基于C51短距離無(wú)線(xiàn)供電裝置設(shè)計(jì)

Abstract：Abstract: This paper is based on wireless power supply module, which consist of power transmitting circuit, receiving circuit, detection circuit. And this paper mainly introduces the wireless transmission system based on C51 MCU application efficiency of detection, and realize the wireless transmission function. Meanwhile, it has high transmission efficiency and reach the expected goal.iso9001認(rèn)證

Keyword：Wireless power supply, C51, Transmission efficiency

1引言

無(wú)線(xiàn)供電是一種方便、安全的供電裝置，之間不需要任何物理連接，當(dāng)發(fā)送端產(chǎn)生的振蕩磁場(chǎng)頻率和接收端的固有頻率相同時(shí)，接收端就產(chǎn)生共振，從而實(shí)現(xiàn)了能量的傳輸?，F(xiàn)在已經(jīng)用于一些小的家電中，也許在不久的將來(lái)將用于室內(nèi)供電和城市的供電，徹底代替電線(xiàn)，應(yīng)用前景廣泛。本文主要闡述近距離無(wú)線(xiàn)供電，具有低功耗、安全等特點(diǎn)，通過(guò)單片機(jī)檢測(cè)[1]更好的增加了它的可靠性。

2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

無(wú)線(xiàn)供電演示裝置的設(shè)計(jì)制作。該電路由電源發(fā)射電路、接收電路、檢測(cè)顯示電路三部分組成[2]。

2.1方案論證與選擇

方案1：震蕩電路

發(fā)射電路用NE555產(chǎn)生可以調(diào)節(jié)頻率的對(duì)稱(chēng)方波，接L298放大和恒流源模塊產(chǎn)生電壓12v、頻率20MHZ的方波信號(hào)作為發(fā)射部分。接收部分由大電感線(xiàn)圈與整流肖特基二極管構(gòu)成。檢測(cè)部分由STC89c51控制AD tcl2543采集電壓電流信號(hào)[3]。

此方案電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單元件較少，易于控制，成本低。

方案2： 斬波電路

發(fā)射電路利用IGBT對(duì)直流電源逆變，進(jìn)行斬波控制，產(chǎn)生交流信號(hào)作為發(fā)射信號(hào)。接收部分同方案1，檢測(cè)部分主要是AD芯片選用MAX197。

此方案機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是IGBT的開(kāi)關(guān)頻率難于控制，且IGBT價(jià)格不合適。

比較上述方案，震蕩電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，檢測(cè)部分AD芯片價(jià)格合適，整個(gè)電路容易實(shí)現(xiàn)，所以選擇方案1。系統(tǒng)整體框圖見(jiàn)圖1。

圖 1 系統(tǒng)整體框圖

2.2整體電路設(shè)計(jì)

(1)發(fā)射電路

用NE555產(chǎn)生可以調(diào)節(jié)頻率的對(duì)稱(chēng)方波，接L298放大和恒流源模塊產(chǎn)生電壓12v、頻率20MHZ的方波信號(hào)作為震蕩部分, 主要是產(chǎn)生高頻。

(2)功率輸出電路

由于輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)電壓、電流、頻率較大，需要一定輸出功率驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈，因此，最后需要功率輸出電路?？梢圆捎梅至⒋蠊β示w管搭建輸出電路，也可以使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋式電路集成模塊。選擇時(shí)需要注意電路的頻率響應(yīng)應(yīng)該大于20kHz，輸出功率大于2W。

(3)電流控制

電流控制電路控制輸出電流在 100mA左右穩(wěn)定，不隨著電源的變化而發(fā)生波動(dòng)。恒流輸出控制不需要特別的精確。一般要求不高的情況下，可以使用限流電阻控制電流的穩(wěn)定。

圖 2 震蕩電路及發(fā)射部分電路

(4)電源

電源部分電路見(jiàn)圖3。

圖 3 電源電路部分電路

(5)接收電路

接收部分由大電感線(xiàn)圈、整流肖特基二極管構(gòu)成。

圖 4 接收部分電路

(6)檢測(cè)電路及單片機(jī)選擇

STC89C51和12的AD芯片TCL2543功能滿(mǎn)足要求價(jià)格便宜。顯示部分用1602顯示檢測(cè)的電壓和電流。

圖 5 控制檢測(cè)顯示部分電路

3硬件電路的制作及元件選取

3.1電源的選取

輸入直流電壓高于所充電池電壓8伏即可。如圖3中R1、Q1、W1、TL431組成精密可調(diào)穩(wěn)壓電路，Q2、W2、R2構(gòu)成可調(diào)恒流電路，Q3、R3、R4、R5、LED為充電指示電路。隨著被充電池電壓的上升，充電電流將逐漸減小，待電池充滿(mǎn)后R4上的壓降將降低，從而使Q3截止，LED將熄滅。為保證電池能夠充足，在指示燈熄滅后繼續(xù)充(1—2)h。使用時(shí)給Q2、Q3裝上合適的散熱器。本電路的優(yōu)點(diǎn)：制作簡(jiǎn)單，元器件易購(gòu)，充電安全，顯示直觀，并且不會(huì)損壞電池.通過(guò)改變W1可以對(duì)多節(jié)串聯(lián)鋰電池充電，改變W2可以對(duì)充電電流進(jìn)行大范圍調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)是無(wú)過(guò)電流放電控制電路。

3.2發(fā)射電路元件的選取

(1)震蕩電路選取NE555、L298 構(gòu)成，因?yàn)镹E555最大能成生500MHE，經(jīng)過(guò)L298的放大作用足以產(chǎn)生我們需要的功率。

F =1.44/(R1+RP1)C2 (1)

依照上式可以控制555芯片的頻率。

(2)發(fā)射電路中的耦合線(xiàn)圈

發(fā)射線(xiàn)圈的制作：在直徑40mm的圓環(huán)上繞20圈，(25~30)μH(電感量小時(shí)接收輸出電流大，電感量大時(shí)接收輸出電流稍小)。發(fā)射模塊工作電流隨接收負(fù)載電流的大小自動(dòng)增減。

3.3接收電路元件的選取

(1) 接收線(xiàn)圈的制作

接收線(xiàn)圈選用發(fā)射線(xiàn)圈同樣大小匝數(shù)繞制，在確定距離后調(diào)整線(xiàn)圈的匝數(shù)至接收電壓稍高于負(fù)載為佳。接收線(xiàn)圈輸出的是高頻交流電壓，可以直接給小燈泡供電，給其它電器供電，必須經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓模塊輸出直流5V工作電壓。如果小電流工作，可適當(dāng)增加接收線(xiàn)圈匝數(shù)來(lái)增加傳送距離。

(2) 整流肖特基二極管構(gòu)成接收回路的整流電路，接一個(gè)發(fā)光二極管當(dāng)作接收回路的指示燈。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程

系統(tǒng)程序流程如圖6所示。

圖 6 系統(tǒng)流程圖

用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，方便簡(jiǎn)潔易于修改，控制簡(jiǎn)單[4]。

5結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于51單片機(jī)的無(wú)線(xiàn)供電模塊，此模塊具有傳輸效率高的特點(diǎn)，可作為小型短距離控制器的供點(diǎn)系統(tǒng)應(yīng)用，制作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，在電子行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳志旺,陳志茹著.51系列單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].電子工業(yè)出版社2009.2.

[2] 王洪君著.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].山東大學(xué)出版社，2009.2.

[3] 何利民著.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990.

[4] 張俊謨著.單片機(jī)中級(jí)教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

作者簡(jiǎn)介

郝濤，1985年8月出生，男，漢族，山東省濰坊市人，

山東輕工業(yè)學(xué)院在讀碩士研究生，從事檢測(cè)裝置與自動(dòng)化技術(shù)方面的研究?！?/P>

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