采用單片機技術的無線供電系統設計討論

作者/周羅善，煙臺北方星空自控科技有限公司

單片機的發展是隨著微機技術的不斷發展而來的。網絡技術應用在測控領域，使得多機的測控系統，利用PC機和多片單片共同構成了網絡系統，這是一個測量系統的重要發展方向，就是在下位機的位置進行數據采集，利用單片機加以現場的控制，面向被控對象的底層加強應用，分析和處理功能強大的主控PC機，并且利用采集到的數據，將應用加以處理，最終完成主控單元系統運行[1]。

1.工作原理分析

生活中不乏無線電子設備，作為人們工作和娛樂不可或缺的設備，采用電池供電的設備需要在電量用完之后，使用充電器進行充電，但是插拔過于頻繁不僅帶來適用上的不變，也容易損壞充電器，而便攜設備的充電器，又各不相同，因此大量的生產資源被生產出來又被浪費著。采用近距離無線供電的方法就成為了迫不及待的解決良策。這一方法利用了電磁感應的方法，將電能通過無線的方法傳輸到電器中，未來的供電方式，只要是在無線供電器的范圍內，就可以對便攜式電器進行充電。它將擁有巨大的市場，有必要對其無線供電電路進行分析，通過程序的編寫將其工作原理加以展示[2]。

無線電源的線路，面向被控對象，眾多的數據被采集、分析和處理，大量的數據交換產生在單片機和PC機之中，大部分的時間卻處在空閑的狀態，這種情況倒置了電話號碼常常由于測控數據的模擬率不高，導致電能在連接的無線網絡里傳輸的過程中，需要采用單片機的技術，進行資源的布線成本的降低，因此對這一系統進行工作原理的分析具有十分重要的意義[2]。

1.1 基本原理

變化的電磁來自于變化的電廠。變壓器的傳送原理以及對能量的傳輸的工作原理就是采用分開變壓器的線圈的方式，完成無線供電，介質為高磁導率的磁芯，傳輸的時候，能量消耗過大，因此采用這一方法無法實現遠距離的無線供電。

采用光電耦合的方法，可以通過光的能量將電能傳送到無線充電器中，如今，電能轉換為光能，再轉換到電器中的電能的技術已經相當成熟，但是這一技術的問題在于傳輸的過程中不能出現障礙予以阻擋[3]。

采用電磁共振的方法，可以將兩種相通共振頻率的介質加以能量的傳遞，類似聲波共振的原理。

從早期的直流脈沖式到現在的電磁耦合多頻式，采用鍵盤方式進行操作，擁有著很多的優點，如簡單和快速，抗干擾能力較強等等。其工作原理是以一定的方式的組合，采用低電磁的信號和高電磁的電磁的組合，構成了多個電磁的信號，每種信號采用了電磁的組合，將無線電源中的電場進行了高低磁場的排列，能量傳輸的效率很高[4]。

1.2 電磁介紹

采用多個頻率合成電磁后，出新了低頻阻和高頻組的區分，每個拼組都有多個電磁和頻率，對應的BCD碼多達到18個。鍵值對應的頻率在按下鍵盤之后，由于頻率組合的變壓器上進行傳輸，采用這原邊線圈和副邊線圈分離的方法，可以避免空隙過大，最終產生較大的磁漏，影響能量傳輸的效率，為了將能量的傳輸效率予以提高，應先將輻射予以降低，然后對之加以設計，得到了采樣點的A/D值，最終形成了采樣頻率的對應表，在單片機粒使用D/A轉換器加以輸出，得到了雙音頻的數字信號[5]。

2.系統設計

近距離無線供電系統主要由兩部分電路組成，發射電路和接受電路，當需要供電時，只需要將接收線圈靠近發射線圈，通過電磁感應，發射端的能量就傳輸到接收端。

由 12V 電源對發射電路進行供電，單片機 AT89C2051的 8 號引腳接跳線選擇開關 S1，開關接通即接地產生頻率約 167kHz 的信號，開關斷開時產生頻率為 100kHz 的信號，信號通過 11 號引腳將信號傳遞給三極管 8550( 2073 的驅動) 和 2073( 其上接有散熱片) ，再通過發射線圈發射信號。而接收線圈接收信號后，經過整流，可以點亮發光二極管 D2( 相當于負載) 和 D3( 相當于工作指示燈) ，即實現無線供電。

用戶可以采用自動接收的方式，只需要將接收和發射線圈進行靠近，就可以實現供電。如果是數據進行回傳，則可以采用模擬的信號，協助將電話的音頻信號加以通信和實現。系統的軟件主要將各個模塊之間加以協調和控制，采用人機交互的方式，進行通信協議的執行。

在發射電路中使用了單片機 AT89C2051，單片機AT89C2051 為實現無線供電。跳線開關 S1接通時，運行一次是 6 個機器周期，高電平“1”有 3 個機器周期，低電平“0”有 3 個機器周期，一個機器周期為 1 μs 。NOP 指令占 1 個機周。JNB 指令占 2 個機器周期，SJMP 指令占 2 個機器周期。S1導通，P3． 4 為低電平時，程序執行一次是 6 μs，信號頻率 167kHz。S1斷開，當 P3． 4 為高電平時，程序執行一次是 10 μs，信號頻率 100 kHz。

圖1 單片機工作框

3.試驗結果

用銅線構成發射線圈和接受線圈，其形狀和參數完全相同，在接受電路中加一個電壓表，當整個電路處于工作狀態時，可以看到電壓表的示數為 4.5 V，也就是說接收電路可以輸出 4.5 V 的直流電壓。

對于傳感器的數據的采集，是利用I/V變換專程標準電壓信號后，單片機進行了接收，然后跟隨著著通濾波器進行輸出，并加強抗干擾，去除大部分固定的干擾，然后就可以采用軟件濾波的方法，進行第二道防線的加固[7]。

對于電路的接收，采用放大的方式，根據負載的需要，改變時鐘頻率，得到頻率不同的信號，信號的放大，采用三極管的放大電路加以接受，利用耦合的方法，將變壓器加以耦合的利用，電路利用三級管的共集，增加了電路的抗干擾的性能，使得電路的安全得到了保障。上位機和下位機的程序的設計，采用雙機通信控制的方法，進行通信協議的執行。

單片機產生信號進行頻率的計算，實在開關接通后，先進行機周的運行，然后采用NOP指令將機周占據，占據多個機周后，采用斷開信號頻率的方法，將低電平加以占用，程序執行采用10μs的方式，信號頻率為100kHz,根據兩種頻率的需要，改變時鐘的頻率后，高電平擁有了3個機器周期，程序執行的信號頻率為168Hz 。

4.結語

為了將系統不斷加強擴展和改進，主控器的數碼管理和鍵盤的操控采用了微機和人工雙重控制的方法，對于提高系統可靠性具有功能互補的作用，經過采用試驗的方法，將發射線圈和接受線圈的形狀和參數加以耦合，得到了先溝通的電壓表的示數，說明在電路工作的狀態啊，接受電路可以輸出4.5V的直流電壓。

* [1] 高偉,陶玉貴,葛勝升等.采用單片機技術的無線供電系統設計[J].重慶工商大學學報（自然科學版）,2013,30(4)∶35—38.

* [2] 劉盾,張柏霖.基于單片機控制技術的無線供電系統設計[J].電子制作 ,2013,(24)∶27—27.

* [3] 鄭宇平.采用單片機技術的無線供電系統設計[J].科技創業家 ,2013,(17)∶61—61.

* [4] 王亞男.田間信息的遠程獲取與無線傳輸系統的研究[D].東北農業大學,2013.

* [5] 郭邦政.基于GSM短消息的廠用箱變抄表及通信系統設計[D].山東科技大學,2015.

* [6] 霍曉瑋.裝載機無線遙控系統研究[D].廈門大學,2011.

* [7] 田常玲.注水井壓力自動采集系統的研究與應用[D].中國石油大學(華東),2012.