC00工作电压范畴在6V如下，因此系统电源采用5V供电。ADKEY因单片机P1.0引脚未与电路板完全接触.导致无法使用.有预留普通I/O口预留作为控制AD与PWM同占P1口.导致AD测试不精确.故放弃之.测试办法与数据测试仪器与设备双通道数字存储示波器:TektronixTDS3012；数字万用表:VICTORVC8900C+；直流稳压电源:ATTENTPR30057-3C；数字游标卡尺:YOUFONUDstainlesshardened。测试办法（1）将数字游标卡尺放于桌面上，固定能量发送模块不动，移动能量接受模块，逐渐拉大两个模块之间距离，并测试距离。（2）实行电能无线传播，通过无线供电方式使接受模块LED发光（每个LED平均电流不不大于5mA）；在LED照明模块实现正常亮度时（5个LED，每个LED平均电流为10mA），发射距离10mm状况下，能量发射模块功率不大于5W。（3）能控制LED亮度：保持线圈距离不变，从暗变亮，从亮变暗，亮度变化至少有四级（不能用电位器手动调节电源方式），在能量发射模块端用按键调节控制。测试数据与波形测试数据整机功耗测试：整机功耗测试数据如表6-1所示：表6-1不同供电距离下整机功耗表供电电压(V)电流Is(A)整机功率(W)供电距离(mm)50.2101.0510.0050.2001.0022.6150.1300.6533.1050.1100.5551.73供电距离测试：测试办法：通过5个LED总电流测试口测试电流值，如果不不大于10mA，则缓缓拉开两个线圈距离直到电流值为10mA，测出两个互感线圈中心距离，此距离为供电系统供电最远距离。经测试供电系统供电最远距离：L=51.73红灯点亮最远距离:L=51.73绿灯点亮最远距离:L=43.12mm。蓝灯点亮最远距离:L=33.10mm。白灯点亮最远距离:L=33.10mm。测试波形图6-SEQ图6-\*ARABIC1555振荡波形图6-SEQ图6-\*ARABIC2经74HC00整形后输出波形图6-3单片机输出1KHZ不同占空比PWM波形图测试实物图图6-4整机初始图图6-5液晶显示图图6-6接受电路LED发光图图6-7四种供电模式下实物图结束语系统通过调试和测试，可以实现：本系统实现了能量无线传播，并且运用软件控制能量发射功率，并且实现2cm供电时整机功耗不高于1w。与预期目的存在差距：电流不够大，功耗不能实时显示。道谢一方面，衷心地感谢我校内导师李汪彪教师，在整个毕业设计过程中，指引我订立各个阶段设计工作目的，督促我毕业设计工作进度，使我能及时获得毕业设计指引，李汪彪教师严谨工作态度，使我毕业设计可以有条不紊保质保量完毕，在此谨向李汪彪教师致以我最衷心感谢！同步，我还要感谢我校外导师刘伟城硬件部经理给我提供这样难得校外毕业设计平台，使我从课本、实验室学习模式走出来，走入科研实际应用，当中所得使我不但将大学学习应用起来，同步为我顺利走上工作岗位过渡。参照文献[1]百度网讯科技有限公司.[EB/OL].

.[2]宏晶科技.[EB/OL].

.[3]长沙太阳人有限公司.[EB/OL]..[4]英国ZETEX公司.[EB/OL]./.[5] keilElektronikGmbH和KeilSoftware公司.uVision2入门教程[M]..7.[6] KeilElektonikGmbH和KeilSoftware公司.KeilSoftware—CX51编译器顾客手册[M]..4.[7] 莫力．Protel电路设计[M].国防工业出版社，.5.[8]林春方.高频电子线路（第二版）.北京．电子工业出版社.1月.[9]王佩珠.电路与模仿电子技术.南京.南京大学出版社..[10]何立民.单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社.1993.[11]刘守义.单片机应用技术.西安.西安电子科技大学出版社.8月.

Wirelesspowersupplysystemdesign

TheCollegeofAppliedScience&Technology12060018ChenQiJunadvisor：LeeWangBiao【Abstract】Thissystemisdesignedandproduc