手机无线充电器的设计与实现
摘 要新型的能量传输方式：电磁波感应原理以及相关交流感应相结合的无线电子应用技术。此技术在无线传输充电器监控中使用的核心控制器：STC12C5A60S2低功耗微控制器。在使用过程中，通过对电流控制和电压控制的实现，当充电达到满状态时，指示灯亮起蓝色提示，表示电已充满完成。我们所使用的智能产品是通过建立在STC12C5A60S2微控制器的基础上，透过使用发射机和接收机来控制相应的交流信号。通过对硬件、软件部分的结合进行整体设计，达到了无线能量的传输的效果，通过规定的使用范围利用小型电动发射线圈，譬如：智能手机，MP3，MP4等设备可达到直接供电的效果。通过C语言共同完成程序编制。针对原理进行严格的理论分析，研究过程中进行仿真试验，最终进行实物调试检测，证明了共振耦合无线电传输系统的模型和谐振耦合无线电传输系统的模型成立，并且发现其较高的稳定性以及不可估量的使用价值。透过计算，得出对应的电路参数与对应的输出功率之间的联系。设计显示制造谐振耦合无线能量器件采用LCD1602，达到充电电压自动显示的效果。
目 录
引言 1
一、系统总体设计方案 2
（一）系统总体设计方案简述 2
（二）系统的理论分析 2
二、系统的硬件设计 4
（一）单片机的选择与其控制 4
（二）发射电路设计 5
（三）电源稳压模块设计 5
（四）按键电路设计 6
（五）显示电路设计及实现 6
（六） DC/DC转换电路设计 7
（七）系统总体电路设计 7
三 系统的软件设计 9
（一）整体设计思想 9
（二）系统的程序结构图 10
（三） 主要程序模块 10
四 系统仿真设计与调试 16
（一）电路的仿真 16
（二）测试结果及分析 18
五 总结 23
六 参 考 文 献 23
附录 24
（一）原理图 25
（二）PCB图 26
（三）元器件清单 27
（四）实物图 28
（五）电路的仿真图 29<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
br /> （六）源程序 29
引言
随着科技发展，手机早已从最初的大哥大演变成如今炙手可热的智能手机。作为新型能量传输技术，智能手机的泛起，采取的是谐振耦合无线电传输的要领，其方式是作为无线传输的主要应用技术。其优点是：传输效率相比普通技术要高得多，在传输距离方面也具有特性。在磁场和谐振耦合根本上，无线能量传输技术有效地将能量传递给负载，将传统传输模式过程中产生的许多缺点进行消除。与普通感应电力传输技术比拟，传输距离方面比较远，与电磁辐射传输技术比拟，具有较好的传输效率。按照目前的状态进行分析，我们知道，不单单是国内许多研究机构对无线充电技术一直在宏观和短距离无线供电产品进行了研究分析以及深入讨论，就连国外也对此进行市场价值、发展趋势进行分析与讨论。无线电技术的成长将在全世界的范围内进行传播，通信系统从最古老的无线电、电报演变到今天的高科技卫星和微波通信技术，在人们的未来生活中扮演着重要角色。然而，无线通信传输的不足之处在于，它仅是一个薄弱的消息，相对来说，假设无线传输距离变得远了，设备的能耗相对也会变高，电力接收能量的能力就会减弱。因此该技术还需继续完善，将能源发挥其最佳状态。
一、系统总体设计方案
（一）系统总体设计方案简述
无线传输电力系统的构成分为：驱动模块，显示模块，节制模块，高效率直流稳压模块。
本方案的设计基本功能：
1.使用高效的直流电源为能量设备的无线传输提供发射线圈所需的稳定电流电压在指定范围内的小家电，如MP3、智能手机等直接进行供电；
2.使用液晶显示装配显示实时显示充电电压，充电时刻当即暗示；
3.使用继电保护电路，设置正常范围内的电流和电压，将显示充电指示灯，充电，充电正常，则红灯亮，电路充满状态，则蓝灯亮；
4.根据无线电力传输进行后续控制，在整个充电过程中，可通过设置按钮，满足电池的对充电电流的需要。
（二）系统的理论分析
进一步完善无线充电设计，实际设计中采纳了与最常见的传输方式：电磁感应无线电接力传输。电磁感应的道理，是通过初级线圈和低级线圈形成非接触耦合振荡器，达到电磁能量转换的效果，完成无线传输。使用线圈耦合来传输能量是设计过程中最为关键之处，目的是担保电路的接收部分能够接收充沛的能量，达到充电控制电路的效果。即使云云，如何提高充电电路的能源效率？其关键因素在于是否考虑到设计电路的基本要求，能量传输效率提高至最佳状态，也是降低功耗的最佳设计。
图1 电磁感应系流程图
二、系统的硬件设计
（一）单片机的选择与其控制
控制指令程序实现无线能量传输过程是该系统采用最主要的任务。经过采集数据，并进行相应的分析处理，将数据传送至显示电路。另一方面使用555方波发生器输出PWM信号，对DC / DC转换芯片进行有效控制。控制模块的具体流程是对电源模块进行初始化操作，以及相应的复位操作。当键盘启动软件程序，则开始整个系统的操作，按键设置确定输出电流以及恒定电压。响应子程序计算PWM信号波形占空比，将其输出电流或电压值数据进行收集，传输到LCD显示模块电路，达到人机交互信息的效果。在输出过程中，通过微控制器定时器检测输出电流或电压，与设定值比较后调整PWM占空比，保证输出电压趋于设定值，减少实验误差。在整个充电的电路过程中，充电的程度由指示灯的明暗状态来确定，同时利用检测得到相应大小的电流数据，对充电过程达到智能控制的效果。整个控制过程电路如下：
图2 单片机控制电路
（二）发射电路设计
发射机模块的主要构成分为功率放大器电路，振荡电路，电源。电源用于交流直流，为整体电路供给直流供电。是以，功率放大器电路须要放大，终极传输耦合线圈。发射机电路由NE555构成系统无线传输模块，并且因多谐振荡器波形电路和谐振功率放大器组成。如下图所示。
图3 发射电路
（三）电源稳压模块设计
选择低压差动调节器是为了更好地消除电力系统的功耗损失，将使用效率提高，同时减少整个电力系统的热量。由于供应所需电压，因此该设计使用LM7805系列调节器。电源模块通过变压器对AC220V电源进行降压，通过电源输入调节整流滤波，议定三端稳压器LM7805，单芯片电压供电工作。
图4 电源设计
（四）按键电路设计
在整个电路模块设计中，因为按钮数量不是很多。以是自立按钮的方式，有效削弱编程难度，图中显示了关键接线图的设计。如图5所示，系统键盘模块设计三个按钮S1，S2，S3，其中S1为电流/电压+，S2为电压/电流 ，S3为设定按钮，可以控制输出电流和电压的设定。
目 录
引言 1
一、系统总体设计方案 2
（一）系统总体设计方案简述 2
（二）系统的理论分析 2
二、系统的硬件设计 4
（一）单片机的选择与其控制 4
（二）发射电路设计 5
（三）电源稳压模块设计 5
（四）按键电路设计 6
（五）显示电路设计及实现 6
（六） DC/DC转换电路设计 7
（七）系统总体电路设计 7
三 系统的软件设计 9
（一）整体设计思想 9
（二）系统的程序结构图 10
（三） 主要程序模块 10
四 系统仿真设计与调试 16
（一）电路的仿真 16
（二）测试结果及分析 18
五 总结 23
六 参 考 文 献 23
附录 24
（一）原理图 25
（二）PCB图 26
（三）元器件清单 27
（四）实物图 28
（五）电路的仿真图 29<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
br /> （六）源程序 29
引言
随着科技发展，手机早已从最初的大哥大演变成如今炙手可热的智能手机。作为新型能量传输技术，智能手机的泛起，采取的是谐振耦合无线电传输的要领，其方式是作为无线传输的主要应用技术。其优点是：传输效率相比普通技术要高得多，在传输距离方面也具有特性。在磁场和谐振耦合根本上，无线能量传输技术有效地将能量传递给负载，将传统传输模式过程中产生的许多缺点进行消除。与普通感应电力传输技术比拟，传输距离方面比较远，与电磁辐射传输技术比拟，具有较好的传输效率。按照目前的状态进行分析，我们知道，不单单是国内许多研究机构对无线充电技术一直在宏观和短距离无线供电产品进行了研究分析以及深入讨论，就连国外也对此进行市场价值、发展趋势进行分析与讨论。无线电技术的成长将在全世界的范围内进行传播，通信系统从最古老的无线电、电报演变到今天的高科技卫星和微波通信技术，在人们的未来生活中扮演着重要角色。然而，无线通信传输的不足之处在于，它仅是一个薄弱的消息，相对来说，假设无线传输距离变得远了，设备的能耗相对也会变高，电力接收能量的能力就会减弱。因此该技术还需继续完善，将能源发挥其最佳状态。
一、系统总体设计方案
（一）系统总体设计方案简述
无线传输电力系统的构成分为：驱动模块，显示模块，节制模块，高效率直流稳压模块。
本方案的设计基本功能：
1.使用高效的直流电源为能量设备的无线传输提供发射线圈所需的稳定电流电压在指定范围内的小家电，如MP3、智能手机等直接进行供电；
2.使用液晶显示装配显示实时显示充电电压，充电时刻当即暗示；
3.使用继电保护电路，设置正常范围内的电流和电压，将显示充电指示灯，充电，充电正常，则红灯亮，电路充满状态，则蓝灯亮；
4.根据无线电力传输进行后续控制，在整个充电过程中，可通过设置按钮，满足电池的对充电电流的需要。
（二）系统的理论分析
进一步完善无线充电设计，实际设计中采纳了与最常见的传输方式：电磁感应无线电接力传输。电磁感应的道理，是通过初级线圈和低级线圈形成非接触耦合振荡器，达到电磁能量转换的效果，完成无线传输。使用线圈耦合来传输能量是设计过程中最为关键之处，目的是担保电路的接收部分能够接收充沛的能量，达到充电控制电路的效果。即使云云，如何提高充电电路的能源效率？其关键因素在于是否考虑到设计电路的基本要求，能量传输效率提高至最佳状态，也是降低功耗的最佳设计。
图1 电磁感应系流程图
二、系统的硬件设计
（一）单片机的选择与其控制
控制指令程序实现无线能量传输过程是该系统采用最主要的任务。经过采集数据，并进行相应的分析处理，将数据传送至显示电路。另一方面使用555方波发生器输出PWM信号，对DC / DC转换芯片进行有效控制。控制模块的具体流程是对电源模块进行初始化操作，以及相应的复位操作。当键盘启动软件程序，则开始整个系统的操作，按键设置确定输出电流以及恒定电压。响应子程序计算PWM信号波形占空比，将其输出电流或电压值数据进行收集，传输到LCD显示模块电路，达到人机交互信息的效果。在输出过程中，通过微控制器定时器检测输出电流或电压，与设定值比较后调整PWM占空比，保证输出电压趋于设定值，减少实验误差。在整个充电的电路过程中，充电的程度由指示灯的明暗状态来确定，同时利用检测得到相应大小的电流数据，对充电过程达到智能控制的效果。整个控制过程电路如下：
图2 单片机控制电路
（二）发射电路设计
发射机模块的主要构成分为功率放大器电路，振荡电路，电源。电源用于交流直流，为整体电路供给直流供电。是以，功率放大器电路须要放大，终极传输耦合线圈。发射机电路由NE555构成系统无线传输模块，并且因多谐振荡器波形电路和谐振功率放大器组成。如下图所示。
图3 发射电路
（三）电源稳压模块设计
选择低压差动调节器是为了更好地消除电力系统的功耗损失，将使用效率提高，同时减少整个电力系统的热量。由于供应所需电压，因此该设计使用LM7805系列调节器。电源模块通过变压器对AC220V电源进行降压，通过电源输入调节整流滤波，议定三端稳压器LM7805，单芯片电压供电工作。
图4 电源设计
（四）按键电路设计
在整个电路模块设计中，因为按钮数量不是很多。以是自立按钮的方式，有效削弱编程难度，图中显示了关键接线图的设计。如图5所示，系统键盘模块设计三个按钮S1，S2，S3，其中S1为电流/电压+，S2为电压/电流 ，S3为设定按钮，可以控制输出电流和电压的设定。
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