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  • 51單片機(jī)的無(wú)線供電模塊設(shè)計(jì)
    51單片機(jī)的無(wú)線供電模塊設(shè)計(jì)
  • 51單片機(jī)的無(wú)線供電模塊設(shè)計(jì)
  •   發(fā)布日期: 2019-04-22  瀏覽次數(shù): 4,474

    1引言

    無(wú)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(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。現(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,應(yīng)用前景廣泛。本文主要闡述近距離無(wú)線供電,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(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)整體框圖見圖1。

    51單片機(jī)的無(wú)線供電模塊設(shè)計(jì)

    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?u>晶體管搭建輸出電路,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。

    51單片機(jī)的無(wú)線供電模塊設(shè)計(jì)

    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(cè)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(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?。?。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(guò)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(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。


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