2014年TI杯大学生电子设计竞赛设计报告.doc

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1、2014年TI杯大学生电子设计竞赛无线电能传输装置（F题）设计报告摘要本设计以TI公司生产的超低功耗MCUMSP430处理器为核心设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置。该装置主要由驱动电路、发射线圈、接收线圈、电能变换四部分组成。该无线电能传输装置能够在一定距离条件下无线传输电能。一定条件下的传输效率与发射线圈与接收线圈的距离为评判设计完成指标。当前主要的无线能量传输方式中,磁耦合谐振式无线供电技术这种新型的供电方式不但可以使无线供电的距离提升到米级范畴,突破了无线能量传输距离这个瓶颈,同时还会分离开用电设备与供电设备之间的物理连

2、接,这样在提高用电设备的美观,实用性的同时,还可以改善用电设备的安全性。本设计通过运用关键词：无线电能传输、磁耦合谐振、MSP430、传输效率、传输距离6目录一、引言.....................................3设计要求.................................3二、系统方案论证与选择.......................4波形选择.................................PWM波产生电路................................

3、三、理论分析与参数计算...................无线传输系统工作原理.......................参数计算...................................四、系统总体设计............................系统总体硬件电路框图.....................系统总体软件结构设计框图...............五、测试..................................六、结论及设计感想..........................七、

4、附录.................................总体电路图............................程序代码...........................八、参考文献.............................6一、引言设计要求设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。图1电能无线传输装置结构框图（1）保持发射线圈与接收线圈间距离x=10cm、输入直流电压U1=15V时，接收端输出直流电流I2=0.5A，输出直流电压U2≥8V，尽可能提高该无线电能传输装置

5、的效率η。（2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED灯（白色、1W）。在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。二、系统方案论证与选择系统总体框图波形选择方案一：LC高频振荡电路产生正弦波PWM波产生电路方案一：采用NE555构成频率可调的多谐振荡器驱动。555计时IC芯片是一款使用时间十分久远，使用范围十分广泛，设计方案十分成熟的计时IC芯片。而NE555是555计时IC芯片大家族中的一个型号。与其它的计时IC芯片相比，NE555有其独特的优势。比如，NE5556不仅可以

6、作为定时器使用，还可以作为施密特触发器使用，并且还不需另外的元器件。此外，当NE555用来输出PWM波时其外围电路十分简单，其本身的工作也十分稳定。NE555可稳定输出1MHz以下的方波，并且占空比可调，电路调试容易，成本较低。NE555的缺点是不带电路保护功能，PWM波输出需另接驱动电路，且不具备任何扩展功能。方案二：采用单片机产生功率MOS管开关驱动信号。现在市面上单片机的种类很多，常用的有MSC-51单片机，MSC-96单片机，MSP430系列单片机等等。每种单片机都有各自的特点和应用范围。例如，MSC-51单片机是一种具有8位C

7、PU的单片机，它的运算速度相比较与其他单片机来说要慢一些，但是胜在价格低廉，对于一些对单片机运算速度要求不是很高的应用场合，MSC-51单片机是具有一定优势的。而MSC-96单片机则可以看作是MSC-51单片机的升级版，它的CPU从8位升级到了16位。而MSP430系列单片机同样具备16位的CPU，但它的主打特性是低功耗，相比于其他系列的单片机来说，MSP430单片机自身的功耗很低，并且具备灵活的工作模式和低功耗模式转化机制，这样可以大大的节能省电可以通过控制MSP430内部定时器输出占空比可调的PWM波。此方案优点是输出方波稳定可调，

8、能够通过软件设计自带电路保护功能，可扩展性强；但缺点是需要调试软件，PWM波输出同样需另接驱动电路，且成本较高。综合比较选择方案二。三、理论分析与参数计算无线传输系统工作原理.导线绕制的线圈可视为电感与电容