摘 要：電動(dòng)汽車如今成為整個(gè)汽車行業(yè)關(guān)注的對(duì)象。隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)式電動(dòng)汽車充電方式的一系列問題都被暴露出來，阻礙了電動(dòng)汽車市場(chǎng)快速發(fā)展。隨著無線充電傳輸技術(shù)被引入電動(dòng)汽車充電領(lǐng)域，尤其是自動(dòng)泊車和自動(dòng)駕駛的技術(shù)逐漸成熟，人們對(duì)無線充電的需求也越來越強(qiáng)烈。文章提出了一種基于Ti-MSP430的無線充電小車設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：MSP-EXP430F5529LP;無線充電;電動(dòng)小車

1 設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)以MSP-EXP430F5529LP為核心，利用電磁感應(yīng)原理，線圈與發(fā)射線圈配合對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充電并為MSP430供電，并通過DC-DC升壓模塊得到穩(wěn)定電壓為驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。將充電小車放置在發(fā)射線圈上，自動(dòng)充電一分鐘，充電完成后能自啟動(dòng)并完成相應(yīng)功能。本設(shè)計(jì)把能夠?qū)崿F(xiàn)無線充電并能自動(dòng)識(shí)別充電時(shí)間的車模和控制器看作一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由單片機(jī)、無線充電、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和法拉電容蓄電4個(gè)部分組成。其中，5 V/1 A的直流電源為無線發(fā)射端提供電源，使用TI無線充電發(fā)射模塊（BQ500211）和接收模塊（BQ51013A）進(jìn)行無線充電。使用BOOST結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路，使法拉電容輸入輸出穩(wěn)定的電壓，以延長(zhǎng)其使用壽命，再由驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)框架如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 主控電路的設(shè)計(jì)

由于賽題要求只能選用TI公司的處理器作為主控，在綜合了幾款TI的處理器后，結(jié)合本組的知識(shí)儲(chǔ)備，選用TI MSP430芯片。控制原理如圖2所示。

2.2 單元電路的設(shè)計(jì)

2.2.1 無線充電發(fā)射接收模塊

TI公司提供了一種無線電源發(fā)射器和接收器的控制芯片，可支持WPC聯(lián)盟Qi協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)采用了TI的一款BQ500211新型發(fā)射器控制芯片，同時(shí)該芯片也符合Qi標(biāo)準(zhǔn)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)基站和移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行智能化控制[1]。另一塊為BQ51013A的集成性接收器控制芯片，由低壓降穩(wěn)壓器、低阻抗全同步整流器、電壓和電流環(huán)路組成，整個(gè)功耗保持了高效率和低功耗耗散，為相應(yīng)設(shè)備提供了穩(wěn)定的DC輸出和具有穩(wěn)定性的控制反饋[2]。

BQ51013A接收器控制芯片能夠便攜地應(yīng)用在無線電源傳輸?shù)募尚透呓邮掌鱅C，該芯片不僅能夠提供AC/DC電源轉(zhuǎn)換，而且還具有Qiv1.0通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字控制功能。BQ5101X與BQ500210發(fā)送器控制器相結(jié)合，能夠?yàn)闊o線充電方案提供相對(duì)完整的非接觸式電力傳感系統(tǒng)。

2.2.2 充電電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)依據(jù)賽題的要求，采用電容器作為系統(tǒng)的儲(chǔ)能和供電電路，依據(jù)體積、重量、充電時(shí)間等因素，可選擇以下兩種。

第一種：選擇2.7 V/25 F的法拉電容，該電容體積、質(zhì)量小，但蓄電量大。

第二種：選擇2.7 V/500 F的超級(jí)電容，該電容體積大，質(zhì)量大，蓄電量也大。

在該小車設(shè)計(jì)中，由于只需要充電1 min，通過計(jì)算和試驗(yàn)比較，發(fā)現(xiàn)第一種電容容量更合適，且質(zhì)量?jī)r(jià)格適中。第二種容量、質(zhì)量過大，且價(jià)格高，太耗費(fèi)電量。故選擇第一種。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用兩個(gè)25 F的法拉電容串聯(lián)，搭建了儲(chǔ)能充電電路。

2.2.3 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)

由于無線接收線圈（BQ51013A）負(fù)載后輸出不穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)采用了BOOST升壓穩(wěn)壓模塊，該模塊支持大功率，輸入電流最大可到15 A，輸出電流4 A，輸入3.7 V時(shí)，輸出功率可到45 W;輸入12 V時(shí)，輸出功率可達(dá)80 W。同時(shí)該模塊輸出波紋為雙極濾波、低紋波輸出，此電路連接在充電法拉電容后端[3]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)充電穩(wěn)壓處理器工作后，首先要完成系統(tǒng)的初始化，其中，包括時(shí)鐘的設(shè)置、IO口的設(shè)置、定時(shí)器的配置等，主程序流程如圖3所示。

3.2 尋跡程序設(shè)計(jì)

執(zhí)行尋跡功能，執(zhí)行過程中，通過采集兩組左右兩邊的光電傳感器的高低電平，進(jìn)而控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換速率。

3.3 充電定時(shí)程序設(shè)計(jì)

定時(shí)器主要完成充電時(shí)間的設(shè)置，本系統(tǒng)首先打開定時(shí)器1進(jìn)行定時(shí)60 s，同時(shí)斷開電機(jī)驅(qū)動(dòng)，定時(shí)達(dá)到60 s后，主控打開電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行工作，執(zhí)行尋跡功能。

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1 測(cè)試儀器及測(cè)試方法

電源適配器為賽道無線線圈提供5 V/1 A。無線充電線圈跑道為小車發(fā)射電感。

4.2 測(cè)試過程及結(jié)果分析

在調(diào)試好硬件之后，把軟件下載到系統(tǒng)進(jìn)行充電時(shí)間檢測(cè)，存在計(jì)時(shí)不準(zhǔn)確、不計(jì)時(shí)的現(xiàn)象。改進(jìn)計(jì)時(shí)的方法，將定時(shí)器計(jì)時(shí)的誤差盡量減小到每分鐘差零點(diǎn)幾秒。對(duì)于小車充電不計(jì)時(shí)這一問題，對(duì)無線充電模塊的對(duì)接的準(zhǔn)確度進(jìn)行了校準(zhǔn)，保證小車一處于充電的狀態(tài)下就開始進(jìn)行計(jì)時(shí)。當(dāng)實(shí)現(xiàn)小車充電檢測(cè)自檢功能后，根據(jù)要求會(huì)在充電1 min后自動(dòng)啟動(dòng)行駛。在完成后，本設(shè)計(jì)改進(jìn)了小車啟動(dòng)模式，不僅可以自動(dòng)啟動(dòng)，也可以手動(dòng)啟動(dòng)。結(jié)果表明，小車能很好地完成充電一分鐘后自動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)行路程大于1 m，即使路面發(fā)生改變也不影響。

5 結(jié)語

本設(shè)計(jì)對(duì)目前電動(dòng)小車無線充電系統(tǒng)中普遍存在負(fù)載發(fā)生變化和互感的情況，分別從控制方式、電路拓?fù)浜痛艂鬏敳考确矫妫槍?duì)現(xiàn)有無線充電系統(tǒng)進(jìn)行理論分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，使該控制系統(tǒng)能夠應(yīng)對(duì)負(fù)載變化，增強(qiáng)了互感能力，也從中得到了可以應(yīng)用到工程實(shí)踐中的方法。

作者簡(jiǎn)介：陳威（1998— ），男，重慶人，本科生;研究方向：物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]胥佳琦.電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無線供電的N型磁耦合機(jī)構(gòu)電磁兼容研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2017.

[2]戴欣，孫躍.單軌行車新型供電方式及相關(guān)技術(shù)分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003（1）：50-53.

[3]翟淵，孫躍，戴欣，等.磁共振模式無線電能傳輸系統(tǒng)建模與分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012（12）：155-160.

Design and realization of wireless charging vehicle based onTi-MSP430

Chen Wei

（School of Mathematics and Computer Science， Northwest Minzu University， Lanzhou 730000， China）

Abstract：Electric vehicles are increasingly the focus of the entire auto industry.With the rapid development of electric vehicle technology， a series of problems of traditional electric vehicle charging methods have been exposed， hindering the rapid development of electric vehicle market.Therefore， wireless charging transmission technology has been introduced into the field of electric vehicle charging. In particular， the technology of automatic parking and automatic driving is gradually mature， and peoples demand for wireless charging is increasingly strong.

Key words：MSP-EXP430F5529LP; wireless charging; electric car