一种应用单片机控制的无线充电系统
阅读：433发布：2024-02-01
专利汇可以提供一种应用单片机控制的无线充电系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种应用 单片机 控制的无线充电系统，本发明是基于单片机控制的手机无线充电器系统，本发明采用的是基于单片机（STC单片机）下，基于近场 电磁感应 无线电 力 传输的设计方式，该无线充电过程是智能充电过程，通过接收端装配的红外发射的数据，经过发射圈中的STC单片机到达继电器，来实现发射端的继电器是否切断或者打开线圈电源。，下面是一种应用单片机控制的无线充电系统专利的具体信息内容。
1.本发明是基于单片机控制的手机无线充电器系统，本发明采用的是基于单片机（STC单片机）下，基于近场电磁感应无线电力传输的设计方式，该无线充电过程是智能充电过程，通过接收端装配的红外发射的数据，经过发射圈中的STC单片机到达继电器，来实现发射端的继电器是否切断或者打开线圈电源。
2.根据权利要求1所述的一种应用单片机控制的无线充电系统，其特征在于，本发明中发射频率设计为514。
3.根据权利要求1所述的一种应用单片机控制的无线充电系统，其特征在于，本发明选择514Khz的频率。
4.根据权利要求1所述的一种应用单片机控制的无线充电系统，其特征在于，本发明选取了摩托罗拉公司生产的飞思卡尔单片机8051410。
一种应用单片机控制的无线充电系统
技术领域
背景技术
[0002] 由于人们对生活中使用的电子产品的要求变得越来越高，那跟着它一起发展的就是电子产品的充电器。对于手机充电的方式，在手机刚刚兴起的时候是通过有线传输的，但是这种充电方式还是不能满足人们的生活习惯，由此让人们对无线充电的方式跃跃欲试。目前来看，手机无线充电产品还属于一个朝阳产品，虽然无线充电技术不属于一个新兴的技术，它只不过是建立在无线电力传输技术上一个新应用。
[0003] 在19世纪初，人类才刚刚拥有电力，但在最开始，关于电力怎么使用、怎么传输有两种不同的思路，一个是通过我们自己搭建电缆对电能进行不同距离的传输，另一个就是通过无线传输方式进行电能传送。在前人研究的理论和结果的情况下，可以想到的直接办法就是通过电磁感应的方式进行电能传送，让天空和土地中的电离层作为介质，电能通过该介质进行损耗较低的传送。科学家们对这个设想进行了大量的研究，但是由于各种原因还是终止的实验，导致后来这个猜想没有进行广泛的研究和发展。
[0004] 发明专利内容本发明专利涉及一种应用单片机控制的无线充电系统，本发明是基于单片机控制的手机无线充电器系统，本发明采用的是基于单片机（STC单片机）下，基于近场电磁感应无线电力传输的设计方式，该无线充电过程是智能充电过程，通过接收端装配的红外发射的数据，经过发射圈中的STC单片机到达继电器，来实现发射端的继电器是否切断或者打开线圈电源。
附图说明
附图说明
[0006] 图2：全桥逆变电路图。
[0007] 图3：方波发生以及放大电路图。
[0008] 图4：IR2110MOSFET驱动电路图。
[0009] 图5：两个IR2110低端驱动波形图。
[0010] 图6：两个IR2110自举高端驱动波形图。
[0011] 图7：反向器4069图。
[0012] 图8：手机电池充电电路原理图。
[0013] 图9：红外发射电路原理图。
[0014] 图10：1104最小系统图。
[0015] 图11: 红外解码电路原理图。
具体实施方式
[0016] 为了使本发明专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明专利，并不用于限定本发明专利。
[0017] 本发明专利涉及一种应用单片机控制的无线充电系统，本发明是基于单片机控制的手机无线充电器系统，本发明采用的是基于单片机（STC单片机）下，基于近场电磁感应无线电力传输的设计方式，该无线充电过程是智能充电过程，通过接收端装配的红外发射的数据，经过发射圈中的STC单片机到达继电器，来实现发射端的继电器是否切断或者打开线圈电源。
[0018] 进一步的，系统框架如图1所示，本发明主要包含两个部分，分别是发射部分和接收部分，该发射部分的功能主要就是给接收部分提供电能，由于在接收部分内部装有红外发射装置，该装置的作用就是接收部分在接收电能时，用来断定是否需要运用发射部分的继电器来切断或者打开线圈的直流电源。当然，接收部分对于发射部分提供的电能是需要经过整流滤波装置进行整流稳压后再给手机充电，若充电完成，则通过红外发射的数据来通知发射部分及时进行断电处理，进而起到保护电池和节能省电的作用。
[0019] 进一步的，本发明中发射频率设计为514，过小的发射频率虽然比较容易实现，但是会使其补偿电容过大，所以514较为适中。传统的逆变电路有半桥逆变和全桥逆变。由于半桥逆变电路发射被接收部分接收全桥整流后电压会下降一半，不能直接供给电池充电部分，需要增加一个升压电路，增加了设计的复杂性，所以本发明选择全桥逆变。全桥的工作原理：如图2所示，四个组成此全桥电路。当桥臂1和4导通时，2和3截至，电流由桥臂1经电路到桥臂4。当桥臂2和3导通时，桥臂1和4同时截至，电流经由桥臂2、到桥臂3。如此循环，将直流电逆变为交流电，供给电路发射。由于只需要6的功率我们可以选择来制作全桥逆变电路。根据需求我们选择6635开关管。6635漏极连续电流为5.7A，上升时间6S，下降时间14S，关闭时间28S，最大耐压值为35V完全符合设计要求。
[0020] 进一步的，逆变电路可以使用温补方波晶振产生方波来驱动，温补晶振的稳定性好，本发明选择514Khz的频率，而且温补晶振的电路简单。但是温补晶振输出的方波峰值只有5V，还需要进行放大之后才能输入到驱动电路中。本系统选择LM358作为放大芯片，方波发生以及放大电路如图3所示。如果仅仅用前端电路产生的方波驱动全桥的开关管，会出现以下问题：当高端桥臂导通时（1或2桥臂），由于负载的存在，极的电位将被抬升与相同，那么此时=0，导致高端桥臂不能持续导通，所以需要加入驱动电路。最终本系统选用了2110，驱动芯片选择的是IR2110S。IR2110S内部功能主要由三个部分组成：逻辑输入、电平平移和输出保护。如上所述2110的特点，可以为装置的设计带来许多方便。尤其是高端悬浮自举电源的设计，可以大大减少驱动电源的数目，即一组电源即可实现对上下端的控制，2110组成的驱动电路图如图4所示。
[0021] 进一步的，本发明的驱动电路工作过程：晶振经过放大后产生的方波，输出后分成两路，一路送给第一个驱动芯片，作为逻辑电平输入，另一路经过反相器4069反相后，输入到第二个驱动芯片，作为逻辑电平输入。两路信号一正一反，使两个驱动芯片交替导通全桥的两路桥臂。完成直流到交流的逆变。4069是逻辑器件，输入电压最高可达18。这样2110和反向器4069就构成了完整的全桥驱动电路，原理图如图5所示。
[0022] 进一步的，本发明设计的发射频率设计为514KHz，测得在两线圈相距0.5cm时电感为6.7uF，计算出补偿电容值为4700pF。初级串联补偿和次级串联补偿电路图分别如图6、图7所示。
[0023] 进一步的，无线充电器最关键的部分是线圈部分的设计，制作一个共振系统需要发射、接收两端的自振频率相同，这要求两端的线圈最好相同。制作线圈最常见的就是使用铜丝绕制，但是手工绕制的铜线圈很难保证规格相同，所以决定使用线圈。本发明估算出流过线圈的最大电流约为700mA，制作线圈的覆铜厚度是1盎司，则线圈线宽设计为20完全能够满足电流要求。制作好的线圈使用串联电容谐振法测得电感量约为6.7μF。本发明设计的充电器是给智能手机上的电池充电，根据手机尺寸的大小，决定将线圈设计为内径50，外径100，匝数为18，两线圈间的距离为5。按照以上参数，实际制作出来的线圈有5.8欧姆的电阻，要想减小电阻可以将线圈制为双层并联的，或者在线圈上面加锡。本发明使用的是单面线圈。
[0024] 进一步的，整流电路是将线圈上感应出来的高频交流电流整流成直流，再经过滤波电路变成直流电流。常见的整流电路有全桥整流和半桥整流。半桥整流又叫半波整流，只有对正、负半周交流电压中的正半周进行整流，所谓的全桥整流就是正负半周都得进行整流（每半周有两个二极管导通）。半桥整流出来的电流不易滤波，所以本发明选用全桥整流。由于交流频率较高，且电压较低，选用肖特基二极管作为整流器件非合适，最终确定使用4个额定电流为1.5的SS14组成全桥整流电路，设计完全符合要求。
[0025] 进一步的，本发明的完整的充电电路原理图如图8所示，2口接手机电池，第7管脚接单片机的口，充电时第一管脚输出低电平6一直被点亮，充电结束后第七管脚输出低电平，通知单片机充电已经结束，并且4熄灭， 7被点亮。
[0026] 进一步的，本发明选取了摩托罗拉公司生产的飞思卡尔单片机8051410，8051410电源为3.3，在晶振为12的时候内核电流仅为4。805141 系列器件使用的专利-51 微控制器核。-51 -51 指令集完全兼容，可以使用标准803/805的汇编器和编译器进行软件开发。805141 器件还具有具有片内2 线（2）接口调试电路，支持使用安装在最终应用系统中的产品器件进行非侵入式、全速的在系统调试。极大的方便的充电器软件的开发。
[0027] 进一步的，红外发射电路是接收部分的电路。其硬件电路原理非常的简单就是一个灯，红外发射电路原理图如图9所示。只不过这个发出的是940波长的红外光。实现红外数据传输功能主要依靠单片机的控制来实现。
[0028] 进一步的，本发明选择了宏晶公司生产的5的1单片机1104，这款单片机引脚较少，最小系统易于实现，而且完全兼容传统51单片机。该单片机的最小系统的原理图如图10所示。红外传输系统分为发送和接收两部分，发射线圈上的是红外接收解码。设计要求是能够将红外发射电路上的数据解码出来，所以红外接收采用集成化的红外接收头1838。红外接收头内部包含光电二极管、放大电路、限幅器、带通滤波器、积分电路和比较器等。光电二极管是可以吸收光辐射而产生光电流的光检测器。光电二极管的信号经放大器放大，再经限幅器将幅度控制在一定水平，然后将信号送入带通滤波器，再经积分比较后，输出高低电平本发明选用的1838有三个引脚，外围电路极为简单，如图11所示，红外接收管只有三根线，单总线和一个电源，一个地线，设计电路较为简单。1838在接收到已经调制为38的红外波形时，会输出低电平，在未接收到时输出为高电平。最后将高低电平输入到单片机中，经过软件识别就能读取出数据了。单片机根据这些数据来判别是否需要无线传输电能。单片机控制发射线圈上电源的通断是靠继电器来实现的。继电器原理很简单，就是线圈通电产生磁场吸引衔铁，从而控制回路的通断。继电器的常开部分被串联在全桥逆变电路和12电源之间。在没有电池需要充电的情况下继电器处于常开状态，线圈中不进行能量发射。当红外管接收到需要充电的指令后则闭合常闭触点，发射线圈向接收线圈发射电能。当红外管接收到电池电能充满的指令后，继电器常开触点断开，发射线圈断电。
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