尹序臻，吳明煌，陳方斯，林佳萍

（廈門理工學(xué)院電氣工程與自動化學(xué)院，福建 廈門 361024）

1 引言

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，智能手機、平板電腦等一些電子產(chǎn)品在不斷地更新?lián)Q代，但是，相應(yīng)電子產(chǎn)品的電池電量有限，各種電子產(chǎn)品有線充電接頭不兼容又給人們的使用帶來了不便。無線充電具有使用方便、造型美觀等優(yōu)點，因而受到人們廣泛的關(guān)注，但是市面上現(xiàn)有的無線充電產(chǎn)品主要給單個便攜式電子設(shè)備進行充電。相對于市面上的無線充電產(chǎn)品，本設(shè)計可實現(xiàn)對多臺手機同時充電，避免了凌亂充電線的困擾；同時充電有效區(qū)域更大，讓手機充電擺放位置不受限制；此外本設(shè)計具有嵌入桌面的功能，方便且美觀。兼容性決定手機無線充電技術(shù)的發(fā)展前景，Qi協(xié)議無線充電標準旨在保證不同品牌間的兼容性，相配套的接收端使得無線充電不再受手機型號限制[1]。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。該裝置主要由51單片機、開關(guān)電源、應(yīng)變式壓力傳感器、電流傳感器和LED背光燈條組成。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

本設(shè)計的整體思路為：將接入的220V交流電壓通過變電器變壓整流輸出12V直流電壓為系統(tǒng)進行供電，各模塊間通過51單片機進行協(xié)調(diào)控制。

3 功能介紹

本設(shè)計具有以下3大功能：

⑴實現(xiàn)對4部手機進行無線充電：文章所提出的方法可根據(jù)需求擴展到更多手機的無線充電。

⑵識別手機并執(zhí)行充電操作：移開或電池充滿情況下自動進入待機狀態(tài)，從而降低功耗。

⑶實現(xiàn)過充、過流保護并顯示充電狀態(tài)：當(dāng)手機充滿后，關(guān)閉充電器的充電電路實現(xiàn)保護；如果用戶誤把金屬放置在充電面板上或手機電池損壞，關(guān)閉充電電路并發(fā)出警報；手機的充電狀態(tài)有相應(yīng)的指示燈閃爍提示用戶。

4 工作原理

目前，利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)電能的無線傳輸主要分為3類：感應(yīng)耦合方式、電磁諧振方式和微波輻射方式[2]。本設(shè)計采用感應(yīng)耦合方式的電磁感應(yīng)原理，由電源管理模塊將220 V交流電通過變電器降壓整流輸出12 V的直流電用于驅(qū)動各模塊，使用MOS管對半橋逆變電路控制關(guān)斷，同時提高信號功率[3]。

無線充電發(fā)射端由5 V直流電壓供電，由51單片機產(chǎn)生PWM控制信號控制逆變電路的 MOS管的導(dǎo)通和截止，驅(qū)動芯片

TPS28225內(nèi)置14 ns的自適應(yīng)死區(qū)時間，使用逆變電路使得上下2個橋臂的MOS管不能同時導(dǎo)通。通過功率驅(qū)動電路將功率放大后傳送到高頻全橋逆變模塊，然后驅(qū)動發(fā)射線圈陣列。接收端接收電能后通過整流、濾波和電壓調(diào)節(jié)向負載端供電?；玖鞒倘鐖D2。

圖2 充電模塊基本流程

5 負載檢測

在手機識別方面是基于壓力檢測機制。本設(shè)計采用壓力傳感器YTC-133定時掃描的方式檢測重量變化，通過定時判斷重量變化差值判斷負載是否存在以及是否有新的手機存在，相對于使用負載檢測技術(shù)[4]，這種控制方法更簡單，且功耗更低。YTC-133采用16位的讀取儲存方式，單片機發(fā)送信號，YTC-133將檢測的數(shù)據(jù)通過自身的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換生成16位2進制數(shù)字量傳給單片機。充電器面板上內(nèi)置壓力傳感器，若有物體放在充電器面板上時，壓力傳感器產(chǎn)生信號，單片機檢測到信號后進行判斷，當(dāng)質(zhì)量大于150 g時輸出PWM到發(fā)射電路，進入充電模式。啟動4個發(fā)射電路，利用這個原理我們可以讓無線充電器不用時刻保持在工作狀態(tài)，從而達到節(jié)能減耗的目的。

圖3 負載檢測流程

6 過載保護

為了實現(xiàn)過充、過流保護，我們采用電流傳感器HTC-LTS。充電過程中單片機通過電流傳感器實時監(jiān)控電流變化。

當(dāng)4個發(fā)射電路啟動時通過電流傳感器掃描線圈以確定手機放置位置，即確定相對應(yīng)發(fā)射電路電流是否大于設(shè)定的閾值（1.2 A)，根據(jù)手機位置信息保留對應(yīng)的發(fā)射電路，給手機供電。當(dāng)手機充滿，電流傳感器檢測到發(fā)射電路電流減小，即發(fā)射電路電流小于設(shè)定閾值（1.2 A），則單片機關(guān)閉發(fā)射電路，停止供電進入待機模式。在過流保護方面，我們通過設(shè)定一個安全電流上限值，當(dāng)充電電流超過安全上限（1.5 A)，則停止充電。在充電過程中我們采用LED背光燈條顯示充電狀態(tài)，共有以下狀態(tài)：

⑴ 進行電路檢測時4個藍色呼吸燈點亮。

⑵ 檢測到充電線路時將當(dāng)前線路的紅色呼吸燈點亮，熄滅所有藍色呼吸燈。

⑶ 當(dāng)電流充滿時，點亮當(dāng)前線路的藍色呼吸燈。

這里通過一個按鈕控制綠色背光燈條是否工作，可根據(jù)用戶喜好進行選擇。

7 軟件流程

軟件設(shè)計如下圖4所示，當(dāng)壓力傳感器檢測到物體后，51單片機啟動所有發(fā)射電路。電流傳感器采集發(fā)射端電流值，首先判斷電流值是否超出安全上限，如果超過則代表手機損壞或誤放金屬類物體，單片機關(guān)閉所有發(fā)射電路。然后判斷電流值是否低于設(shè)定閾值，如果低于設(shè)定閾值則代表手機已經(jīng)充滿或是由于其他充電位的干擾而產(chǎn)生的干擾電流，單片機關(guān)閉相對應(yīng)的發(fā)射電路。具體的程序見附件。

圖4 軟件流程

8 結(jié)語

相對于市面上的無線充電產(chǎn)品，本設(shè)計可實現(xiàn)對多臺手機同時充電的功能，讓用戶再也不用被凌亂的充電線所困擾。充電有效區(qū)域更大，讓手機充電擺放位置不受限制。相配套的接收端使得無線充電不再受手機型號限制。此外，本裝置設(shè)計具有嵌入桌面的功能，方便且美觀。

附件

壓力傳感程序

#include ＜reg52.h＞

#include ＜intrins.h＞

//函數(shù)或者變量聲明

void Delay_ms(unsigned int n);

void Get_Weight();

unsigned long HX711_Read(void);

sbit HX711_DOUT=P2^1;

sbit HX711_SCK=P2^0;

unsigned long HX711_Buffer = 0;

unsigned long Weight_Maopi = 0;

long Weight_Shiwu = 0;

unsigned char flag = 0;

bit Flag_ERROR = 0;

sbit error= P1^0;

#define GapValue 400

void main()

{

Delay_ms(1000); //延時1s,等待

傳感器穩(wěn)定

Weight_Maopi = HX711_Read();

//稱初始重量

while(1)

{

Get_Weight(); //稱重

if(Flag_ERROR == 1)

{

error=0;

}

else

{

error=1;

}

}

}

void Get_Weight()

{

Weight_Shiwu = HX711_Read();

Weight_Shiwu = Weight_Shiwu -

Weight_Maopi; //獲取凈重

if(Weight_Shiwu ＞ 0)

{

Weight_Shiwu = (unsigned int)((float)Weight_Shiwu/GapValue);

//計算實物的實際重量

if(Weight_Shiwu ＞ 150)

//超重報警 MX5 170g

{

Flag_ERROR = 1;

}

else

{

Flag_ERROR = 0;

}

}

else

{

Weight_Shiwu = 0;

}

}

unsigned long HX711_Read(void)

//增益128

{

unsigned long count;

unsigned char i;

HX711_SCK=0;

count=0;

while(HX711_DOUT);

for(i=0;i＜24;i++)

{

HX711_SCK=1;

count=count＜＜1;

HX711_SCK=0;

if(HX711_DOUT)

count++;

}

HX711_SCK=1;

count=count^0x800000;

//第25個脈沖下降沿來時，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

HX711_SCK=0;

return(count);

}

void Delay_ms(unsigned int n)

//12M 1ms

{

unsigned int i,j;

for(i=0;i＜n;i++)

for(j=0;j＜123;j++);

}