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1、 參 賽 說 明 書 課題名稱：單片機(jī)控制的無線充電的 微型電動(dòng)汽車設(shè)計(jì) 所屬院校：?？诮?jīng)濟(jì)學(xué)院 院系專業(yè)：信息工程學(xué)院通信工程 制作團(tuán)隊(duì)：范倩、趙洋濤、王成豐 指導(dǎo)老師：孫玉軒、何斌 完成時(shí)間：2013.5.27摘 要 本作品主要采用無線充電技術(shù)與超級(jí)電容，用單片機(jī)控制無線充放電的切換，無線充電線圈的定位，實(shí)現(xiàn)了無線充電的微型電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)使用無線充電與超級(jí)電容，可安全，快速，有效的為小車提供電能。親手設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的無線控制模塊電路，并制成了PCB板，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)無線充放電模式的自動(dòng)切換并用LED燈提示，可隨時(shí)用LCD顯示充電的電壓，充電

2、的時(shí)間。小車用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并通過無線遙控控制小車行進(jìn)方向。 關(guān)鍵字：無線充電 超級(jí)電容 無線充電控制 目 錄 摘 要 2 一、概述 4 二、總體設(shè)計(jì) 5 三、硬件設(shè)計(jì) 5 3.1無線充放電控制模塊 5 3.1.1A/D轉(zhuǎn)換模塊 6 3.1.2數(shù)碼管顯示模塊 6 3.1.3最小單片機(jī)系統(tǒng) 7 3.1.4四位獨(dú)立按鍵 7 3.1.5電源模塊 7 3.2無線充電模塊超級(jí)電容 8 3.3四鍵無線遙控控制模塊 8 3.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 9 四 軟件設(shè)計(jì) 10 4.1充放電控制程序設(shè)計(jì) 11 4.2無線遙控程序設(shè)計(jì) 11 五

3、 發(fā)展方向 11 六 附錄 12 6.1無線充放電控制原理圖 12 6.2無線充放電控制PCB圖 13 6.3源程序 13 6.3.1無線充放電控制源程序 13 6.3.2無線遙控源程序 21 一、概述 當(dāng)今社會(huì)，隨著世界工業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類在能源方面面臨著前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，研究開發(fā)替代性綠色能源有著至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義。 手機(jī)、MP3和筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備進(jìn)行充電主要采用的是一端連接交流電源，另一端連接便攜式電子設(shè)備充電電池的傳統(tǒng)充電方式。這種方式有很多不利的地方，首先頻繁的插拔很容易損壞接頭．另外也可能帶來觸電的危險(xiǎn)。因此．非接觸式感應(yīng)充電器在上

4、個(gè)世紀(jì)末期誕生．憑借其攜帶方便、成本低、無需布線等優(yōu)勢(shì)迅速受到各界關(guān)注。因此，實(shí)現(xiàn)無線充電，能量傳輸效率高，便于攜帶成為充電系統(tǒng)的研究方向之一。 本作品通過硬件搭建，實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容的無線充電，再通過超級(jí)電容放電，對(duì)小車進(jìn)行供電，用無線遙控模塊遙控小車。全過程使用單片機(jī)軟件編程進(jìn)行控制與監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)全部功能。本作品的優(yōu)點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面： 1. 無線充電解決電氣接口不同或充電器不兼容的問題，增強(qiáng)便攜性、美觀性以及使用的安全性。在小功率充電方面，產(chǎn)生的磁場(chǎng)與地球磁場(chǎng)相近不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生傷害，并且電能轉(zhuǎn)化的效率高。 2. 超級(jí)電容在各種電能儲(chǔ)存方式中具有功率密度高，充電速度快，循環(huán)使用壽命長，效

5、率高，充放電過程基本可逆，低溫性能優(yōu)越，控制簡單，綠色環(huán)保，安全性好的優(yōu)勢(shì)。使用超級(jí)電容能大大提高儲(chǔ)存電量。 3. 使用單片機(jī)軟件編程控制充放電的過程安全性好，電路設(shè)計(jì)簡單，軟件編程也很容易。技術(shù)非常成熟。 4. 使用無線遙控技術(shù)控制小車，通過51單片機(jī)最小系統(tǒng)軟件編程控制，用L298N驅(qū)動(dòng)模塊和無線接收模塊，實(shí)現(xiàn)小車的無線控制。 二、總體設(shè)計(jì) 本作品的原理框圖如下所示：以無線充電為核心，利用超級(jí)電容的充電迅速，儲(chǔ)能多的特性，存儲(chǔ)電能。使用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)無線充放電控制模塊，對(duì)無線充電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過無線遙控技術(shù)軟件編程，使用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制小車的行駛。 三、硬件設(shè)計(jì)

6、 3.1無線充放電控制模塊 本作品使用AT89C51單片機(jī)，設(shè)計(jì)硬件電路圖，并制成PCB板，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)無線充電控制，實(shí)現(xiàn)的功能有：充放電模式的自動(dòng)切換，并隨時(shí)顯示監(jiān)控的電壓，顯示充電時(shí)間以及提示充電是否完全。 3.1.1A/D轉(zhuǎn)換模塊 圖3.1 A/D轉(zhuǎn)換電路 A/D轉(zhuǎn)換模塊使用PCF8591芯片，完成充放電電路電壓的轉(zhuǎn)換。PCF8591具有4個(gè)模擬輸入、1個(gè)模擬輸出和1個(gè)串行I2C總線接口。本設(shè)計(jì)使用AIN0模擬輸入口，輸入充放電的電壓值。 3.1.2數(shù)碼管顯示模塊 圖3.2 數(shù)碼管顯示電路 此模塊用于單片機(jī)控制的電壓顯示，從而可以試試監(jiān)控給電池組充電以及放電電情

7、況。 3.1.3最小單片機(jī)系統(tǒng) 圖3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 用作小車充電的監(jiān)控以及電池組的保護(hù)、監(jiān)控，小車無線充電時(shí)需要此單片機(jī)進(jìn)行充電正副線圈的匹配。 3.1.4四位獨(dú)立按鍵 圖3.4 獨(dú)立按鍵電路 用于用戶后續(xù)擴(kuò)展使用。 3.2無線充電模塊超級(jí)電容 本作品的無線充電采用“磁耦合共振”這種新技術(shù)，當(dāng)發(fā)射端通電時(shí)，它并不會(huì)向外發(fā)射電磁波，而只是在周圍形成一個(gè)非輻射的磁場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)用來和接收端聯(lián)絡(luò)，激發(fā)接收端的共振， 從而以很小的消耗為代價(jià)來傳輸能量。在這項(xiàng)技術(shù)中，磁場(chǎng)的強(qiáng)度將不過和地球磁場(chǎng)強(qiáng)度相似，不用擔(dān)心這種技術(shù)會(huì)對(duì)身體和其他設(shè)備產(chǎn)生不良影響。 圖3.5

8、無線充電原理圖 無線充電模塊內(nèi)部集成了振蕩電路、整形電路、檢測(cè)電路、頻率干擾抑制電路、電流自動(dòng)控制、無線功率發(fā)射電路等部分組成。發(fā)射模塊可以在5～12V電壓下工作，輸出為5V 500mA。其接收端接收的功率由收發(fā)距離決定。 圖3.6 無線收發(fā)模塊實(shí)物 超級(jí)電容就是一個(gè)用來存儲(chǔ)無線充電能量的電池。相對(duì)于一般的電池，超級(jí)電容具有充電時(shí)間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)。本作品共使用6個(gè)耐壓值為2.7V的超級(jí)電容，每三個(gè)電容串聯(lián)，最后把串聯(lián)的電容并聯(lián)。 3.3四鍵無線遙控控制模塊 無線遙控模塊使用集成模塊，基本技術(shù)參數(shù)如下所示： 工作電壓(V)： DC5V 靜態(tài)

9、電流(mA)： 4.5mA 工作溫度：-10℃~+70℃ 接收靈敏度(dBm)： -105DB 工作頻率(MHz)：315、433.92MHz（266-433MHZ頻率段可任選） 工作方式：M4（點(diǎn)動(dòng)：按住不松手就輸出，一松手就停止輸出）、L4（互鎖：四路同時(shí)只能有一路輸出）、T4（自鎖：四路相互獨(dú)立輸出、互不影響，按一下輸出再按一下停止輸出） 天線長度：1/4波長的天線接收效果最好，一般采用50歐姆單芯導(dǎo)線，天線的長度315M的約為23cm，433M的約為17cm； 圖3.7 無線遙控模塊 3.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 L298N驅(qū)動(dòng)模塊，可以直接驅(qū)動(dòng)兩路3-30V直流電機(jī)，并提供

10、5V輸出接口，直接給單片機(jī)電路供電，支持3VMCU控制，方便控制直流電機(jī)速度和方向。原理圖如下： 圖3.8 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖 模塊接線方法：IN1-IN4接單片機(jī)的P04-P07的I/O接口，OUT1-OUT2接直流電機(jī)1，OUT3-OUT4接直流電機(jī)2，VCC,GND接超級(jí)電容的正負(fù)極。5V輸出直接給單片機(jī)供電。 四 軟件設(shè)計(jì) 4.1充放電控制程序設(shè)計(jì) 無線充放電的控制，依賴于單片機(jī)的軟件編程。使用PCF8591芯片實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。用12MHz的晶振實(shí)現(xiàn)定時(shí)計(jì)數(shù)，通過四位獨(dú)立按鍵切換顯示。利用二極管的單向?qū)ㄐ詫?shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。 4.2無線遙控程序設(shè)計(jì) 無線遙控接

11、收模塊直接與單片機(jī)的P3.4-P3.7I/O接口相連，可直接通過遙控控制。 小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)與P0.4-P0.7I/O接口相連，通過改變高低電平，實(shí)現(xiàn)小車的各項(xiàng)操作。 五 發(fā)展方向 本作品只是初步實(shí)現(xiàn)無線充電的功能，還需要進(jìn)一步完善。比如說，只是進(jìn)行短距離充電，考慮長距離充電轉(zhuǎn)化效率還能低。充電的時(shí)間也過長，需要增加充電電壓與電流，實(shí)現(xiàn)快速充電。超級(jí)電容也需要一個(gè)保護(hù)電路，以免充電過壓或過流等。無線充電控制電路的功能太過單一，可通過I/O口進(jìn)行擴(kuò)充，增加作品功能。 六 附錄 6.1無線充放電控制原理圖 6.2無線充放電控制PCB圖 6.3源程序 6.3.1無線充放電控

12、制源程序 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit rs=P2^5; //定義 sbit rw=P2^6; // 定義讀\寫端口 sbit e=P2^7; // 定義使能信號(hào)引腳 sbit SDA=P3^2; sbit SCL=P3^3; uchar num=0; char shi,fen,miao; uchar count,mm; uchar code table[]=":"; uchar c

13、ode table0[]=" V:000.0"; uchar code table1[]=" Time 00:00:00 "; /******延時(shí)***********************************/ void delay(uint z) { uint x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); } /************************寫指令***********************/ void write_com(uchar com) {

14、rs=0; // 指令 rw=0; // 寫入 e=0; P0=com; delay(5); e=1; //允許 delay(5); e=0; } /*************************寫數(shù)據(jù)********************/ void write_date(uchar date) { rs=1; // 數(shù)據(jù) rw=0; //寫入 e=0; P0

15、=date; delay(5); e=1; // 允許 delay(5); e=0; } ///////延時(shí)函數(shù)////// //////////啟動(dòng)總線//////// void Start(){ SDA=1; SCL=1; delay(5); SDA=0; delay(5); SCL=0; } //////////結(jié)束總線/////////// void Stop() { SDA=0; SCL=1;

16、 delay(5); SDA=1; delay(5); } //////非應(yīng)答函數(shù)///////// void Noack(){ SDA=1; delay(5); SCL=1; delay(5); SCL=0; } void Ack(){ SDA=0; delay(5); SCL=1; delay(5); SCL=0; } /////////數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)////// void Send(uchar c) { uchar bite;

17、 for(bite=0;bite<8;bite++) { if((c<

18、 for(bite=0;bite<8;bite++) { SCL=0; delay(5); SCL=1; delay(5); byte<<=1; if(SDA==1)byte+=1; } SCL=0; delay(5); return(byte); } ///////////讀取數(shù)值//////// uchar Read(uchar AI){ uchar z; Start();

19、 Send(0x90); Ack(); Send(0x40|AI); Ack(); Start(); Send(0x91); Ack(); z=Rec(); Noack(); Stop(); return(z); } /**********************LCD初始化***************/ void init(){ uchar n; shi=0; fen=0; miao=0;

20、 write_com(0x38); write_com(0x0c); //顯示控制 write_com(0x06); //地址加1 字符不移動(dòng) write_com(0x01); //清零 write_com(0x80); for(n=0;n<8;n++) write_date(table0[n]); delay(5); write_com(0xc0); for(n=0;n<16;n++) write_

21、date(table1[n]); delay(5); TMOD|=0x11; EA=1; ET0=1; TR0=1; ET1=1; TR1=1; TH0=(65536-46083)/256; TL0=(65536-46083)%256; TH1=(65536-2000)/256; //重新賦值 TL1=(65536-2000)%256; } /*************************顯示**********

22、***********/ void write_sfm(uchar add,uchar date) { uchar shi,ge; //對(duì)應(yīng)的一個(gè)數(shù)分離開來 分別送入對(duì)應(yīng)地址顯示 shi=date/10; ge=date%10; write_com(0xc0+add); write_date(0x30+shi); write_date(0x30+ge); } /*void write_sf(uchar add,uchar num) { uchar i,j,k,l; i=num/1000; j=num%100; k=(nu

23、m%100)/10; l= (num%100)%10; write_com(0x80+add); write_date(0x30+i); write_date(0x30+j); write_date(0x30+k); write_date(0x30+l); } /*********************主函數(shù)*************************/ void main() { init(); while(1){ num=Read(0); write_com(0x80+3); write_date(0x30+n

24、um/1000); write_date(0x30+(num/100)%10); write_date(0x30+(num%100)/10); write_com(0x80+7); write_date(0x30+(num%100)%10); write_sfm(6,shi); //每次變化后的時(shí) 數(shù)據(jù)送入顯示 write_sfm(9,fen); // 每次變化后的分 數(shù)據(jù)送入顯示 write_sfm(12,miao); // 每次變化后的秒 數(shù)據(jù)送入顯示 } } void Timer1(void) i

25、nterrupt 3 { TH1=(65536-2000)/256; //重新賦值 TL1=(65536-2000)%256; } /******************中斷處理**********************/ void yy() interrupt 1 { TH0=(65536-46083)/256; TL0=(65536-45083)%256; count++; if(count==20){ count=0; //count到20清零

26、 miao++; //秒加1 if(miao==60){ miao=0; //秒到60 清零 fen++; //分加1 if(fen==60) { fen=0; //分到60清零 shi++; //時(shí)加1

27、 if(shi==24) { shi=0;//時(shí)到24清零 } } } }} 6.3.2無線遙控源程序 #include #include sbit P04=P0^4; sbit P05=P0^5; sbit P06=P0^6; sbit P07=P0^7; sbit P23=P2^3; unsigned char a,b; void delay10ms()

28、 { for(a=100;a>0;a--) for(b=225;b>0;b--); } sbit A=P3^4; sbit E=P3^5; sbit C=P3^6; sbit D=P3^7; void main(void) { while(1) { P23=0; if(A==1) //前進(jìn) { P04=0;P05=1;P06=0;P07=1; delay10ms(); } if(E==1) //

29、后退 { P04=1;P05=0;P06=1;P07=0; delay10ms(); } if(C==1) //左轉(zhuǎn) { P04=0;P05=1;P06=1;P07=0; delay10ms(); } if(D==1) //右轉(zhuǎn) { P04=1;P05=0;P06=0;P07=1; } if(A==0&&E==0&&C==0&&D==0) //停止 { P04=1;P05=1;P06=1;P07=1; } } }