一種模塊化無線供電書桌的設(shè)計(jì)

翟亞東 黃澤賢 邵立子

摘 ?要：現(xiàn)如今插排的大量的使用，造成了家庭中的電路過于凌亂，最終可能會(huì)有比較大的安全隱患。與導(dǎo)線連接的供電方式相比，無線充電更加的安全方便。本文提供了一種基于QI無線充電系統(tǒng)的模塊化無線充電式書桌的設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：無線充電;模塊化

一、無線充電的簡介

無線充電技術(shù)其實(shí)并不是一項(xiàng)新興的技術(shù)。早在1890年在尼古拉·特斯拉就已經(jīng)做了有關(guān)無線充電的設(shè)想，早期的交流發(fā)電技術(shù)其實(shí)就是現(xiàn)代化無線充電技術(shù)的雛形。但是當(dāng)時(shí)由于交流電沒有廣泛的被人們所接受，無線充電技術(shù)也便沒有受到人類的重視。

近幾年來，由于蘋果手機(jī)推出了自己的具有無線充電功能的手機(jī)，又重新將這一技術(shù)引入了大眾們的視野，受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

現(xiàn)在常用的無線充電技術(shù)主要有兩種方式。一種是小功率的電磁感應(yīng)式無線充電，其基本原理是首先在初級線圈產(chǎn)生一定頻率的交流電，通過電磁感應(yīng)在次級線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從發(fā)射端傳送到接收端。另一種為大功率的諧振式無線充電技術(shù)，諧振式充電利用的磁共振原理，首先使供電線圈的處于自諧振狀態(tài)，諧振頻率與受電線圈的諧振頻率一致時(shí)，受電線圈也處于自諧振狀態(tài)，則兩個(gè)線圈就會(huì)交換彼此的能量，從而進(jìn)行供電。

二、QI無線充電系統(tǒng)簡介

QI無線充電系統(tǒng)屬于利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行近距離小功率的無線供電的方式。它主要由基站和移動(dòng)設(shè)備兩大部分組成。基站可以包含一個(gè)或多個(gè)發(fā)射端，發(fā)射端將提供用以接收的能量。移動(dòng)設(shè)備包含一個(gè)接收端用來提供電能給用電器，接收器還將為發(fā)射器提供信息。發(fā)射器內(nèi)有能量轉(zhuǎn)換單元，將電能轉(zhuǎn)換為無線能源信號，接收器內(nèi)的能量收集單元?jiǎng)t將無線能源信號轉(zhuǎn)換為電能。接收器將根據(jù)需要將電能輸送至負(fù)載，發(fā)射器根據(jù)接收器的需要適配能量傳遞。

三、無線充電書桌的設(shè)計(jì)

（一）結(jié)構(gòu)部分

該書桌主要由主體部分和可更換模塊部分兩部分構(gòu)成。

1.主體部分

書桌主體部分上方由一塊可以進(jìn)行翻轉(zhuǎn)的非導(dǎo)磁性蓋板，蓋板在翻轉(zhuǎn)時(shí)可將書桌上方進(jìn)行完全覆蓋，蓋板下方是有矩陣式切割盲孔的書桌主體，每一個(gè)盲孔上有兩個(gè)同心環(huán)形電級。書桌內(nèi)部設(shè)有總開關(guān)，變壓模塊，單片機(jī)，藍(lán)牙模塊，n*m的矩陣電路，以及繼電器模塊。每一個(gè)矩陣電路的節(jié)點(diǎn)處接入繼電器的輸入端，盲孔上的電級接入繼電器的輸出端。選通單片機(jī)的輸出口接入與繼電器輸入端相連的矩陣電路，選通單片機(jī)的輸入口接入藍(lán)牙模塊。

2.可更換模塊部分

另外一部分為內(nèi)部鑲嵌了QI發(fā)射端的可更換模塊部分，木塊的形狀與孔洞相匹配。木塊的下方是QI發(fā)射端的兩同心環(huán)形電極，在可更換模塊部分放入主體部分后，QI發(fā)射端的兩極可以與孔洞上的兩極對應(yīng)相連。在書桌上的盲孔可以根據(jù)需要來進(jìn)行含有QI發(fā)射端的可更換模塊的接入。

（二）控制原理

打開總開關(guān)后，變壓器將220V的交流電轉(zhuǎn)換成5V直流電進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對矩陣電路與單片機(jī)的供電。

使用時(shí)人們將書桌上的蓋板掀開，同時(shí)將所需要的可更換模塊部分置于書桌的主體部分孔洞的內(nèi)部，關(guān)閉蓋板后孔洞上的兩極將與可更換模塊上的兩極對應(yīng)相連。之后通過藍(lán)牙的連接，進(jìn)而通過手機(jī)APP對書桌上的可更換模塊中的QI發(fā)射端進(jìn)行選通，進(jìn)而進(jìn)行對無線供電區(qū)域的選通。同時(shí)將小燈泡，小風(fēng)扇等用電器與QI接收端相連接，將QI接收端置于用電器底部，從而只要將用電器放在選通區(qū)域上即可通過QI無線充電裝置的輸入輸出端的感應(yīng)來完成對家具的無線供電或者將支持無線充電的手機(jī)放在書桌上從而對支持無線充電手機(jī)進(jìn)行供電。

在QI發(fā)射器損壞時(shí)，僅僅需要將蓋板掀開，然后對含有QI發(fā)射端的可更換模塊部分進(jìn)行更換即可。

四、創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

1、通過模塊化的設(shè)計(jì)思路，使得在某一QI線圈損壞后可以直接對其進(jìn)行更換，從而大大減低的檢修的成本。

2、由于供電部分與用電裝置之間以磁場的方式傳送能量，兩者之間不用導(dǎo)線連接，因此充電器及用電的裝置都可以做到無導(dǎo)電接點(diǎn)外露，保證了使用上的安全。

3.該設(shè)計(jì)采用了藍(lán)牙模塊的選通性的控制，可以通過APP控制所需要進(jìn)行無線供電的區(qū)域，從而可以實(shí)現(xiàn)對小家電的遠(yuǎn)程操控。

4.QI無線充電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化使得未來一些加入QI接收端模塊的電器如筆記本電腦，數(shù)碼相機(jī)等可以利用該模塊化書桌進(jìn)行無線供電，從而減少了外出人員攜帶笨重充電器的負(fù)擔(dān)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：翟亞東（1998-）男，漢族，鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2016級學(xué)生。