51單片機的無線供電模塊設計

2020-11-26 電子發燒友

51單片機的無線供電模塊設計

發表於 2019-04-22 15:01:04

1引言

無線供電是一種方便、安全的供電裝置，之間不需要任何物理連接，當發送端產生的振蕩磁場頻率和接收端的固有頻率相同時，接收端就產生共振，從而實現了能量的傳輸。現在已經用於一些小的家電中，也許在不久的將來將用於室內供電和城市的供電，徹底代替電線，應用前景廣泛。本文主要闡述近距離無線供電，具有低功耗、安全等特點，通過單片機檢測［1］更好的增加了它的可靠性。

2系統方案設計

無線供電演示裝置的設計製作。該電路由電源發射電路、接收電路、檢測顯示電路三部分組成［2］。

2.1方案論證與選擇

方案1：震蕩電路

發射電路用NE555產生可以調節頻率的對稱方波，接L298放大和恆流源模塊產生電壓12v、頻率20MHz的方波信號作為發射部分。接收部分由大電感線圈與整流肖特基二極體構成。檢測部分由STC89c51控制AD tcl2543採集電壓電流信號［3］。

此方案電路結構簡單元件較少，易於控制，成本低。

方案2： 斬波電路

發射電路利用IGBT對直流電源逆變，進行斬波控制，產生交流信號作為發射信號。接收部分同方案1，檢測部分主要是AD晶片選用MAX197。

此方案機構簡單，但是IGBT的開關頻率難於控制，且IGBT價格不合適。

比較上述方案，震蕩電路結構簡單易於實現，檢測部分AD晶片價格合適，整個電路容易實現，所以選擇方案1。系統整體框圖見圖1。

圖 1 系統整體框圖

2.2整體電路設計

（1）發射電路

用NE555產生可以調節頻率的對稱方波，接L298放大和恆流源模塊產生電壓12v、頻率20MHZ的方波信號作為震蕩部分， 主要是產生高頻。

（2）功率輸出電路

由於輸出驅動信號電壓、電流、頻率較大，需要一定輸出功率驅動線圈，因此，最後需要功率輸出電路。可以採用分立大功率電晶體搭建輸出電路，也可以使用電機驅動橋式電路集成模塊。選擇時需要注意電路的頻率響應應該大於20kHz，輸出功率大於2W。

（3）電流控制

電流控制電路控制輸出電流在 100mA左右穩定，不隨著電源的變化而發生波動。恆流輸出控制不需要特別的精確。一般要求不高的情況下，可以使用限流電阻控制電流的穩定。

圖 2 震蕩電路及發射部分電路

（4）電源

電源部分電路見圖3。

圖 3 電源電路部分電路

（5）接收電路

接收部分由大電感線圈、整流肖特基二極體構成。

圖 4 接收部分電路

（6）檢測電路及單片機選擇

STC89C51和12的AD晶片TCL2543功能滿足要求價格便宜。顯示部分用1602顯示檢測的電壓和電流。

圖 5 控制檢測顯示部分電路

3硬體電路的製作及元件選取

3.1電源的選取

輸入直流電壓高於所充電池電壓8伏即可。如圖3中R1、Q1、W1、TL431組成精密可調穩壓電路，Q2、W2、R2構成可調恆流電路，Q3、R3、R4、R5、LED為充電指示電路。隨著被充電池電壓的上升，充電電流將逐漸減小，待電池充滿後R4上的壓降將降低，從而使Q3截止，LED將熄滅。為保證電池能夠充足，在指示燈熄滅後繼續充（1—2）h。使用時給Q2、Q3裝上合適的散熱器。本電路的優點：製作簡單，元器件易購，充電安全，顯示直觀，並且不會損壞電池。通過改變W1可以對多節串聯鋰電池充電，改變W2可以對充電電流進行大範圍調節。缺點是無過電流放電控制電路。

3.2發射電路元件的選取

（1）震蕩電路選取NE555、L298 構成，因為NE555最大能成生500MHE，經過L298的放大作用足以產生我們需要的功率。

F =1.44/（R1+RP1）C2 （1）

依照上式可以控制555晶片的頻率。

（2）發射電路中的耦合線圈

發射線圈的製作：在直徑40mm的圓環上繞20圈，（25~30）μH（電感量小時接收輸出電流大，電感量大時接收輸出電流稍小）。發射模塊工作電流隨接收負載電流的大小自動增減。

3.3接收電路元件的選取

（1） 接收線圈的製作

接收線圈選用發射線圈同樣大小匝數繞制，在確定距離後調整線圈的匝數至接收電壓稍高於負載為佳。接收線圈輸出的是高頻交流電壓，可以直接給小燈泡供電，給其它電器供電，必須經過開關穩壓模塊輸出直流5V工作電壓。如果小電流工作，可適當增加接收線圈匝數來增加傳送距離。

（2） 整流肖特基二極體構成接收回路的整流電路，接一個發光二極體當作接收回路的指示燈。

4系統軟體設計流程

系統程序流程如圖6所示。

圖 6 系統流程圖

用C語言編寫程序，方便簡潔易於修改，控制簡單［4］。

5結語

本文設計了一個基於51單片機的無線供電模塊，此模塊具有傳輸效率高的特點，可作為小型短距離控制器的供點系統應用，製作簡單，實用性強，在電子行業有廣闊的應用前景。

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