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1、
參
賽
說(shuō)
明
書(shū)
課題名稱：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制的無(wú)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(wú)線充電技術(shù)與超級(jí)電容，用單片機(jī)控制無(wú)線充放電的切換，無(wú)線充電線圈的定位，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線充電的微型電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)使用無(wú)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(wú)線控制模塊電路，并制成了PCB板，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)無(wú)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(guò)無(wú)線遙控控制小車行進(jìn)方向。
關(guān)鍵字：無(wú)線充電 超級(jí)電容 無(wú)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(wú)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(wú)線充電模塊超級(jí)電容 8
3.3四鍵無(wú)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(wú)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(wú)線充放電控制原理圖 12
6.2無(wú)線充放電控制PCB圖 13
6.3源程序 13
6.3.1無(wú)線充放電控制源程序 13
6.3.2無(wú)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(kāi)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(lái)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(wú)需布線等優(yōu)勢(shì)迅速受到各界關(guān)注。因此，實(shí)現(xiàn)無(wú)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(guò)硬件搭建，實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容的無(wú)線充電，再通過(guò)超級(jí)電容放電，對(duì)小車進(jìn)行供電，用無(wú)線遙控模塊遙控小車。全過(guò)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(wú)線充電解決電氣接口不同或充電器不兼容的問(wèn)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(zhǎng)，效
5、率高，充放電過(guò)程基本可逆，低溫性能優(yōu)越，控制簡(jiǎn)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(guò)程安全性好，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，軟件編程也很容易。技術(shù)非常成熟。
4. 使用無(wú)線遙控技術(shù)控制小車，通過(guò)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(wú)線接收模塊，實(shí)現(xiàn)小車的無(wú)線控制。
二、總體設(shè)計(jì)
本作品的原理框圖如下所示：以無(wú)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(wú)線充放電控制模塊，對(duì)無(wú)線充電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)無(wú)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(wú)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(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)無(wú)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(wú)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(wú)線充電模塊超級(jí)電容
本作品的無(wú)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(lái)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(lái)傳輸能量。在這項(xiàng)技術(shù)中，磁場(chǎng)的強(qiáng)度將不過(guò)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(wú)線充電原理圖
無(wú)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(wú)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(wú)線收發(fā)模塊實(shí)物
超級(jí)電容就是一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)無(wú)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(zhǎng)、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(wú)線遙控控制模塊
無(wú)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(zhǎng)度：1/4波長(zhǎng)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(zhǎng)度315M的約為23cm，433M的約為17cm；
圖3.7 無(wú)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(wú)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(guò)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(wú)線遙控程序設(shè)計(jì)
無(wú)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(guò)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(guò)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(wú)線充電的功能，還需要進(jìn)一步完善。比如說(shuō)，只是進(jìn)行短距離充電，考慮長(zhǎng)距離充電轉(zhuǎn)化效率還能低。充電的時(shí)間也過(guò)長(zhǎng)，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(guò)壓或過(guò)流等。無(wú)線充電控制電路的功能太過(guò)單一，可通過(guò)I/O口進(jìn)行擴(kuò)充，增加作品功能。
六 附錄
6.1無(wú)線充放電控制原理圖
6.2無(wú)線充放電控制PCB圖
6.3源程序
6.3.1無(wú)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(xiě)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(xiě)指令***********************/
void write_com(uchar com)
{
14、rs=0; // 指令
rw=0; // 寫(xiě)入
e=0;
P0=com;
delay(5);
e=1; //允許
delay(5);
e=0;
}
/*************************寫(xiě)數(shù)據(jù)********************/
void write_date(uchar date)
{
rs=1; // 數(shù)據(jù)
rw=0; //寫(xiě)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(kāi)來(lái) 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(wú)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;
}
}
}
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