无线充电智能车的设计与实现

无线充电智能车的设计与实现

杨彪

摘要：本文以新能源汽车的现状和发展趋势为研究背景，自制电动小车为研究对象，讨论了基于法拉电容和无线充电同时利用单片机控制的电动小车的设计与实现，为新能源汽车的发展提供了一定的借鉴意义。

关键词：无线充电；法拉电容；单片机；自启动

1引言

随着交通领域的发展，发展节能与新能源汽车已成为政府关注的焦点和汽车企业研发的重点。我国石油资源有限，电动汽车能大幅度节约石油资源，但电动汽车的普及还面临许多问题，目前我国非接触式的无线充电技术尚处于起步阶段，利用无线充电技术可以省却繁琐的充电作业，避免了充电插口之间的磨损和老化问题带来的安全风险。

2 模块的设计与实现

2.1 60s无线充电倒计时模块

（1）模块需求分析

小车检测无线充电状态，如果开始充电，给小车充电时间计时60s，60s后停止充电。

（2）倒计时解决方案

运用单片机的定时器完成定时功能的方式结合了硬件定时和软件定时，硬件定时指单片机的晶振频率所设定的固定定时器参数，软件定时指通过编程和定时器语句参数设定完成定时。这种方式不但定时精确，并且提高了单片机系统的资源利用率，避免了软件延时循环语句所造成的资源浪费，而且这种定时方式还可以在计时的过程中执行其他语句，大大地提高了单片机的运行效率。

（3）倒计时控制无线充电解决方案

在无线充电模块接入电源之前，通过控制无线充电发射模块的通电时间实现60s计时。单片机I/O口直接连接无线充电发射模块，51单片机通电后，执行60s倒计时程序并打开I/O口输出高电平，由于I/O电流输出几十mA，远远小于无线充电所需电流，而继电器又是一种自动开关，所以用继电器接入无线充电发射模块并通过单片机给继电器不同的电平信号，5V高电平或者0V低电平，通过继电器不同的输出导通状态来控制发射线圈的通电，通电60s后单片机I/O口控制继电器断开，无线充电发射模块断电，从而实现60s的充电计时，该单片机加继电器来操控倒计时更为稳定，并且无线充电模块断开后避免造成能量的损失。

（4）工具选择以及方案设计

选取51单片机控制60s延时程序的计时，单路5v继电器控制无线充电发射模块的启动与停止。

（5）程序模拟测试

在Proteus仿真电路画好电路仿真图，这时需要模拟单片机的程序运行状态。将新建项目写好的倒计时代码程序通过编译成单片机可执行的二进制文件。将编译好后的.hex文件放入仿真电路的51单片机里，用LED灯模拟P1.1接口的电平高低，执行程序。

2.2 自启动模块分析设计

当充电结束后，小车需要结束法拉电容的充电并驱使电机运转来实现自启动，即充电电路与放电电路的转换。本研究使用单路继电器作为小车的自动启动控制开关，当小车充电时，无线接收模块的电压为5V，当停止充电时接收模块的电压为0V。基于这一特性，将小车接收模块的输出电压作为继电器的启动开关来实现小车的自启动，继电器得电时小车充电电路接通，继电器失电时自动切换到小车的法拉电容连接的放电电路，这样可以准确无误的判断小车的充电状态并实现自启动功能，小车放电电路接入一个DC-DC的电压变化装置从而实现小车断电后自动前进的目的。

自启动模块的实现：当无线发射模块停止发射能量时，小车电路板供电停止，当继电器没有了电流之后簧片带动衔铁回到初始状态，放电电路导通，法拉电容经过升压模块为小车马达供电，小车完成自启动。无线发射模块和接收模块工作时让小车充电，基于继电器的特性，输入部分和控制部分都有电压时，导通小车的充电部分线路回路，超级电容开始充电，切断超级电容与电机的供电回路。由于无线接收线圈装置的接受模块输出电压为5V，因此采用5V驱动的继电器。

2.3 DC-DC模块分析设计

在超级电容放电的过程中，电容端电压不断下降，电压小于电机启动电压时，小车电机转速慢，扭矩不够，因此加入DC-DC升压模块来提升电压，即使超级电容电压低仍可以驱动小车电机，提升小车行驶距离和爬坡距离。

DC-DC模块的选取：

方案（1）：法拉电容输出采用升压模块MT3608。该器件输入电压范围广，效率高，2~24V的输入电压可经过最大4A的电流，通过旋转电位器，为其输出部分电压达到5~28V。并且该器件具有短路保护，输出电压大于输入电压，过热保护等功能。

方案（2）：采用TPS63020器件是一款电源解决方案，使其电压降至2.5V或更低的水平，升压最大为5V。

综合上两个方案，方案（1）更符合本研究的要求，因此选用MT3608作为升压模块，该模块可以将输入的不稳定低电压调节成稳定的高电压输出。

4 总结

本研究在充电装置上摆脱传统的插电式充电，采用电磁感应无线充电方式，并使用法拉电容充当小车电池，无线充电60s后，小车自身检测到未在充电则立即启动并驱动电机向前行走直到电量耗尽，并设置了不同的斜坡角度检测了小车的爬坡性能。该研究方案为新能源汽车的发展提供了一定的借鉴意义，具有一定的应用价值。

参考文献：

[1]丁石川. 超级电容关键技术及其在电动汽车中的应用研究[D].东南大学,2018.

[2]邓垚光,何高翔,陈泳林等.基于电磁感应的无线充电接收电路设计[J].电子测 试,2020(01):95-96.

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