【正文】 中，單片機(jī)根據(jù)程序，結(jié)合終端控制發(fā)送系統(tǒng)指令。無線電力傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)在于不受其他外界因素的太多干擾在任何地方都可以實(shí)現(xiàn)能量傳輸，當(dāng)然這是無線電力傳輸發(fā)展到一定階段所能呈現(xiàn)的現(xiàn)象；其次能去除電池、充電線等冗雜額物品，為設(shè)備的微型化提供了有利條件，有利于緩解各種用電設(shè)備的能量的大量的消耗帶來的能源短缺問題。當(dāng)人們可以在任何距離內(nèi)都廣泛實(shí)現(xiàn)無線供電的時(shí)，能量的應(yīng)用也將會(huì)變得唾手可得。我們可以把手持設(shè)備做得更小更薄，甚至可以容易地植入體內(nèi)。通過對(duì)交流信號(hào)的振蕩、分析、處理，然后輸出信號(hào)來使執(zhí)行部件進(jìn)行動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)無線能量傳輸，在距離發(fā)射線圈的指定范圍內(nèi)對(duì)小型用電器如手機(jī)、MP3等直接充電。通過理論分析和仿真證明，建立諧振耦合無線電能傳輸系統(tǒng)模型以及諧振耦合無線電能傳輸系統(tǒng)模型,通過計(jì)算得出了系統(tǒng)中電路參數(shù)與輸出功率的關(guān)系。本設(shè)計(jì)中基本功能實(shí)現(xiàn)如下：，為無線傳輸電能裝置提供穩(wěn)定可需的電流電壓，在距離發(fā)射線圈的指定范圍內(nèi)對(duì)小型用電器如手機(jī)、MP3等直接充電；、充電時(shí)間顯示；，設(shè)定電流電壓在正常范圍內(nèi)，充電指示燈顯示，充電時(shí)，紅燈亮，充滿時(shí)紅燈滅；,對(duì)于充電過程中，通過按鍵可以設(shè)置充電電流以滿足充電電池的充電需要。2) 按照結(jié)構(gòu)框圖，接收端最大充電電流值600mA，兩端電壓約為5V。4) 使用LCD1602設(shè)計(jì)顯示充電實(shí)時(shí)充電電壓顯示、充電時(shí)間顯示。 LED指示燈顯示狀態(tài)充電狀態(tài)LED指示燈充電裝置未接入全滅正在充電中紅燈亮，綠燈滅充電結(jié)束綠燈亮，紅燈滅充電出錯(cuò)紅綠燈交替閃爍方波發(fā)生器方案：1） 使用CD4011及其外圍電路構(gòu)成方波發(fā)生器 CD4011方波發(fā)生器2） 使用NE555及其外圍電路構(gòu)成占空比可調(diào)的方波發(fā)生器 NE555方波發(fā)生器前級(jí)驅(qū)動(dòng)方案：1） 使用S8550、S8050構(gòu)成的推挽驅(qū)動(dòng)電路 S8050驅(qū)動(dòng)電路2） 使用IR2104構(gòu)成的推挽驅(qū)動(dòng)電路 IR2104驅(qū)動(dòng)電路MOS管：1） IRF3205，2） CSD19531KCS，恒流源方案：1） 使用LM317構(gòu)成的簡(jiǎn)易恒流驅(qū)動(dòng)電路 LM317恒流驅(qū)動(dòng)電路2） STC12C5A60S2單片機(jī)控制的可控恒流源 STC12C5A60S2控制的可控恒流源 1）方波發(fā)生電路 在上述2種方波發(fā)生器方案中，使用CD4011構(gòu)成的方波發(fā)生電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，方波頻率=晶振頻率，既想改變方波頻率只能通過更換晶振來完成，且此方案中方波占空比為固定的50%，不足之處是現(xiàn)有晶振與LC諧振頻率可能不匹配、跟換晶振較為麻煩以及實(shí)際需求中占空比不一定為50%的情況。NE555構(gòu)成的方波發(fā)生器來說，具有頻率比較穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，使用更加方便，輸出的方波電壓幅度較高，能夠滿足整體電路的電壓需求。考慮到最大電流以及開關(guān)特性，采用推挽驅(qū)動(dòng)電路采用BD137/BD138方案。在保證效率的情況下，MOS管的選擇與LC諧振回路的等效電阻有關(guān)，使LC等效電阻等于mos管的內(nèi)阻，降低MOS管上熱散功耗，提高效率。 4）恒流源因本設(shè)計(jì)要求給用電設(shè)備進(jìn)行充電，故使用恒流源最佳，上述的2種方案中STC12C5A60S2控制的可控恒流源雖然有著精確可調(diào)的特點(diǎn)，但電路較為復(fù)雜。因此為了獲得較大的驅(qū)動(dòng)電流，采用STC12C5A60S2單片機(jī)控制的可控恒流源電路。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是利用線圈的耦合傳遞能量，保證電路的接收部分可以接收到足夠大的能量，提供給充電控制電路。設(shè)計(jì)采用NE555及其外圍構(gòu)成的方波發(fā)生電路通過調(diào)節(jié)精密可調(diào)電阻來調(diào)節(jié)方波頻率以及占空比，相比CD4011來說具有極大優(yōu)勢(shì)。因系統(tǒng)選擇頻率不高，頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，所以選擇NE555與RC構(gòu)成的振蕩電路。而使用場(chǎng)效應(yīng)管作為功放元件，功耗低于三極管，驅(qū)動(dòng)功率小，使用方便，故采用IRF630的型號(hào)MOS管。由于題目中提及驅(qū)動(dòng)LED燈，故使用恒流源最佳，恒流源使用LM317構(gòu)成的簡(jiǎn)易的恒流驅(qū)動(dòng)，特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)于使用51系列單片機(jī)控制的可控恒流源電路來僅僅驅(qū)動(dòng)LED顯示指示燈，更方便簡(jiǎn)潔，但是其精度不高，驅(qū)動(dòng)電流不太大。無線充電系統(tǒng)組成框圖如下： 無線充電系統(tǒng)組成框圖55 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)概述 單片機(jī)是一種集成的電路芯片，又被稱為微控制器（Mirocontroller Unit）,它是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器、A/D轉(zhuǎn)換器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通過其相應(yīng)的指令系統(tǒng)，以及集成電路應(yīng)用技術(shù)和其他設(shè)計(jì)所需的理論技術(shù)，設(shè)計(jì)特定的芯片應(yīng)用程序，在軟件的控制下準(zhǔn)確、快速、高效地完成程序設(shè)計(jì)事先規(guī)定的事物。微處理器的發(fā)展正朝著面向數(shù)據(jù)運(yùn)算、信息處理等功能的系統(tǒng)機(jī)的方向發(fā)展，具有微型化、簡(jiǎn)單易用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)深受廣泛應(yīng)用，滲透到人類生活中的各個(gè)領(lǐng)域。專用型單片機(jī)顧名思義是針對(duì)某些應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的，例如打印機(jī)控制器、錄音機(jī)機(jī)芯控制器等。 單片機(jī)STC12C5A60S2的介紹 STC12C5A60S2單片機(jī)是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等特點(diǎn)的新一代的8位8051單片機(jī)，其指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051系列單片機(jī),運(yùn)行速度是普通51系列單片機(jī)812倍，內(nèi)部有集成的MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換。 STC12C5A60S2的管腳圖各引腳功能簡(jiǎn)單介紹如下：：供電電壓；：接地；：P0口作為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。STC系列單片機(jī)內(nèi)部除了CPU、FPEROM ，RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1等基本結(jié)構(gòu)組成外，與普通的51系列單片機(jī)相比具有以下特點(diǎn)：STC12C5A60S2其內(nèi)部60KB的用戶應(yīng)用程序空間，256B的RAM 和1024B的XRAM能滿足程序代碼和緩沖區(qū)定義的需求，另有與程序存儲(chǔ)空間獨(dú)立的一片閃存區(qū)域，可在應(yīng)用編程中作EEPROM 使用；在同樣晶振的情況下，STC12C5A60S2的運(yùn)行速度是普通51系列單片機(jī)的812倍，具有8路10位高精度ADC轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換速度極高可達(dá)到250K/S；有PDIP40封裝的芯片，易于方便快速的進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，有36個(gè)通用I/O 口，大部分可位控，并具有強(qiáng)推挽輸出的能力；STC12C5A60S2 有雙UART以及ISP串口，無需專用編程器，無需專用仿真器 可通過串口（）直接下載用戶程序，含有4 個(gè)16 bit 定時(shí)器和一個(gè)獨(dú)立的波特率發(fā)生器，另外還有兩個(gè)PCA 模塊， 能獲得豐富的定時(shí)器資源。它的功能是對(duì)來自存儲(chǔ)器中的指令進(jìn)行譯碼，通過實(shí)時(shí)控制電路。另一方面采用555方波發(fā)生器輸出PWM信號(hào)控制DC/DC變換芯片。在輸出的過程中通過單片機(jī)定時(shí)器定時(shí)檢測(cè)輸出電流或電壓，與設(shè)定值比較后調(diào)節(jié)PWM占空比，保證輸出的電壓值趨于設(shè)定值，減小實(shí)驗(yàn)的誤差。MCU模塊即為單片機(jī)部分，整個(gè)控制都是依靠單片機(jī)完成。從功能和價(jià)位以及本題目要求來看，選擇51系列STC12C5A60S2作為本方案的控制核心，P0口接液晶顯示LCD1602作為輸出數(shù)據(jù)顯示傳輸，同時(shí)P2P2P26是液晶LCD控制端口；P13，P14口作為PWM輸出,P16，P17為ADC采集端口；PP1P12接三個(gè)獨(dú)立鍵盤作為輸入數(shù)據(jù)傳輸；其單片機(jī)控制電路圖如下： 單片機(jī)控制電路電源、振蕩電路、功率放大電路是組成發(fā)射模塊的主要部分，電源是指將220V的交流變成直流以供給整個(gè)電路提供直流電源。本系統(tǒng)無線發(fā)射模塊的發(fā)射電路由NE555構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生波形電路和諧振功率放大器兩部分組成，如下圖所示。NE555芯片同時(shí)也可以產(chǎn)生精確的定時(shí)脈沖信號(hào)，芯片輸出的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)200MA,。NE555時(shí)基電路有dip雙列直插8腳封裝和sop8小型（smd）兩種封裝形式以適應(yīng)不同的設(shè)計(jì)環(huán)境。NE555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由場(chǎng)效應(yīng)三極管、上拉電阻、功放二極管等元器件組成了前端比較器、RS觸發(fā)器等電路模塊，NE555的特別之處是由電阻構(gòu)成了的分壓器，為內(nèi)部的比較器提供了基準(zhǔn)電壓，因此又稱之為NE555時(shí)基電路。 MOS管的選擇與性能分析 隨著開關(guān)頻率的不斷提高，在產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，如何提高產(chǎn)品性能、延長(zhǎng)電池工作時(shí)間是設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵，對(duì)于開關(guān)元件的性能也提出了更高的要求。兩種增強(qiáng)型MOS管，比較常用的是NMOS，原因是導(dǎo)通電阻小，且容易制造。 MOS管外形圖 在半橋逆變電路中，對(duì)MOS管的選擇十分關(guān)鍵，在保證效率的情況下，MOS管的參數(shù)將影響系統(tǒng)的傳輸效率。對(duì)于本設(shè)計(jì)，MOS管的選擇應(yīng)滿足如下條件：（1）較小的導(dǎo)通電阻（2）開關(guān)延時(shí)比較短，開關(guān)速度快。 20VIRF84037+69500V8A177。 20VIRF2903124+8530V75A177。 20VIRFB3607110+4375V80A177。IRF3205是IR公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一款低阻抗，快速開關(guān)管，其主要性能有：導(dǎo)通電阻 ；工作范圍55到175攝氏度；極快的開關(guān)速度：開延時(shí)16nS,上升時(shí)間110nS,關(guān)延時(shí)43nS,下降時(shí)間96nS。IRF9540是IR公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一款低阻抗，快速開關(guān)管。采用NE555構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生波形電路，調(diào)節(jié)555的變阻器大小可以在一定范圍內(nèi)改變輸出方波的頻率及占空比，調(diào)節(jié)得到所需要的頻率，為功放電路提供激勵(lì)信號(hào)。振蕩源由NE555方波發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率的PWM波，PWM信號(hào)經(jīng)過IR2104構(gòu)成的推挽式驅(qū)動(dòng)電路放大推動(dòng)電流以及電壓幅度后驅(qū)動(dòng)MOS管。： 振蕩電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中采用NE555時(shí)基電路來產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸入單片機(jī)中，再由單片機(jī)STC12C5A60S2進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理操作。實(shí)際電路的充放電波形如下圖。 mm的漆包線密繞2O圈，長(zhǎng)度約為30cm，實(shí)測(cè)電感值約為90uH。12V直流電壓逆變?yōu)?77。當(dāng)接收端線圈與發(fā)射線圈不斷的逐步靠近的過程中，將在接收線圈中產(chǎn)生感生電壓，產(chǎn)生諧振的條件是接收線圈部分的諧振頻率與發(fā)射頻率相同，此時(shí)，電壓達(dá)最大值，實(shí)驗(yàn)效果最為明顯。采用場(chǎng)效應(yīng)管作為功放元件，功耗低于三極管，驅(qū)動(dòng)功率小，使用方便。由于功率管的電流較大，散發(fā)的熱量比較多，所以需要加裝散熱片。當(dāng)MOS管Q1導(dǎo)通時(shí)，Q2截至，電流由MOS管Q1經(jīng)LC電路到地線。如此循環(huán)，將直流電逆變?yōu)榻涣麟?，供給LC電路發(fā)射。因此，可通過示波器觀察到驅(qū)動(dòng)芯片輸出波形和線圈發(fā)射波形，： 驅(qū)動(dòng)芯片輸出波形 線圈發(fā)射波形 波形圖 電源穩(wěn)壓控制模塊設(shè)計(jì)單片機(jī)電源電路的設(shè)計(jì)以三端集成穩(wěn)壓器LM2940為核心，運(yùn)用其器件的內(nèi)部電路來實(shí)現(xiàn)過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、過熱保護(hù)，這使它的性能非常穩(wěn)定。LM2940比7805的轉(zhuǎn)換效率高，7805直接輸入不接輸出的情況下，其內(nèi)部還會(huì)有3mA的電流消耗（靜態(tài)電流），而2940型號(hào)元件的靜態(tài)電流就比它遠(yuǎn)遠(yuǎn)小得多了。圖是三端穩(wěn)壓器LM2940的典型應(yīng)用電路及引腳圖。KA7500B芯片覆蓋了控制開關(guān)電源設(shè)計(jì)的需要的各種功能，專門用于的開關(guān)電源的脈寬調(diào)制，屬于集成電路控制器；它與TL494芯片可以完全兼容并幾近可互換，廣泛應(yīng)用于各種橋式的開關(guān)電源，能適應(yīng)于不同場(chǎng)合的需求。 KA7500B主要完成的工作內(nèi)容就是輸出恒定的穩(wěn)壓電流，通過與的邏輯關(guān)系控制其內(nèi)部的兩路反饋回路；當(dāng)輸出的實(shí)時(shí)電壓低于預(yù)先設(shè)定的恒定電壓值時(shí)，此時(shí)電流反饋稱為主導(dǎo)作用，一旦輸出的電壓電流值超過設(shè)定的預(yù)閥值后，轉(zhuǎn)換為電壓反饋完成了恒定電流、電壓的控制功能；KA7500B的控制電路方式屬于開關(guān)電源具有高效率，溫升慢，適于電路實(shí)際操作等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中選擇LM7805系列穩(wěn)壓器來提供各級(jí)所需的電壓。 電源電路設(shè)計(jì) 穩(wěn)壓控制電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式：獨(dú)立按鍵和矩陣編碼鍵盤。在本設(shè)計(jì)中由于按鍵不是太多，故采用獨(dú)立按鍵法，這樣可以減小編程的難度，下圖為本設(shè)計(jì)的按鍵接線圖。S3為進(jìn)入設(shè)定按鍵，可以設(shè)置輸出電流和電壓。 按鍵指示電路設(shè)計(jì)在日常生產(chǎn)生活中，對(duì)于液晶顯示器的使用已經(jīng)非常普遍，在諸多的電子產(chǎn)品器件隨處可見液晶顯示模塊的身影，主要顯示的內(nèi)容為數(shù)字、符號(hào)和圖形。LCD作為人機(jī)交換的重要模塊，在很多場(chǎng)合都會(huì)涉及和使用。LCD1602液晶顯示器也叫1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。字符位間隔可以很好的顯示字符間距和行間距，有利于數(shù)據(jù)記錄。液晶顯示電路如下圖： LCD1602液晶顯示電路 DC/DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) DC/DC變換器簡(jiǎn)介DCDC轉(zhuǎn)換器具有效率高、輸出電流大、靜態(tài)電流小等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于為便攜式設(shè)備供電,如筆記本計(jì)算機(jī)、蜂窩電話、PDA等中。在電路設(shè)計(jì)中一般采用開關(guān)變換器，因?yàn)樗哂懈咝?、靈敏的正負(fù)極性和升降壓方式靈活等特點(diǎn)，而備受電子設(shè)計(jì)者的偏愛。其基本的直流變換電路包括降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、庫(kù)克變換電路，在本設(shè)計(jì)中采用的是降壓斬波電路中的典型BUCK電路。BUCK電路主要起降壓和儲(chǔ)能的作用，在本電路中由于直流供電電壓一定，而負(fù)載需要不同的可變的直流電壓，充電器控制系統(tǒng)中其輸入始終大于輸出輸出，所以采用脈寬調(diào)制方式的BUCK變換器。這種降壓變換電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、控制特性好、負(fù)載側(cè)電流波動(dòng)?。欢蛔阒幨请娫磦?cè)電流波動(dòng)大，只能降壓，不能升壓。運(yùn)算放大器LM358中由兩級(jí)反饋回路組成，在正常的工作電壓范圍內(nèi)，可運(yùn)用與傳感放大器的應(yīng)用電路，具有直流增益模塊的開關(guān)電源和其他單電源供電運(yùn)算放大器的電路模塊，這將得益于其極寬范圍的工作電壓。因LM358有直流電壓增益高(約100dB)、單位增益頻帶寬(約1MHz)、電源電壓范圍寬、低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流、輸出電壓擺幅大等特