51單片機(jī)的無線供電模塊設(shè)計(jì)

1引言

無線供電是一種方便、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，也許在不久的將來將用于室內(nèi)供電和城市的供電，徹底代替電線，應(yīng)用前景廣泛。本文主要闡述近距離無線供電，具有低功耗、安全等特點(diǎn)，通過單片機(jī)檢測[1]更好的增加了它的可靠性。

2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

無線供電演示裝置的設(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圈與整流肖特基二極管構(gòu)成。檢測部分由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，檢測部分主要是AD芯片選用MAX197。

此方案機(jī)構(gòu)簡單，但是IGBT的開關(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)簡單易于實(shí)現(xiàn)，檢測部分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圈、整流肖特基二極管構(gòu)成。

圖 4 接收部分電路

(6)檢測電路及單片機(jī)選擇

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

圖 5 控制檢測顯示部分電路

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)：制作簡單，元器件易購，充電安全，顯示直觀，并且不會(huì)損壞電池。通過改變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)是無過電流放電控制電路。

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)射電路中的耦合線圈

發(fā)射線圈的制作：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) 接收線圈的制作

接收線圈選用發(fā)射線圈同樣大小匝數(shù)繞制，在確定距離后調(diào)整線圈的匝數(shù)至接收電壓稍高于負(fù)載為佳。接收線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)過開關(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)增加接收線圈匝數(shù)來增加傳送距離。

(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語言編寫程序，方便簡潔易于修改，控制簡單[4]。

5結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于51單片機(jī)的無線供電模塊，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，制作簡單，實(shí)用性強(qiáng)，在電子行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景。