一種改進的無線充電智能系統

高 鑫* 梁 辰 張文博

(西京學院 信息工程學院，陜西 西安 710123)

當前全球形勢一個重要的問題就是不可再生能源被不斷消耗，汽車尾氣各類污染加快了全球的溫室效應。在此嚴峻的形勢下，用可循環利用的能源汽車來替換一般的燒汽油的汽車是一個非常明智的方法。本文將介紹一種基于Keil C 的無線充電小車系統，該系統運用自動切換的直流穩定電源供電，在一定條件下小車使用適當容量超級電容進行儲蓄能源，在此基礎上實現無線充電的功能。

1 研究框架

無線充電技術從最初發展到如今這個水平在電子領域已經被深入研究并且投入到現實生活中使用，即使到今天普及率并不是很高，但是在消費領域的發展已經取得優異成績，尤其是電腦手機等電子產品都離不開我們的日常生活。本文的作品是設計并且制作一個可以進行無線充電的小車。該充電裝置在能感應到小車之后，將會自動為小車充電大概一分鐘左右，之后小車在充電完成繼續向前沿著直線向前行駛，直至所擁有的能量全部耗盡。本文裝置通過高頻電磁感應，產生的137KHz 高頻電磁能，從而利用一定匝數比的線圈做接受器進行接收，從而給超級電容進行充電，等充電完成后，再利用可控硅導通后造成的電路短路，從而使小車電機接入電路，超級電容放電所提供的能量來驅動小車電機，從而使小車獲得動力向前運動。

無線充電智能小車系統主要由無線充電、超級電容和單片機控制三大部分組成，系統采用現今已經比較成熟的無線充電技術和超級電容，其硬件部分主要由無線充電模塊、超級電容、STM32 電路板和小車以及直流電機等。具體的系統結構框架圖如圖1 所示。

圖1 系統框圖

1.1 無線充電技術

初級線圈一定頻率的交流電，在次級線圈中產生一定的電流通過電磁感應的方式，進一步的將能量從傳輸端口不斷地傳輸到接收端口。現如今最為常見的充電解決方法就應用了電磁感應原理，實際上，電磁感應解決充電的方案在技術實現上并不是很復雜，要說電磁感應技術，早些年比亞迪就申請過類似的專利，并且應用到了現實生活中。

電磁感應技術是由兩部分組成，一部分接受，另一部分釋放，當他們進行能量的傳遞，這個時候也是他們共振的時候，換句話說就是他們的工作頻率在一個頻道上。當在這種情況下就可以實現能源傳遞，這也是目前正在研究的一種技術。

1.2 超級電容

本作品以超級電容組來取代市面上對環境有很大污染的鎳鎘電池以及鋰電池等，從而可以改善環境污染上的問題。而且超級電容的儲蓄能力非常強，一次可以存儲大量的電量，不但如此它的充電耗時也非常短，使用壽命長，也可長時間循環使用。

2 無線充電模塊超級電容

本文的無線充電是近些年來才發現的一種新的技術，它采用的無線能源傳輸技術比以往許多能源傳輸方式都更加先進、便捷、高效，命名為磁耦合共振技術，他的優點有以下幾種：第一個就是它的距離合適，能量傳輸所需要的距離一般在幾十厘米左右，而我們日常生活辦公充電的時候，這幾十厘米也能夠達到我們的需求，他的距離相比于近場耦合是遠的。完美的解決了我們日常辦公的需求。第二個就是他的傳輸功率也能夠滿足我們的需求，一般大約在幾百瓦以內。為了增加能量傳輸的數據指標，我們要從兩個方面考慮，一是從全局出發從外至內考慮其能源傳遞時的參數并取值作為參考，從不同角度探索新的方案方式。二是從硬件方面考慮，與上者相結合從而提高整體的數據指標，不僅線圈，驅動方面的結構也一樣都是為了提高傳輸系統中的各分項指標。眾所周知，高強度的是會對我們人體造成損傷的，但本文所介紹的技術在工作狀態下所產生的磁場大小是不足以對我們人體造成影響的，因為我們大可不必擔心它工作時所帶來的輻射。其原理圖如圖2 所示。

圖2 無線充電原理圖

3 系統軟件設計

單片機使用的晶振為12MZH 的晶振，它的周期為1us，也正因為如此程序才設定了四個計數的變量包含有shi,count,fen,miao 這四個相互嵌套的循環函數。開始時要先設定THO,TH1 的初始數值，當中斷時其中count 中心變成0,miao 重新變成0，顯示miao,fen 的變量在原先的基礎上增加1, 就這樣如此循環，在LCD1602 上將所需要的時間顯示出來。(圖3-4)

圖3 地時間顯示流程圖

圖4 電壓監控流程圖

4 總結與展望

本課題設計基本實現了基于超級電容和無線充電模塊整合下的無線充電小車，工作電壓為5 伏，工作電流為1 安，而且使用自己切換的直流電源進行能源的供給，在此條件下，電動車使用適當容量超級電容(法拉電容)儲能。本作品只是初步實現了無線充電的功能，后期的工作還需要進一步的完善。