無(wú)線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

.圖3-3的諧振回路。實(shí)際上,發(fā)射線圈回路與接收線圈回路均處于諧振狀態(tài)時(shí),具有最好的能量傳輸效果。注：這個(gè)電路設(shè)計(jì)有預(yù)留2種方案選擇：?jiǎn)纹瑱C(jī)直接發(fā)送頻率,既P10的1、2口由跳線帽短接,P7口開(kāi)路,P8口1、2跳線帽短接接入PWM進(jìn)行占空比的調(diào)節(jié)從而達(dá)到調(diào)節(jié)亮度,P8口的2、3短接還可以接入DA控制。555時(shí)基振蕩器產(chǎn)生振蕩頻率,既P10的2、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)行占空比的調(diào)節(jié)從而達(dá)到調(diào)節(jié)亮度,P8口的2、3短接還可以接入DA控制。通過(guò)555或者單片機(jī)產(chǎn)生頻率為140KHZ的方波經(jīng)與非門(mén)與單片機(jī)的PWM占空比進(jìn)行能量的控制以達(dá)到控制接收電路LED燈的亮度。電源電流采集電路以及供電設(shè)計(jì)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.經(jīng)過(guò)ZXCT1010<電流檢測(cè)器>測(cè)出整機(jī)電流通過(guò)ZXCT1010算法得出整機(jī)功耗,再經(jīng)過(guò)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所以負(fù)載功率如果是5V輸入P=<〔5-Vsense/0.1>*5*1000mW.接收模塊設(shè)計(jì)圖3-SEQ圖3-\*ARABIC5接收模塊原理圖如圖3-5所示,當(dāng)進(jìn)入耦合線圈工作區(qū)域時(shí),根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,其耦合線圈的磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流,從而在接收模塊無(wú)外接電源的情況下,耦合線圈得到的電磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為交流電源,再經(jīng)過(guò)D1、C1及LDO〔78L05等組成的整流穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化為直流電源,為L(zhǎng)ED供電。此處有接限流電阻以免電流過(guò)大導(dǎo)致LED燈燒毀。在后續(xù)調(diào)試階段可進(jìn)行相應(yīng)的修改。軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)需要解決的問(wèn)題本系統(tǒng)控制軟件主要由AD模塊,LCD顯示模塊以及PCA模塊構(gòu)成。主要實(shí)現(xiàn)功能如下：〔1LCD顯示模塊需顯示整機(jī)功耗、供電等級(jí)、PWM占空比等〔2AD采集模塊借助ZXCT1010芯片測(cè)量到的電流值通過(guò)單片機(jī)自帶AD送回單片機(jī)。以及用ADKEY按鍵掃描來(lái)控制PWM的占空比以改變供電等級(jí)〔3PCA模塊利用單片機(jī)自帶的PCA0模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)8位PWM,改變占空比來(lái)改變供電等級(jí),利用PCA1模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩頻率140KHZ的發(fā)生?？傮w設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)需要解決問(wèn)題,繪制總體設(shè)計(jì)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(jì)LCD顯示模塊.圖4-SEQ圖4-\*ARABIC2LCD顯示的流程圖以及時(shí)序圖如圖4-2所示,編寫(xiě)LCD.C、LCD.H供主程序調(diào)用的配置函數(shù)如下/*******************************************************************************//*/*函數(shù)名：LCD_Init<>;;/*功能描述:液晶初始化/*函數(shù)說(shuō)明：控制命令的寫(xiě)入設(shè)置液晶為16X2顯示,開(kāi)顯示,不顯示光標(biāo),寫(xiě)一個(gè)字符后數(shù)據(jù)指針自動(dòng)加1,顯示清0,數(shù)據(jù)指針清0。/*創(chuàng)建人:啟俊〔Vicky創(chuàng)建日期:2011年4月13日/*/*******************************************************************************/externvoidLCD_Init<>;/*******************************************************************************//*/*函數(shù)名：LCD_DisChar<ucharx,uchary,ucharc>/*功能描述:在任意位置顯示一個(gè)字符/*函數(shù)說(shuō)明：X表示行,Y表示列,c表示一個(gè)字符 /*創(chuàng)建人:啟俊〔Vicky創(chuàng)建日期:2011年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)說(shuō)明：X表示行,Y表示列,*str表示一段字符串 /*創(chuàng)建人:啟俊〔Vicky創(chuàng)建日期:2011年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(lái)控制波形占空比、周期、相位波形的技術(shù),在三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)、D/A轉(zhuǎn)換等場(chǎng)合有廣泛的應(yīng)用。STC12C5A60S2系列單片機(jī)的PCA模塊可以通過(guò)程序設(shè)定當(dāng)寄存器CL的值小于[EPCnL,CCAPnL]時(shí),輸出為低；,使其工作于8位PWM模式。PWM模式的結(jié)構(gòu)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的PCA定時(shí)器,所有他們的輸出頻率相同。各個(gè)模塊的輸出占空比是獨(dú)立變化的,與使用的捕獲寄存器[EPCnL,CCAPnL]有關(guān)。當(dāng)寄存器CL的值小于[EPCnL,CCAPnL]時(shí),輸出為低；當(dāng)寄存器CL的值等于或大于[EPCnL,CCAPnL]時(shí),輸出為高。當(dāng)CL的值由FF變?yōu)?0溢出時(shí),[EPCnH,CCAPnH]的容裝載到[EPCnL,CCAPnL]中。這樣就可實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾地更新PWM。由于PWM是8位的,所以：PWM的頻率=PCA時(shí)鐘輸入源頻率/256。根據(jù)以上這些DATASHEET容編寫(xiě)PCA.C,PCA.H供主函數(shù)調(diào)用的配置函數(shù)如下:/*******************************************************************************//*/*函數(shù)名：PCA_Init/*功能描述:PCA初始化/*函數(shù)說(shuō)明：module模塊選擇；PCA_CCAPMn 模式選擇PCA_CCAPnH PCA_CCAPnL頻率設(shè)定PCACLK時(shí)鐘選擇如PCA_Init<1,PWM,0xFF,0xFF,CLK0>;第2路PCA的PWM模式,PCA時(shí)鐘源Fosc/12 /*創(chuàng)建人:啟俊〔Vicky創(chuàng)建日期:2011年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)置PWM頻率為523Hz*功能描述：定時(shí)器0作為PCA時(shí)鐘源時(shí),PWM可設(shè)置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)置PWM0占空比*/externvoidSet_PWM0<ucharduty>;AD功能模塊STC12C5A60AD/S2系列帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)的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(wàn)次/秒>。8路電壓輸入型A/D,可做溫度檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、按鍵掃描、頻譜檢測(cè)等。上電復(fù)位后P1口為弱上拉型I/O口,用戶可以通過(guò)軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換,不需作為A/D使用的口可繼續(xù)作為I/O口使用。STC12C5A60S2系列單片機(jī)ADC<A/D轉(zhuǎn)換器>的結(jié)構(gòu)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)說(shuō)明：選通AD通道,開(kāi)啟AD /*創(chuàng)建人:啟俊〔Vicky創(chuàng)建日期:2011年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)說(shuō)明：中斷方式獲得AD結(jié)果/*創(chuàng)建人:啟俊〔Vicky創(chuàng)建日期:2011年4月13日/*/*******************************************************************************/externvoidADC_Isr<>;系統(tǒng)調(diào)試硬件調(diào)試通過(guò)對(duì)LCD顯示方面的單獨(dú)測(cè)試P0.3口與VCC短路,導(dǎo)致LCD無(wú)常顯示。刮掉相互之間的短路,LCD正常顯示。通過(guò)對(duì)555振蕩電路的單獨(dú)調(diào)試,發(fā)現(xiàn)74HC00不能工作在12V的條件下,不能進(jìn)行與非門(mén)運(yùn)算,以至于輸出不了振蕩波形。將整個(gè)電路換成5V供電,故障解除,線圈耦合得電,LED開(kāi)始顯示。經(jīng)過(guò)聯(lián)調(diào)后,發(fā)現(xiàn)三極管B772的集電極和發(fā)射極短路.導(dǎo)致B772燒毀.后換個(gè)S8550使用.故障排除.ADKEY因其引腳未接好。導(dǎo)致無(wú)法使用。軟件調(diào)試已實(shí)現(xiàn)液晶顯示,已實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)節(jié)占空比來(lái)調(diào)節(jié)亮度。AD功能單獨(dú)測(cè)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的工作電壓圍在6V以下,所以系統(tǒng)電源采用5V供電。ADKEY因單片機(jī)的P1.0引腳未與電路板完全接觸.導(dǎo)致無(wú)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(cè)試不準(zhǔn)確.故放棄之.測(cè)試方法與數(shù)據(jù)測(cè)試儀器與設(shè)備雙通道數(shù)字存儲(chǔ)示波器:TektronixTDS3012；數(shù)字萬(wàn)用表:VICTORVC8900C+；直流穩(wěn)壓電源:ATTENTPR30057-3C；數(shù)字游標(biāo)卡尺:YOUFONUDstainlesshardened。測(cè)試方法〔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(dòng),移動(dòng)能量接收模塊,逐漸拉大兩個(gè)模塊之間的距離,并測(cè)試距離?！?實(shí)行電能的無(wú)線傳輸,通過(guò)無(wú)線供電方式使接收模塊的LED發(fā)光〔每個(gè)LED的平均電流大于5mA；在LED照明模塊實(shí)現(xiàn)正常亮度時(shí)〔5個(gè)LED,每個(gè)LED的平均電流為10mA,發(fā)射距離10mm的情況下,能量發(fā)射模塊的功率小于5W?！?能控制LED的亮度：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(jí)〔不能用電位器手動(dòng)調(diào)節(jié)電源的方式,在能量發(fā)射模塊端用按鍵調(diào)節(jié)控制。測(cè)試數(shù)據(jù)與波形測(cè)試數(shù)據(jù)整機(jī)功耗測(cè)試：整機(jī)功耗的測(cè)試數(shù)據(jù)如表6-1所示：表6-1不同供電距離下的整機(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(cè)試：測(cè)試方法：通過(guò)5個(gè)LED總電流測(cè)試口測(cè)試電流值,如果大于10mA,則緩緩拉開(kāi)兩個(gè)線圈的距離直到電流值為10mA,測(cè)出兩個(gè)互感線圈的中心距離,此距離為供電系統(tǒng)供電的最遠(yuǎn)距離。經(jīng)測(cè)試供電系統(tǒng)供電的最遠(yuǎn)距離：L=51.73mm紅燈點(diǎn)亮的最遠(yuǎn)距離:L=51.73mm。綠燈點(diǎn)亮的最遠(yuǎn)距離:L=43.12mm。藍(lán)燈點(diǎn)亮的最遠(yuǎn)距離:L=33.10mm。白燈點(diǎn)亮的最遠(yuǎn)距離:L=33.10mm。測(cè)試波形圖6-SEQ圖6-\*ARABIC1555振蕩波形..圖6-SEQ圖6-\*ARABIC2經(jīng)74HC00整形后的輸出波形...圖6-3單片機(jī)輸出1KHZ不同占空比的PWM波形圖測(cè)試實(shí)物圖.圖6-4整機(jī)初始圖圖6-5液晶顯示圖圖6-6接收電路LED發(fā)光圖圖6-7四種供電模式下的實(shí)物圖結(jié)束語(yǔ)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試和測(cè)試,可以實(shí)現(xiàn)：本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能量的無(wú)線傳輸,并且利用軟件控制能量發(fā)射功率,并且實(shí)現(xiàn)2cm供電時(shí)整機(jī)功耗不高于1w。與預(yù)期目標(biāo)存在的差距：電流不夠大,功耗不能實(shí)時(shí)顯示。致首先,衷心地感我的校導(dǎo)師汪彪老師,在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,指導(dǎo)我訂立各個(gè)階段設(shè)計(jì)工作目標(biāo),督促我畢業(yè)設(shè)計(jì)工作的進(jìn)度,使我能及時(shí)獲得畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo),汪彪老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度,使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠有條不紊保質(zhì)保量的完成,在此謹(jǐn)向汪彪老師致以我的最衷心的感！同時(shí),我還要感我的校外導(dǎo)師偉城硬件部經(jīng)理給我提供這么難得的校外畢業(yè)設(shè)計(jì)的平臺(tái),使我從課本、實(shí)驗(yàn)室的學(xué)習(xí)模式走出來(lái),走入科研實(shí)際應(yīng)用,當(dāng)中所得使我不僅將大學(xué)學(xué)習(xí)應(yīng)用起來(lái),同時(shí)為我順利走上工作崗位過(guò)渡。參考文獻(xiàn)[1]百度網(wǎng)訊科技.[EB/OL].

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