2009毕昇杯全国大学生电子设计大赛.DOC

1、2009“毕昇杯”全国大学生电子设计大赛参赛作品作品名称：无线传能系统的设计与实现 参赛选手： 江桂林 胡盼凤 熊海燕 专 业： 应用电子技术 指导老师： 周继国 徐 波 2009 年 8 月 1 日摘 要利用电磁感应原理，通过电磁感应，电能以无线的方式传送至负载设备。实现的是高效率的无线能量传输。发射部分够成的是串联谐振回路，接收部分构成的是并联谐振回路。当发射和接收回路的谐振频率越接近，线圈的传输能量效率越高、传送距离越大。目前我们做的最好效果是在 6 厘米的范围，给达盛51 单片机模块和温度传感器以及 LCD1602 提供电源。关键词：无线、耦合线圈、电磁感应、能量、达盛 51 平台Ab

2、stractBy using the principle of electromagnetic induction electromagnetic induction, electricity, wireless transmission to load the way.The realization of the wireless transmission of power is efficient. As part of the launch is enough, receiving part series circuitThe parallel resonant circuit as i

3、s. When sending and receiving circuit, the resonance frequency of the transmission of coil approximates to the higher energy efficiency and transmission distance. Currently we do the best result is in 6 cm long range, to reach shing 51-series microcomputer module and temperature sensor and LCD1602 p

4、rovide power supply.Keywords: wireless, coupling coil, electromagnetic induction, energy, cheng 51 platform1、 方案论证与比较1.1 振荡电路方案一：采用 NE555 与 RC 构成的振荡器，频率在一定的范围内可调，电路简单而且省电，但是稳定性不高。方案二：采用有源晶振产生高频振荡信号，频率高、稳定性好而且不需要外围电路。综上所述：因为系统要求的频率比较高，而且稳定性要好。因此选择方案二比较合适。1.2 功率放大电路方案一：采用一般的放大电路进行放大，功耗小，但是不能放大高频信号。方案二

5、：采用大功率开关三极管作为功放元件，但是管耗较大，需要大面积的散热片。综上所述：由于系统的频率高，只能使用大功率三极管放大高频信号。因此选择方案二满足要求。1.3 接收电路方案一：对电容进行快速和慢速充电。方案二：在一定的距离内带动负载。综上所述：方案二的效果比较明显，容易观察，而且更具有研究价值。因此选择方案二比较好2、系统实现2.1 硬件设计2.1.1 系统框图电源供电模块 振荡电路功放电路 发射线圈接收线圈 达盛 51 单片机平台LCD1602图 1 系统框图2.2 单元电路设计2.2.1 振荡电路用 的有源晶振产生高频方波信号，经过 74LS04 实现电流放大，然后MHz2将方波转换为

6、正弦波，生成频率为 、幅度稳定的正弦波。MHz2， 图 2 振荡电路2.2.2 功放电路该电路为丙类功放，其中 3DD15 是大功率三极管，1K 电阻也是大功率碳膜电阻。整体部分可以将 的输入信号进行放大。MHz2图 3 功放电路2.2.3、能量传输模块的设计在初级线圈部分串联一个电容（计算如下） ，形成串联谐振电路，次级线圈部分并联一个电容（计算如下） ，形成并联谐振电路。串联谐振电路中的阻抗最小且呈纯阻抗，电路中的电流最大，线圈周围的磁感应量大；通过耦合线圈的磁感应量也大，相应的感应电流也大，能量从初级传送到了次级，为后续电路提供能量，实现了无线传能的目的。图 4 传输-接收线圈用电感表测

7、出 20 匝线圈的电感为 60uH，根据公式 得LCf21，(其中 )pFLfC1042MHzf2.2.4 控制电路控制部分采用达盛 51 单片机开发平台，平台结构如图所示：图 5 达盛平台 PCB 图图 6 达盛平台 PCB 3D 图ABCDEVC6MCR1162738495P1DB9D0D1D2D3D4D5D6D7A8A9A10A11A12A13A14A15P10P1P12P13P14P15P16P17TXDRXDALEPSENT0T1INT0INT1RDWRREST33PC133PC210ufC7R510KVCS1SW-DPSTC8104 C10104 C12104C13104C1110

8、4C9104VCVCA13A14A15CS7CS6CS5CS4CS3CS2CS1CS0VCA010 A19A28 A37A46 A55A64 A73A825 A924A1021 A1123CS120 CS226WE27 OE22D0 11D1 12D2 13D3 14D4 15D5 16D6 17D8 18A122U46264U4A0A2A1A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12RDWRD0D1D2D3D4D5D6D7RS232TXD0RS232RXD0C3224C4224C5224C6224VCRS232TXD0RS232RXD0RS232TXD1RS232RXD0TXDRXDTXD

9、1234P7POWERJ7CLKJ4SCLJ3SDAJ2RXDJITXDR70 R80AGNDP130P120P100P10T1T0INT0INTIINT0INT1/R/E/S/E/TINT0RESET1VCD0D1D2D3D4D5D6D7CS1A0A1A2 CS2A3A4A5A6A7A8A948 4849 4950 5051 5152 5253 5354 5455 5556 5657 5758 5859 5960 6047 4746 4645 4544 4443 4341 4142 4240 4038 3839 3937 3736 3635 3534 3433 3332 3231 3111

10、2233 4455 6677 8899 10101111 12121313 14141515 16161717 18181919 20202121 22222323 24242525 26262727 28282929 3030PORTAP5PORT AA10A11A12RDWRCS0CS6CS5CS4CS35 6U3C74LS049 8U3D74LS0411 10U3E74LS0413 12U3F74LS041 2U3A74LS043 4U3B74LS04RESETRESET1/R/E/S/E/TR3680R45.1KR2680VCACTIVED3PRGD2+5VD4AIRIND1R6680

11、VC+12V-12VCS0VCA0A2A4A6A7A5A3A1D0D2D4D6D7D5D3D122 33 1144 5566 7788 991010 11111212 13131414 15151616 17171818 19192020 21212222 23232424 25252626 27272828 29293030 31313232 33333434 3535 36 3637 3738 3839 3969 6940 4041 4142 4243 4344 4445 4546 4647 4748 4849 4950 5051 5152 5253 5354 5455 5556 5657

12、 5758 5859 5960 6061 6162 6263 6364 6465 6566 6667 6768 6870 70P3PORTBP140P150P160P170P10P1P12P13P14P15P16P17P10P1P12 P13P14P16P15P17AGND-12VAGND12345678910P2PRGACTIVERESTP17P16P15R1680D1RXD11 2233 4455 6677 8899 10101111 12121313 14141515 16161717 18181919 2020 21 2122 2223 2324 2425 2526 2627 2728

13、 2829 2930 3031 3132 3233 3334 3435 3536 3637 3738 3839 3940 40P6PORT CJ5MOSI J8485/NSJ6MISOS1232 485P17 P16 P15 P14 P13 P12 P11 P10P100P110P120P130P140P150P160P170RXD1RXDRXD0VCC1+1C1-3C2+4R2IN8 T2OUT7R1IN13 TIOUT14C2-5VD 16V+ 2V- 6GND 15T1IN 11R1OUT 12T2IN 10R2OUT 9U2MAX32312345P4RS485VCTXDRXD1P100

14、OC1 C111D3 1D43D7 4D85D13 6D147D17 8D181Q 22Q 53Q 64Q 95Q 126Q 157Q 168Q 19U674LS373ALE+12VAGNDY0 15Y1 14Y2 13Y3 12Y4 11Y5 10Y6 9Y7 7A1 B2C3E14 E25E36U574LS138U5AD0 39AD1 38AD2 37AD3 36AD4 35AD5 34AD6 33AD7 32A8 21A9 22A10 23A11 24A12 25A13 26A14 27A15 28RST9P1 2P0 1P2 3P3 4XTAL119P4 5P5 6P6 7P7 8TX

15、D 11RXD 10ALE 30EA31XTAL218AT89S51/52/53PSEN 29T0 14T1 190INT0 191INT1 192RD 17WR 16U1AT89C51/52/53ABCDE465051图 7 达盛平台原理图2.2.5 显示电路显示电路采用的是 LCD1602，在液晶上显示温度传感采集到的当前实时温度。LCD1602 液晶显示模块可以喝单片机 AT89C51 直接接口，如图所示：图 8 达盛平台原理图3、创新点与展望 3.1 创新点本设计根据电磁感应原理实现短距离无线充电技术。曾经麻省理工学院物理教授 Marin Soljacic 利 用 该 项 技 术 点

16、亮 了 两 米 外 的 一 盏 60 瓦 灯泡 。 目 前 ， 这 项 技 术 已 经 成 为 短 期 内 最 具 有 研 究 价 值 和 值 得 期 待 的 技 术 。本 设 计 电 源 一 端 的 线 圈 共 振 器 作 为 发 射 部 分 ， 通 电 后 以 稳 定的频率振动，产生的电磁场把能量传输到相同频率的接收共振器上。Hz2能在 6cm 的距离内给达盛 51 单片机平台、温度传感器以及 LCD1602 提供稳定电源。3.2 展望点在不久的将来，当我们解决了效率问题，使无线传输的效率能与有线的传输效率相比拟的时侯，无线就可以取代有线，对电子设备进行充电了。只要在能量网络的覆盖范围内，电器就可以正常运转，那时候，手机、笔记本、数码相机、MP3 等移动电子设备可能再也不需要像现在这样充电了。如果能够实现能量高效率安全无线传输，那么这将是一项重大的突破。参考文献1、 模拟电子技术基础第四版 清华大学电子学教研组 华成英，童诗白 主编2、 单片机微型计算机与接口技术第 2 版 李群芳，张士军，黄建 编著3、 高频电子线路第 3 版 高等教育出版社 胡宴如 编著4、 高频电子线路学习指导 高等教育出版社 胡宴如，耿苏燕 编著