无线供电系统设计样本

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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。目 录1.引言11.1.概述11.2.研究背景11.3.研究现状22.系统设计22.1.系统预期目标22.2.系统总体实现方案设计32.2.1.主控制器32.2.2.振荡电路42.2.3.人机交互52.2.4.整机功耗检测53.硬件设计63.1.单片机最小系统设计63.2.能量发送设计73.3.电源电流采集电路以及供电设计93.4.接收模块设计104.软件设计104.1.软件设计需要解决的问题104.2.总体设计104.3.单元模块设计114.3.1.LCD显示模块114.3.2.PCA模块124.3.3.AD功能模块145.系统调

2、试155.1.硬件调试155.2.软件调试155.3.系统联调156.测试方法与数据156.1.测试仪器与设备156.2.测试方法156.3.测试数据与波形166.3.1.测试数据166.3.2.测试波形166.3.3.测试实物图177.结束语19致谢20参考文献20无线供电系统设计应用科技学院 电子信息工程专业12060 018 陈启俊 指导教师: 李汪彪【摘要】本系统设计并制作了一个采用STC12C5A60S2控制的无线(非接触式)供电系统, 系统包括能量发送模块和能量接收模块。能量发送模块由555振荡产生频率为140KHz的交流信号, 再经过单片机PWM占空比的控制发送至谐振电路, 它能

3、实现的功能是: 在能量发送模块和接收模块之间不经过任何导线连接, 经过感应线圈实现电能的传输使接收模块的LED灯发光以此来模拟供电; 实现人机交互、 用LCD162A显示, 具有友好的的显示界面。在发射距离10mm的情况下, 能量发送模块的功率小于1W, 而且能够实现对发送模块按键的控制使LED亮度规则变化.【关键词】STC12C5A60S2;无线;能量发送;功率显示;PWM.1. 引言1.1. 概述无线供电, 就是电源不依赖导线的情况下对目标进行供电。无线供电技术是一种新型的电能传输技术, 它摆脱了传统供电方式, 而采用无线的方式为用电设备提供电力。没有了连接电源的导线的束缚, 无线供电使得

4、系统更加安全而且方便。11.2. 研究背景 九月一日, 全球首个推动无线充电技术的标准化组织无线充电联盟在北京宣布将Qi无线充电国际标准率先引入中国。信息产业部通信电磁兼容质量监督检验中心也加入该组织。无线充电联盟副主席、 来自美国安利的子公司富尔顿创新公司董事布雷特刘易斯介绍, 联盟成员近60家, 包括劲量、 LG电子、 诺基亚等。安利净水器 前就开始采用富尔顿的无线充电技术。无线充电更方便, 更安全。没有外露的连接器, 避免了漏电、 跑电等安全隐患。很多人担心的辐射问题, 在8年之前的净水器的安全性就已经得到了36个国家的验证, 据介绍, 无线充电大致上是经过磁场输送能量, 而人类以及人类

5、身边的绝大多数物件都是非磁性的, 因此对人类不会构成伤害。无线充电还有一个好处是省电, 无线充电设备的效能接收在70%左右, 和有线充电设备相等, 可是它具备电满自动关闭功能, 避免了不必要的能耗。而且, 这个效能接收率在不断提高。无线充电设备比普通充电器”聪明”很多, 对于不同的电子产品, 电源接口能自动对应, 需要充电时, 发射器和接收芯片会同时自动开始工作, 充满电时, 两方就会自动关闭。它还能自动识别不同的设备和能量需求, 进行个性化工作, 这就是智能供电。现在, 为了消费者的安全以及她们的便利性考虑, 相关科研人员先提供了近磁场无线充电技术( 即需放在发射器旁边) , 未来, 不但是

6、小功率电器, 常见的家用电器设备、 医疗设备、 电动工具、 办公室电器、 厨房电器等都能够实现无线供电了, 一边传输一边使用电能, 不需要任何类似于电池的电量存储设备, 更不需要提前充电, 到那时, 电线、 插线板、 电池都能够消失了, 你甚至感受不到电的存在, 它就像空气一样, 让你觉得手到擒来。11.3. 研究现状早在电子技术刚刚问世不久。Nicola Tesla( 尼古拉.特斯拉) 就已经进行过远距离无线供电的实验研究。 6月, 麻省理工学院(MIT)以Marin Soljacic为首的研究团队首次演示了灯泡的无线供电技术, 她们从6英尺的距离成功地点亮了一个60W灯泡。经过一百年的发展

7、, 无线供电已经进入了应用的阶段。家电和数码生产企业纷纷推出自己的无线供电产品。 的CES( 国际消费电子产品展) 上, 至少有3家厂商对外展示了其专为移动设备设计的无线充电底座。成立于 12月17日的国际玩笑充电联盟( Wireless Power Consortium, WPC) 已制定无线供电的业内标准为目标, 当前正在倡导”Qi”标准。WPS已于 3月发行了无线供电传输标准的正式版。不久的将来, 无线供电技术还将在照明、 电动车、 医疗电子设备、 无线传感网络等领域大放异彩, 甚至未来的电力传输也将是无线传输的。世界大公司对无线供电做出的研究: u Palm公司是美国老牌智能手机厂商,

8、 它最早将无线充电应用在手机上。它推出的充电设备”触摸石”, 就能够利用电磁感应原理无线为手机充电。u 海尔推出的概念性”无尾电视”, 不需要电源线、 信号线和网线。海尔称该产品采用了与麻省理工学院合作的无线电力传输技术。u Powermat 推出的充电板有桌面式和便携式等多种, 主要由底座和无线接收器组成, 售价在100美元左右。u 劲量( Energizer) 是美国知名的电池和手电筒品牌。该公司预计将于10月正式推出一款无线充电器, 售价在89美元左右。u 微软亚洲研究院研发的一款无线充电板装置名为uPad, 已在 底造出样机。u 富士通的系统与美国Witricity公司研发的技术类似,

9、 后者同样利用磁共振传输电量, 传输距离可达到几米远。这项技术将促使日本政府在 之前在公共场所设置无线充电网点。国内无线供电研究起步相对较晚, 近年来才得到了一定数量的应用, 特别是变压器松耦合方案得到了不少的应用, 可是和国外相比还是有一段差距。12. 系统设计2.1. 系统预期目标设计并制作一个无线供电系统( 用LED来模拟接收电路) , 该系统包括能量发送模块和LED照明模块。LED照明模块包括一个能量接收单元和五个LED灯, LED照明模块不外加任何电源, 供电只来自能量发送模块, 两个模块之间没有任何导线连接, 电能的传输经过感应线圈由能量发送模块以无线方式传输给LED照明模块, 线

10、圈间的介质为空气。其中, 能量发送单元采用12V的直流电供电。u 实行电能的无线传输, 经过无线供电方式使LED照明模块发光( 每个LED的平均电流大于5mA) ; u 在LED照明模块实现正常亮度时( 5个LED, 每个LED的平均电流为10mA) , 发射距离10mm的情况下, 能量发射模块的功率小于5W( DC12V供电) ; u 能控制LED的亮度: 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的方式) , 能够在能量发射模块端用按键调节; u 能量发射模块能实时显示发射机功耗, 误差不超过5%。2.2. 系统总体实现方案设计 图2-1 系

11、统总体框图2.2.1. 主控制器采用宏晶STC公司的STC12系列中的STC12C5A60S2单片机作为主控制器。该芯片是一款1个时钟/机器周期8051、 超强加密、 高速, 高可靠、 低功耗, 超低价、 强抗静电, 强抗干扰的微处理器, 功能模块多含AD及PWM功能, 能更好的人机交互以及控制。该微处理器可设置为在空闲时进入休眠模式, 使得系统的功耗更低。STC12C5A60S2与本系统相关简介: 图2-2 STC12C5A60S2实物图STC12C5A60S2单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机, 是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机, 指令代码完全兼容传统8

12、051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S)。 u 增强型8051 CPU, 1T, 单时钟/机器周期, 指令代码完全兼容传统8051u 片上集成1280字节RAM, 60K的FLASH。u 通用I/O口44个,可设置成四种模式: 准双向口/弱上拉, 推挽/强上拉, 仅为输入/高阻, 开漏 , 每个I/O口驱动能力均可达到20mA。u ISP( 在系统可编程) /IAP( 在应用可编程) , 可经过串口( P3.0/P3.1) 直接可下载用户程序。u 共4个16位定时器 两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T

13、0和T1, 有独立波特率发生器, 做串行通讯的波特率发生器 , 再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器。u 2个时钟输出口, 可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟, 可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟。u 外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块, Power Down模式可由外部中断唤醒INT0/P3.2, INT1/P3.3, T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0, CCP0/P1.3(也可经过寄存器设置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可经过寄存器设置到P4.3)。u PWM(2路) /PCA( 可编程计

14、数器阵列,2路) 可用来当2路D/A使用 , 也可用来再实现2个定时器, 也可用来再实现2个外部中断。u A/D转换, 10位精度ADC, 共8路, 转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)。u 通用全双工异步串行口(UART), 还可再用定时器或PCA软件实现多串口。u STC12C5A60S2系列有双串口, RxD2/P1.2(可经过寄存器设置到P4.2), TxD2/P1.3(可经过寄存器设置到P4.3)u 封装: PDIP-40 I/O口不够时, 可用2到3根普通I/O口线外接 74HC164/165/595( 均可级联) 来扩展I/O口, 还可用A/D做按键扫描来节省I/O口, 或

15、用双CPU,三线通信, 还多了串口。22.2.2. 振荡电路采用NE555时基集成电路构成的多谐振荡器产生150KHZ左右的载波完成调制发射, 电路简单, 器件购买方便。NE555与本系统相关简介: 图2-3 555实物图NE555 (Timer IC)大约在1971由Signetics Corporation发布, 在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC, 在往后的30非常普遍被使用, 且延伸出许多的应用电。 NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号, 555系列IC的接脚功能及运用都是相容的, 只是型号不同的因其价格不同其稳定度、 省电、 可产生的振荡频率也不大相同; 而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC, 只需少数的电阻和电容, 便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波信号。NE555的特点: u 只需简单的电阻器、 电容器, 即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广, 可由几微秒至几小时之久。u 其输出端的供给电流大, 可直接推动多种自动控制的负载。u 它的计时精确度高、 温度稳