陳中瑾

摘 要：本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是一款以MSP430單片機(jī)作為控制器的無(wú)線傳能充電器，主要由能量發(fā)送單元和能量接收單元組成。本系統(tǒng)采用MSP430低功耗單片機(jī)，顯示充電電壓當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前充電時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)30秒以內(nèi)的快速充電時(shí)，可在6cm的距離以內(nèi)對(duì)電池進(jìn)行無(wú)線充電的功能。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳能；低功耗；MSP430

中圖分類號(hào)：TM910.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）16-0093-02

Abstract： This system designs a wireless energy transmission charger based on MSP430 MCU， which is mainly composed of energy transmitting unit and energy receiving unit. The system uses MSP430 low power single-chip microcomputer to display the current state of charging voltage and current charging time， and realize the function of wireless charging the battery within 30 seconds of rapid charging， within the distance of 6cm.

Keywords： wireless power transmission； low power consumption； MSP430

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

如圖1所示，本系統(tǒng)以MSP430單片機(jī)作控制器，主要由能量發(fā)送單元和能量接收單元組成。能量發(fā)送單元主要包括電源電路、功率放大電路、頻率震蕩電路和發(fā)送線圈；能量接收單元主要有單片機(jī)控制電路、充電電路和接收線圈。

能量發(fā)射單元采用20V/50Hz交流和24V直流兩種電源供電，經(jīng)電源模塊輸出的直流電通過(guò)2MHz的有源晶振為功率放大電路的場(chǎng)效應(yīng)管輸入一個(gè)激勵(lì)信號(hào)，再經(jīng)初級(jí)線圈和電容組成的并聯(lián)諧振回路起振后，經(jīng)初級(jí)電感耦合線圈發(fā)射出去；接收單元再通過(guò)次級(jí)電感耦合線圈將輸出的高頻交流電壓經(jīng)快速二極管全波整流、穩(wěn)壓后變成所需的直流電，再通過(guò)充電方式的選擇來(lái)控制電池的快充和慢充，最后通過(guò)MSP430單片機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)電池兩端的電壓，并在液晶屏上實(shí)時(shí)顯示其充電電壓、充電時(shí)間以及充電進(jìn)度條。當(dāng)充電電壓大于3V時(shí)，MSP430單片機(jī)發(fā)出指令進(jìn)行自動(dòng)斷電控制。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 電源切換電路設(shè)計(jì)

交直流電源切換采用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其設(shè)計(jì)電路圖如下圖2所示：

此電路的工作原理如下：220V/50HZ的交流電通過(guò)整流橋，把它變成20V/50HZ的交流電。交流接通時(shí)，繼電器線圈得電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了交流優(yōu)先；交流斷電時(shí)，繼電器斷電，常閉閉合，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)切換。在切換時(shí)，時(shí)間很短，C2可提供一定時(shí)間的電量，可以實(shí)現(xiàn)不間斷電源切換，不影響充電。

2.2 發(fā)射電路設(shè)計(jì)

發(fā)射電路由震蕩電路和功率放大電路組成。220V的交流電，通過(guò)整流、濾波后，再通過(guò) LM7812、LM7805輸出一個(gè)+5V的電壓。電路原理圖如圖3所示。

2.3 諧振電路設(shè)計(jì)

為了使能量接收單元獲取更大的電壓，使之能夠在更遠(yuǎn)的距離工作，能量發(fā)送和接收單元同時(shí)采用LC并聯(lián)諧振回路，如圖4所示。

2.4 充電電路設(shè)計(jì)

電能通過(guò)線圈接收后，高頻交流電壓經(jīng)全波整流，3300uF的電容濾波，再經(jīng)過(guò)5.1V的穩(wěn)壓管進(jìn)行穩(wěn)壓，輸出直流電為充電器提供較為穩(wěn)定的工作電壓。其電路原理圖如圖5所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的接收端采用低功耗的MSP430單片機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)電池兩端的充電電壓，當(dāng)充電電壓大于3V時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令進(jìn)行自動(dòng)斷電控制，并在LCD上顯示充電指示，主程序的流程圖如圖6所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：（1）20V/50HZ交流供電和24V直流供電，交直流自動(dòng)切換，交流優(yōu)先；（2）無(wú)線充電設(shè)計(jì)了兩種充電方式，慢充和快充。慢充時(shí)間控制在100s-140s以內(nèi)，快充時(shí)間控制在30s以內(nèi)；（3）線圈距離范圍在2.5cm-6cm，一般無(wú)線傳能線圈距離設(shè)計(jì)在4cm-5cm以內(nèi)，本設(shè)計(jì)在距離上有一定的突破。

參考文獻(xiàn)：

[1]婁貴鑫.無(wú)線傳能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].天津：天津工業(yè)大學(xué)，2017.

[2]楊源.電磁能量無(wú)線近場(chǎng)傳輸?shù)难芯縖D].四川：電子科技大學(xué)，2017.

[3]李敏.無(wú)線傳能充電器設(shè)計(jì)[J].黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009： 44-45.

[4]伍瑤，李東旭，肖麗莎，等.基于PIC單片機(jī)的太陽(yáng)能充電器設(shè)計(jì)研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（15）：30.

[5]姚磊，梁春美.基于單片機(jī)的多能源手機(jī)充電器設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（13）：78.