项目编号：BS-DPJ-001
前言：
无线电能传输技术是一种新的能量传输技术，其主要功能是共振耦合的无线电能传输，其传输效率高，适合中等传输距离，基于磁场与共振耦合原理，可有效地将电能传输至负荷，从而解决了传统电力传输模式存在的诸多弊端。本论文以单片机为核心，利用无线充电线圈的电磁感应原理，对移动电话进行充电。首先，在参考国内外有关资料的基础上，对整个无线充电设备的总体设计进行了研究，确定了各模块的功能，并对其进行了硬件电路的设计和构建。在此基础上，编写了单片机的控制软件，完成了各部分的控制，并完成了实际的焊接和试验，并完成了以单片机为核心的无线充电设备的系统设计。
一，项目简介
在低功耗的情况下，无线充电技术仍能发挥其优势。首先，这是为了适应现代人的生活，为了方便，很多便携的手机，都要时不时地与手机进行充电，这就导致了插座和电线的存在，很难做到防水。其次，随着电力的不断增长，人们对环境的影响也越来越大，无线无接触充电技术是一种非常好的解决方案，它为实现可持续发展奠定了基础。随着时代的发展，无线充电器的设计是一种全新的技术，其应用范围非常广泛，本文所研制的以 MCU为核心的无线充电器，其性能稳定、电路简单、实用，使充电器的功能得到了极大的提高，为人们的日常生活带来了极大的便利。
二，方案设计
2.1 无线充电系统的原理介绍
不管无线充电技术的差异有多大，其背后的理论就是所谓的“电磁感应”，即通过改变的电场产生改变的磁场，然后通过改变的磁场来产生电场，从而产生电能。一根带电的电线所产生的磁场与电流的方向是垂直的，一般很弱，但当电线被缠绕成一个环形或螺旋状时，磁场就会在同一方向上叠加，形成一个更强大的磁场。实际上，无线充电的原理和我们日常使用的变压器很像，都是通过一个线圈里的电流来驱动另外一个线圈。但是，与变压器通过铁心进行磁场传输的方法不同，无线充电装置中的感应线圈是经过特殊调节的，利用空气作为媒介来传导磁场，产生一种感应电流。同时，为了保证两个线圈的谐振频率，必须保证两个线圈的谐振频率相同，即使输出线圈的电流很低，也能在一定程度上产生较大的感应电流。就其技术原理和解决方法而言，现有无线充电技术有三大类：电磁感应、磁共振、无线电波等。这些技术可用于短距离、短距离和远距离传输。
不同的无线充电模式具有不同的特性，具体的对比见表2-1。
表2-1 各种无线充电方式的特点
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2.1.1 电磁感应式原理
目前，最常用的充电方法是电磁感应。在法拉第电磁感应的作用下，电流在经过线圈的时候，就会形成一个磁场。而产生的磁场就是一个电压，一个电流就是一个电流，一个电流就是一个能量。一次绕组和二组绕组感应电流，把能量从传送端传送到接收端。通过线圈的电流可以形成一个磁场。在这个磁场附近，没有被电的线圈会产生电流。由"电磁感应"这一物理现象，能量可以从左侧的发能线圈传送到右侧的受能线圈。
WPC是以这种方式来完成能源转换的，目前主要针对5 W以下的低功耗应用，同时也在努力制订高功率产品的标准。该装置可以在一个平面内对多个电子设备进行充电，其发射端与被充电产品的接收端之间的距离比较接近。这个方案在实践中已经有了很多的应用实例，但是仍然缺少一个主要的厂家来引领，现在很多厂家都在蠢蠢欲动，不久的将来会有一个巨大的需求。
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图2-2 电磁感应方式无线充电实现原理
2.1.2 磁共振式原理
MRI方法是在2007年通过美国麻省理工大学的物理学家马林·索尔贾希克进行的。核磁共振方法的工作原理和声波的共振原理是一样的。每个音叉的振动频率都是一样的，一个发出声音，其它的都会发出共鸣。类似地，在一个磁场中，具有相同的振动频率的线圈可以从一方提供电力。通过谐振也可以增加传送距离。电磁感应的最大功率范围是1-10厘米，而磁感应模式，如果线圈足够大，可以在几米开外提供电力。此外，核磁共振方法与电磁感应法不同，它不需要将线圈之间的位置进行精确的匹配。
谐振无线充电，它与智能设备的谐振线圈具有相同的频率，可以通过谐振来充电，所以即使智能手机不接触充电板，也可以进行充电。
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图2-3 磁共振方式无线充电实现原理
2.1.3 无线电波式原理
无线电波是另外一项比较成熟的技术，它的基本原理与早期的矿物收音机相似。该公司开发了一种小型的高效率的接收电路，它能够捕捉到从墙上反射回来的电波，并随着负荷的变化而维持恒定的 DC电压。只要一个装在墙上的插座上的发射机和"蚊型"的接收机，就能把无线电波转换为直流电来给各种电子设备的电池充电。此方案的主要缺陷在于发射功率过小。
2.2 总体方案分析
2.2.1 原理模型分析
本课题所应用的电磁感应原理，在对无线充电系统进行理论分析与计算时，不需要包含振荡电路这一环节，故可将其分为发射与接收两大块。
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图2-4 本系统的无线充电原理
2.2.2 系统的设计要求
该方案主要采用整流滤波，降压电路，功放电路，和线圈等方式将220 V交流市电进行能量传输，最后输出功率为5 V，最大输出电流不大于500 mA，输出频率为87~205 kHz，输出电压波动不大于10%。
2.2.3 系统原理分析
无线充电底座（发射端绕组），其主要由振荡电路、降压电路、功放电路及 EMT发射线圈构成，220V市电经功率放大电路的控制，将市电转换为合适的AC电数值，并对交流电进行整流、过滤，使其频率提高后传输至发送线圈，在发送线圈内部，由于交流电流过，在此传输线圈中形成交流磁场，在此交流磁场中，接收端线圈发生电磁感应，由此产生电流。在接收端，通过充电回路把感应到的 AC电转化成 DC，再通过输出端的负载，实现无线充电。图2-5显示了无线电力传送系统的基本原理。
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图2-5 无线电能传输系统原理图
2.3 方案设计
该方案包括：单片机最小系统+ADC0832+无线充电线圈+ USB输出+ LCD+电源。
1)、无线移动电话的充电：利用无线充电线圈的电磁感应原理，对移动电话进行充电。
2) LCD显示功能：对当前的电压、电流进行实时显示。
3)采用ADC0832ADC0832模拟转换器，对手机充电时的充电电压和电流进行采集，由 MCU进行数据处理后，将电压和电流显示在 LCD屏幕上。
四，代码设计与系统展示
主程序设计
#include"LCD1602.h" //添加LCD1602头文件//#include "eepom52.h"//#include"adc0832.h"//添加ADC0832头文件sbit LED = P1^3; //蜂鸣器驱动端口==P1^2/************************************************** 函数名称 ： void main(void)** 函数功能 ： 主函数** 输 入 ： 无** 输 出 ： 无** 说 明 ：************************************************/void main(void){ uint adc_val=0; uchar disp1[16]={" OUT-V: . v "};//显示数组 uchar disp2[16]={" OUT-A: . ma "};//显示数组 LCD_Init();//lcd初始化 //byte_read(0x2000);//读取报警数据 while(1) { WriteChar(1,0,16,disp1); //在第二行显示 WriteChar(2,0,16,disp2); //在第二行显示 adc_val=adc0832(1)*100/256;//读取电压值 disp1[9]=adc_val/10+0x30; disp1[11]=adc_val%10+0x30; adc_val=adc0832(0)*750/256;//读取电流值 adc_val*=10; disp2[8]=adc_val/1000+0x30; disp2[9]=adc_val/100%10+0x30; disp2[10]=adc_val/10%10+0x30; disp2[12]=adc_val%10+0x30; if(adc_val>100)LED=0; else LED=1; }}
#ifndef __LCD1602_H__#define __LCD1602_H__#include"delay.h" //添加延时函数头文件#define LCD_PINDATA P0 //数据端口定义 sbit RS = P1^4; //RS sbit RW = P1^5; //RW sbit E = P1^6; //E /************************************************** 函数名称 ： WriteCOMDATA(uchar LCD_DATA,uchar N)** 函数功能 ： LCD1602写指令、数据函数** 输 入 ： LCD_DATA:指令或者数据 N：指令方式还是数据方式 N=0时，LCD_DATA为指令，N=1时，LCD_DATA为数据** 输 出 ： 无** 说 明 ： ************************************************/void WriteCOMDATA(uchar LCD_DATA,uchar N){ Delay(10); E=1; RW=0; RS=N; LCD_PINDATA=LCD_DATA; E=0;}/************************************************** 函数名称 ： void LCD_init(void)** 函数功能 ： LCD1602初始化操作** 输 入 ： 无** 输 出 ： 无** 说 明 ：************************************************/void LCD_Init(void){ WriteCOMDATA(0x01,0); Delay(500); WriteCOMDATA(0x38,0); Delay(10); WriteCOMDATA(0x06,0); Delay(10); WriteCOMDATA(0x0c,0); Delay(10);}/************************************************** 函数名称 ：void WriteChar(uchar Row,uchar Col,uchar Num,uchar *pBuffer)** 函数功能 ：在任意位置写指定个字符** 输 入 ：Row : 要写的字符所在的行，只能为1或2； Col : 要写的字符所在的列，只能为0---15 Num : 要写字符的个数 pbuffer : 要写字符的首地址** 输 出 ：无** 说 明 ：************************************************/void WriteChar(uchar Row,uchar Col,uchar Num,uchar *pBuffer){ uchar i; if(Row==1)Row=0x80+Col; else Row=0xC0+Col; WriteCOMDATA(Row,0); for(i=Num;i!=0;i--) { WriteCOMDATA(*pBuffer,1); pBuffer++; }}#endif
实物展示
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五，项目总结
近年来，国内外有关无线充电技术的研究与探讨，包括微距、短程无线充电。收音机已经渗透到了世界的每个角落，它已经与通讯系统融为一体，从最初的收音机和电报，发展到如今科技高度发达的高科技卫星、微波通讯，已经彻底改变了人类的生活和生产。但是，无线通讯只能传递很少的讯息，而且距离愈远，装置所需的能源消耗愈大，所能接受的能量也就愈少。
本论文以单片机为核心，利用无线充电线圈的电磁感应原理，对移动电话进行充电。首先，在参考国内外有关资料的基础上，对无线充电设备的总体设计进行了研究，并对其功能进行了初步的分析，并对其进行了硬件设计。最后通过实际的焊接和试验，完成了以单片机核心的无线充电设备的系统设计。通过实际的系统试验，该设计实现了以下几个功能：
1)实现了对移动电话进行充电：利用无线充电线圈的电磁感应原理，对移动电话进行充电。
2) LCD显示屏上的数据显示：显示当前的电压、电流等。
3)实现了利用ADC0832ADC0832模拟转换器对手机充电时的充电电压和电流进行采集，由单片机进行数据处理后，将电压和电流显示在 LCD屏幕上。
虽然无线的使用效果不如有线充电，但是它的新颖和简洁，仍然引起了很多厂商的关注，公司的投入。正是这个巨大的驱使，许多学者开始研究移动电话的无线充电，推动移动电话的无线充电技术。当前发展起来的移动无线充电装置，基于电磁感应，基于发射与接收。端子总成的线圈是用来供电的。线圈大小、放置位置等都会对系统的能量传输产生影响。所以，在未来的工作中，如何提高线圈的定位精度，提高手机的弹性，都是将来要做的工作。
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