多功能无线充电小车的设计
摘 要当前,中国正处于行业转型的关键时期,日益严重的环境污染使人们意识到改善环境的迫切性，科技进步日新月异，电动汽车的研究和发展逐渐被人们所重视，并在逐渐替代内燃机汽车,成为时代发展的主流。就目前发展而言,充电技术成为限制电动汽车发展的最大障碍,人们不得不寻求更加先进的技术解决电动汽车的充电问题。本课题提出了一种无线充电汽车的设计方案,可解决充电桩占地面积大,充电不方便的缺陷。本课题将对无线充电小车设计的硬件电路以及软件程序进行设计,硬件电路包含驱动电路设计,无线充电电路设计,红外避障电路设计,车速检测系统,中央控制系统,以及显示系统的设计。并对所使用的软件程序进行了设计,包括避障系统程序,车速检测系统程序,遥控系统程序,电机调速程序以及显示程序进行设计,并依据设计的硬件电路与软件程序搭建测试平台,实现了对系统的综合设计,完成系统调试工作,实现了自动避障,可遥控的无线充电小车设计,为新能源无线充电车设计提供了一种设计思路。
目录
1 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状以及发展趋势 1
1.3 研究要求以及内容 2
2 硬件电路设计 4
2.1 遥控电路的设计 4
2.2 电机驱动电路的设计 7
2.3 躲避障碍电路的设计 9
2.4 数据显示电路的设计 11
2.5 转速测量电路的设计 13
2.6 电源电路的设计 15
2.7无线充电电路的设计 17
2.8 单片机控制电路设计 17
3 软件设计分析 20
3.1 设计流程图 20
3.2 电机驱动子程序设计 21
3.3 遥控子程序设计 22
3.4 转速检测子程序设计 22
3.5 躲避障碍子程序设计 23
3.6 数据显示子程序设计 25
4 结论与展望 28
4.1 结论 28
4.2 展望 28
参考文献 29
致 谢 31
附 录 32
附录A：系统程序 32
1 绪论 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
1.1 研究背景和意义
内燃机技术的不断改进是促进汽车行业快速发展的重要因素，有权威数据显示截至2016年，全世界的汽车保守数量已经达到了11.3亿辆。但是由于之前由于汽车行业的发展随之带来的环境问题，没有被任重所重视，新能源汽车数量仅仅为100万两左右。传统汽车所带了的温室响应问题，日益突出，我们居住的地球污染逐渐加剧。随着人类保护环境的意识逐渐觉醒，人们试图开发新能源汽车，最终达到替代传统汽车的目的，以便从根本上解决大气环境污染问题。但是由于新能源汽车的发展刚刚起步，新能源汽车的性能暂时还不能和传统汽车的性能比，所以各个国家一方面给购买新能源汽车的车主很大的优惠和补助，另一方面给与相关车企各种政策照顾，大力鼓励全社会参与到新能源汽车的发展和传播中来，从最根本上解决环境问题，共同保护人来赖以生存的地球。电的发明，确实是人来文明发展过程中一个里程碑式的转折点，它从根本上改变了人类社会的生产方式，给人来社会带来了巨大的方便。
但是电能的输送，暂时却少不了现有的传输载体电线。随着电的普及，和电气设备的快速发明和普及，电线年久失修，破损带来的安全问题也很突出，城市的电线管理花费很多的人力物力财力，不仅如此，电能传送端地与电能接收端之间由于电线这种传输方式，而受到很大 的限制。这样的问题又引起了人们的思考。逐渐的，电能的无线输技术在各国科学家的共同努力下逐渐被发现，无线电传输技术不仅安全，而且节约了很多成本，也更加安全，所以无线电传输技术的发展逐渐被提上日程。
1.2 国内外研究现状以及发展趋势
由于近代工业革命的最先进行，都是在国外，所以国外电能的无线传输技术，这种非接触式的传输技术的发展速度快与国内也无可厚非，世界汽车知名品牌，如日本的丰田，德国的宝马，奥迪等，也将无线传输技术融合到新能源汽车的发展中，特别是当下已经将无线传输技术应用的很不错的美国车企特斯拉，虽然时有关于特斯拉的一些充电问题，但是它的进步也是有目共睹的。关于无线充电技术带来的电能流失问题，其中宝马利用可升降的无线充电技术解决了这一问题。这一技术可使能量发射圈更加接近汽车底盘哪里的能量接受圈。
著名的美国麻省理工大学教授Marin Soljacic发现，在共振线圈频率和系统工作频率一样的情况下，两个共振线圈会同过无线传输的方式进行能量的传输，她的团队与Delphi公司一起合作，经过艰苦奋斗，发明了非接触式的新能源汽车充电设备。不久之后，充电效率达到百分之八十，充电距离能够保持十厘米的电磁耦合式无线充电技术于2009年8月在日本问世，同时他们对无线充电系统在充电时，有物体遮挡的问题进行了深究。不久之后，比电磁耦合式无线充电技术更加具有充电距离远个功率更大的优势的磁耦合共振原理的无线充电技术被日本长野公司攻克。日本是一个资源相对贫乏的岛国，所以他们的节约资源，开发新能源的意识很强，所以他们在新能源汽车的发展进程中走在较前列。
我们国家对于汽车的无线充电技术研究起步比较晚，但在国家对新能源汽车发展逐渐重视之后，众多国内高校积极响应，纷纷成立了新能源对于新能源汽车进项研究的机构。加上国家定期举行关于新能源汽车无线充电技术的相关研讨会，不仅促使了各个机构对于研究成果的分享，更加引起了社会对于兴能源汽车无线充电技术的重视，最近几年吗、，我国的新能源汽车技术也获得了不错的研究成果。由基本的无线充电原理和影响充电效率的充电效率和功率计算模型别国内知名大学重庆大学教授孙跃教授提了出来。一直致力于研究新能源汽车电能无线充电技术的东南大学教授所带领的团队，也在最佳充电距离和对高频整流技术当面取得了不小的成果，他们对于电磁兼容和辐射的相关研究成果，也得到了世界各国科学家的一直赞赏。
1.3 研究要求以及内容
本课题旨在设计一款无线充电小车，小车能够实现自动避障，无线充电，并支持遥控功能，小车能够通过测速系统以及显示屏幕，控制行驶速度以及方向，并反馈电池以及充电信息，实现自动对电机转速和行驶方向进行调节，并实时显示于显示屏中。本论文将从硬件设计以及软件设计等几个方面完成该系统的设计，本论文主要内容如下。
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1 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状以及发展趋势 1
1.3 研究要求以及内容 2
2 硬件电路设计 4
2.1 遥控电路的设计 4
2.2 电机驱动电路的设计 7
2.3 躲避障碍电路的设计 9
2.4 数据显示电路的设计 11
2.5 转速测量电路的设计 13
2.6 电源电路的设计 15
2.7无线充电电路的设计 17
2.8 单片机控制电路设计 17
3 软件设计分析 20
3.1 设计流程图 20
3.2 电机驱动子程序设计 21
3.3 遥控子程序设计 22
3.4 转速检测子程序设计 22
3.5 躲避障碍子程序设计 23
3.6 数据显示子程序设计 25
4 结论与展望 28
4.1 结论 28
4.2 展望 28
参考文献 29
致 谢 31
附 录 32
附录A：系统程序 32
1 绪论 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
1.1 研究背景和意义
内燃机技术的不断改进是促进汽车行业快速发展的重要因素，有权威数据显示截至2016年，全世界的汽车保守数量已经达到了11.3亿辆。但是由于之前由于汽车行业的发展随之带来的环境问题，没有被任重所重视，新能源汽车数量仅仅为100万两左右。传统汽车所带了的温室响应问题，日益突出，我们居住的地球污染逐渐加剧。随着人类保护环境的意识逐渐觉醒，人们试图开发新能源汽车，最终达到替代传统汽车的目的，以便从根本上解决大气环境污染问题。但是由于新能源汽车的发展刚刚起步，新能源汽车的性能暂时还不能和传统汽车的性能比，所以各个国家一方面给购买新能源汽车的车主很大的优惠和补助，另一方面给与相关车企各种政策照顾，大力鼓励全社会参与到新能源汽车的发展和传播中来，从最根本上解决环境问题，共同保护人来赖以生存的地球。电的发明，确实是人来文明发展过程中一个里程碑式的转折点，它从根本上改变了人类社会的生产方式，给人来社会带来了巨大的方便。
但是电能的输送，暂时却少不了现有的传输载体电线。随着电的普及，和电气设备的快速发明和普及，电线年久失修，破损带来的安全问题也很突出，城市的电线管理花费很多的人力物力财力，不仅如此，电能传送端地与电能接收端之间由于电线这种传输方式，而受到很大 的限制。这样的问题又引起了人们的思考。逐渐的，电能的无线输技术在各国科学家的共同努力下逐渐被发现，无线电传输技术不仅安全，而且节约了很多成本，也更加安全，所以无线电传输技术的发展逐渐被提上日程。
1.2 国内外研究现状以及发展趋势
由于近代工业革命的最先进行，都是在国外，所以国外电能的无线传输技术，这种非接触式的传输技术的发展速度快与国内也无可厚非，世界汽车知名品牌，如日本的丰田，德国的宝马，奥迪等，也将无线传输技术融合到新能源汽车的发展中，特别是当下已经将无线传输技术应用的很不错的美国车企特斯拉，虽然时有关于特斯拉的一些充电问题，但是它的进步也是有目共睹的。关于无线充电技术带来的电能流失问题，其中宝马利用可升降的无线充电技术解决了这一问题。这一技术可使能量发射圈更加接近汽车底盘哪里的能量接受圈。
著名的美国麻省理工大学教授Marin Soljacic发现，在共振线圈频率和系统工作频率一样的情况下，两个共振线圈会同过无线传输的方式进行能量的传输，她的团队与Delphi公司一起合作，经过艰苦奋斗，发明了非接触式的新能源汽车充电设备。不久之后，充电效率达到百分之八十，充电距离能够保持十厘米的电磁耦合式无线充电技术于2009年8月在日本问世，同时他们对无线充电系统在充电时，有物体遮挡的问题进行了深究。不久之后，比电磁耦合式无线充电技术更加具有充电距离远个功率更大的优势的磁耦合共振原理的无线充电技术被日本长野公司攻克。日本是一个资源相对贫乏的岛国，所以他们的节约资源，开发新能源的意识很强，所以他们在新能源汽车的发展进程中走在较前列。
我们国家对于汽车的无线充电技术研究起步比较晚，但在国家对新能源汽车发展逐渐重视之后，众多国内高校积极响应，纷纷成立了新能源对于新能源汽车进项研究的机构。加上国家定期举行关于新能源汽车无线充电技术的相关研讨会，不仅促使了各个机构对于研究成果的分享，更加引起了社会对于兴能源汽车无线充电技术的重视，最近几年吗、，我国的新能源汽车技术也获得了不错的研究成果。由基本的无线充电原理和影响充电效率的充电效率和功率计算模型别国内知名大学重庆大学教授孙跃教授提了出来。一直致力于研究新能源汽车电能无线充电技术的东南大学教授所带领的团队，也在最佳充电距离和对高频整流技术当面取得了不小的成果，他们对于电磁兼容和辐射的相关研究成果，也得到了世界各国科学家的一直赞赏。
1.3 研究要求以及内容
本课题旨在设计一款无线充电小车，小车能够实现自动避障，无线充电，并支持遥控功能，小车能够通过测速系统以及显示屏幕，控制行驶速度以及方向，并反馈电池以及充电信息，实现自动对电机转速和行驶方向进行调节，并实时显示于显示屏中。本论文将从硬件设计以及软件设计等几个方面完成该系统的设计，本论文主要内容如下。
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