基于QI技術(shù)的家庭無(wú)線充電套裝

李心宇 湯澤強(qiáng) 梁佩瑩

摘 ?要：隨著無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和無(wú)線充電技術(shù)的成熟， 越來(lái)越多的家用電器使用無(wú)線充電功能。在這樣的背景下，該文設(shè)計(jì)了一種適用于家庭用的無(wú)線充電套裝。通過(guò)開(kāi)發(fā)基于Qi技術(shù)的無(wú)線家用供電套裝，在產(chǎn)品創(chuàng)新的同時(shí)，考慮到安全性、實(shí)用性、便捷性和低成本，該產(chǎn)品在未來(lái)的無(wú)線家電市場(chǎng)具有較好的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：無(wú)線充電 ?3D打印 ?QI技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM724 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）10（c）-0025-02

隨著智能設(shè)備的快速發(fā)展，對(duì)充電的速度和便利性的要求越來(lái)越高，從而使得是否具有無(wú)線充電功能成為了消費(fèi)者衡量產(chǎn)品好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)，只有具有安全性、便攜性、低成本、應(yīng)用范圍廣的作品才能滿足現(xiàn)代家庭的要求。然而目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品大多不具有或只具有上述特點(diǎn)中的一點(diǎn)。

基于QI技術(shù)的無(wú)線充電桌板，能夠替代傳統(tǒng)無(wú)線充電底座，將有線轉(zhuǎn)換為無(wú)線，同時(shí)讓桌面看起來(lái)整潔、寬敞。普通無(wú)線手機(jī)殼，雖然可以將不具有無(wú)線充電功能的手機(jī)轉(zhuǎn)換成有線充電，但如果要使用手機(jī)殼就沒(méi)辦法使用有線充電，而且價(jià)格往往居高難下。在使用傳統(tǒng)無(wú)線接收貼和無(wú)線充電手機(jī)殼的過(guò)程，由于接口不穩(wěn)定性，容易造成接口斷線、斷模塊，容易造成資源浪費(fèi)甚至更嚴(yán)重的是造成火災(zāi)事故。再如家用小風(fēng)扇在持續(xù)充電的狀況下很容易發(fā)生爆炸或起火，造成不可挽回的損失，因此，在這種狀況下一種安全、易操作、成本低、應(yīng)用廣泛的產(chǎn)品迫在眉睫。

基于ZBrush對(duì)所需模型進(jìn)行建模處理，能按照需求設(shè)計(jì)出模型。利用3D打印機(jī)，PLA材料對(duì)模型STL文件進(jìn)行處理打印，可以將虛擬模型轉(zhuǎn)換為實(shí)體模型，以廉價(jià)方法打造出所需要物品模型。基于這些要求，開(kāi)發(fā)了一種基于QI技術(shù)的家庭無(wú)線充電套裝，這樣就解決了市場(chǎng)需求。

1 ?技術(shù)原理

利用無(wú)線Qi技術(shù)設(shè)計(jì)手機(jī)無(wú)線充電系統(tǒng)，無(wú)線充電以電磁感應(yīng)原理進(jìn)行充電，原理類似于電磁耦合[1-2]。在發(fā)送和接收端各有一個(gè)線圈，發(fā)送端線圈前連接有micro安卓口，整流電路和放大電路，電路在線圈內(nèi)部產(chǎn)生高頻交流電，接收端線圈感應(yīng)發(fā)送端的電磁信號(hào)從而產(chǎn)生電流。系統(tǒng)工作時(shí)輸入端將交流市電經(jīng)全橋整流電路變換成直流電，經(jīng)過(guò)電源管理模塊后直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電供給初級(jí)繞組，通過(guò)兩個(gè)電感線圈耦合，次級(jí)線圈輸出的電流轉(zhuǎn)換為直流電為電池充電[3-6]。

對(duì)傳統(tǒng)接收器進(jìn)行接口處理，利用micro接口模塊，找出對(duì)應(yīng)接線，將其于Qi無(wú)線接收器整合，解決了傳統(tǒng)無(wú)線充電手機(jī)殼無(wú)法進(jìn)行有線充電的問(wèn)題，也大大降低了人們?cè)诎稳o(wú)線接收器和電源線所造成的斷線斷模塊的問(wèn)題。

將發(fā)射電路中電容進(jìn)行處理，將50Hz頻率的電流轉(zhuǎn)化為特定頻率，在接收線圈中同樣具有該轉(zhuǎn)換頻率的電容處理，將發(fā)射線圈和接收線圈的電流頻率進(jìn)行一致化處理，當(dāng)兩個(gè)線圈靠在一起的時(shí)候，只有兩個(gè)線圈中的電流交換頻率達(dá)到一致的時(shí)候，發(fā)射線圈才會(huì)大功率輸送交流電，接收線圈也同樣處理才能以大功率進(jìn)行電流能量接收。

（1）Qi技術(shù)。Qi是全球首個(gè)推動(dòng)無(wú)線充電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化組織——無(wú)線充電聯(lián)盟推出的“無(wú)線充電”標(biāo)準(zhǔn)，具備便捷性和通用性兩大特征，手機(jī)、相機(jī)、電腦等產(chǎn)品都可以用Qi無(wú)線充電器充電，為無(wú)線充電的大規(guī)模應(yīng)用提供可能[7-8]。

（2）ZBrush的手機(jī)外殼設(shè)計(jì)。基于ZBrush的三維設(shè)計(jì)和基于Arduino和步進(jìn)電機(jī)對(duì)所需模型的設(shè)計(jì)和3D打印，能夠根據(jù)所需打印出模具，節(jié)約成本和時(shí)間，也更具創(chuàng)意。通過(guò)測(cè)量，發(fā)射模塊輸出功率最大為10W。通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)量，在保證接收線圈發(fā)熱量較小的情況下，接收線圈與發(fā)射線圈之間的距離為1～3mm。通過(guò)測(cè)量計(jì)算，此次產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)所采用MI-4C手機(jī)外模型體積為：128mm×67mm×9mm，micro接口長(zhǎng)度為6mm，為了滿足拓寬接口和無(wú)限接收端嵌合的需求，設(shè)計(jì)出該無(wú)線充電手機(jī)殼的模型

2 ?機(jī)殼的3D打印設(shè)計(jì)

該產(chǎn)品使用三角洲打印機(jī)打印符合產(chǎn)品要求的機(jī)殼，打印機(jī)通過(guò)讀取文件中的橫截面信息，用打印材料將這些截面逐層打印，同時(shí)把各層聯(lián)合在一起形成手機(jī)外殼。考慮到材質(zhì)特殊性和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，設(shè)置如下參數(shù)。

層厚：1.15mm，壁厚：1.2mm，底層/頂層厚度：0.4mm，填充密度：20%，打印速度：50mm/s，打印溫度：210℃，熱床溫度50℃，打印材料直徑：1.75mm，流量設(shè)置為100%。通過(guò)56min的打印，打印出來(lái)的手機(jī)外殼尺寸為：長(zhǎng)：147mm，寬：74.5mm，厚度：13.0mm。

3 ?結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)市場(chǎng)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上暫時(shí)沒(méi)有對(duì)無(wú)線產(chǎn)品家用如對(duì)學(xué)生使用的USB風(fēng)扇進(jìn)行無(wú)線處理，也沒(méi)有對(duì)傳統(tǒng)手機(jī)殼進(jìn)行Qi無(wú)線處理，同時(shí)也無(wú)對(duì)無(wú)線充電手機(jī)殼進(jìn)行micro接口開(kāi)發(fā)。通過(guò)開(kāi)發(fā)基于Qi技術(shù)的無(wú)線家用供電套裝，在產(chǎn)品創(chuàng)新的同時(shí)，考慮到安全性、實(shí)用性、便捷性，該產(chǎn)品在未來(lái)的無(wú)線家電市場(chǎng)有較好的發(fā)展前景，使生活更加的安全、便捷。

參考文獻(xiàn)

[1] 袁悅，薛文婷.基于Qi標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線充電專利技術(shù)綜述[J].中國(guó)科技信息，2019（Z1）：20-21.

[3] 許紅霞，付益超.無(wú)線充電技術(shù)的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（12）：112.

[2] 姜聞.共享無(wú)線手機(jī)充電器設(shè)計(jì)方案[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（10）：98.

[4] 王西平.電磁感應(yīng)技術(shù)在手機(jī)無(wú)線充電中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（19）：112.

[5] 陳躍鴻，林桂江.解決Qi標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于手機(jī)無(wú)線充電斷充的方法[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（3）：115-117.

[6] 于思博.手機(jī)無(wú)線充電器的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（8）：97.

[7] 周路菡.無(wú)線充電技術(shù)：機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J].新經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017（10）：70-74.

[8] 葉先萬(wàn)，蔣碧波，李躍偉.一種智能無(wú)線充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2018，26（6）：239-243.