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无线供电技术报告 陈颖 程哲飞 李剑锋.doc

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无线供电技术报告 陈颖 程哲飞 李剑锋.doc
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数字电子技术课程设计技术报告课程名称: 数字电子技术 题 目: 无线供电系统院 (系): 电气工程学院专业班级: 自动化姓 名: 陈颖 程哲飞 李剑锋2014.12.18目录第一章 绪论第二章 系统硬件部分第三章 系统软件部分第四章 总结第一章 绪论无线供电,是一种方便安全的新技术,无需任何物理上的连接,电能可以近距离无接触地传输给负载。实际上近距离的无线供电技术早在一百多年前就已经出现。该项技术的原理其实非常简单,我们日常所接触到的电磁波都承载着能量。无线电广播在发射时,大部分的能量都四散在了空中,而这项技术就是要用一种非放射性的场来聚集这些能量。我们都知道,特定频率的电磁波会引起物体的震动,两个固有频率相同的物体就可以传递这种震动,从而传递能量。我们可以让一个诸如铜制天线的物体发射电磁波,而让接收器来接收,转化为能量。理论上说,所有现在使用电池的电器都可以换用这种方式供电。 实现无线输电的方法大致有两种,一种是利用两个线圈的电磁感应方法,另一种是将电能以激光或者微波的形式,发射到远端的接收天线,然后通过整流、调制等处理后,作用于负载。具体来说有以下几种:电磁耦合电磁耦合对电源工程师来说,再也熟悉不过了,变压器就是利用这个原理来传递能量。如果把变压器的两个绕组分开,就是某种意义上的无线供电。电动牙刷的充电就是个典型案例,但是用 电磁耦合的方式有很大的缺点,没有高磁导率的磁芯作为介质,磁力线会严重发散到空气中,导致转递效率下降,特别在两个线圈远离的时候,下降的非常厉害。所以不适合大功率,远距离的无线供电。光电耦合把电能转化为光能,比如激光,通过光将能量传递到目的地再转化为电能。这种无线供电技术比较直观,而且光电转换技术也相对应用广泛。但是光的传递路径具有缺陷,就是传递路径中不能有障碍物。所以这种技术,也是有很大的应用缺陷。电磁共振电磁共振这个名词有点陌生,据说其原理类似声波共振的原理,两种介质具有相同的共振频率,就可以用来传递能量。无线电力传输的原理并不难理解,但一直没有得到很好的应用。因为电磁波在自由空间传输,能量不太容易集中,定向性差,特别是微波,漫射在空间,使本来不多的能量衰竭得更快。因此 无线传输难以输送大量的能量,功率低,整体效率差,而且会对空间造成很大的电磁污染。我们现在生活中的很多小东西,都已经在使用无线供电。也许不远的未来,我们还会看到远距离和室内距离的无线供电产品,而不会看到电线杆和高压线,“插头”也将会变成一个历史名 词。 而且当可以在远距离、中等距离和近距离都广泛实现无线供电的时候,人类目前最常用的能量将会变得像空气一样随处可得。无需再抱怨没有合适的充电器,不用再为电子设备准备厚重的电池以尽量延长它们的待机时间。我们可以把手持设备做得更小更薄,甚至可以容易地植入体内。在那时候,生活又是何等一幅模样? 第二章 系统硬件部分本系统采用的是电磁耦合原理制作的无线供电系统,模块主要分为三大部分,分别是核心控制电路,发射模块和接收模块。硬件实物图stc12单片机核心控制电路L298驱动模块 发射线圈 接收线圈led灯显示核心控制电路核心控制电路采用了STC公司出厂的stc12c5a60s2单片机。此单片机为新一代的51单片机。新一代宏晶芯片具有1个时钟/机器周期,高速、可靠,2路PWM,8路10位高速 A/D转换,25万次 /秒1T 8051带总线,管脚直接兼容 传统89C52 ,有全球唯一ID号可省复位电路,36-44个I/O内部R/C时钟 的新一代宏晶芯片。 核心电路图电源模块系统选用12M晶振,利用定时器产生一定频率的方波,控制298驱动产生脉动直流电源。给发射线圈提供交流电流,给次级线圈提供能量。 发射模块发射模块由L298驱动电路与谐振发射电路组成。 L298简介:L298N为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片( Dual Full-Bridge Driver ),内部包含4 信道逻辑驱动电路,是一种二相和四相步进电机的专用驱动器,可同时驱动2个二相或 1个四相步进电机,内含二个 H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器,接收标准TTL 逻辑准位信号,可驱动4 6V、2A以下的步进电机,且可以直接透过电源来调节输出电压;此芯片可直接由单片机的I O端口来提供模 拟时序信号。谐振发射电路谐振的原理:首先谐振电路输入端阻抗Z=R+jX,当X=0时,Z=R为纯电阻。电压,电流同相,电路发生谐振,也就是说谐振对线圈的电感值和电容的电容值要求苛刻 。频率LC电路谐振时,支路电流近似为总电流的Q倍,通常,Q>>1,所以,谐振时LC并联电路的回路电流比输入电流大得多。此时线圈产生的能量最大,接收端耦合得到的能量也最大。LC电路谐振:接收模块接收模块由线圈与led灯组成的负载构成。原级线圈次级线圈经过实测,原级线圈为192uh,次级线圈为250uh。298驱动在11.98khz的方波信号驱动下,在不接线圈时产生的峰值电压是8v,加上线圈后峰值电压16.8v。经过传递后次级线圈可以带上4个高亮led的负载。用信号源测试后发现,当频率在10khz到80khz之间,led亮度基本不变,若频率小于10khz 或大于80khz时,亮度出现持续衰减。系统有效传输距离为1cm左右,原级线圈与次级线圈正面平行放置时磁通量最大,此时功率传输效率较好。若线圈不正面平行放置,线圈包裹的磁通减小,传输效率下降。第三章 系统软件部分一、主要思路系统利用定时器控制I/O口,产生方波。控制 298驱动一边线圈。
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