手机无线充电器设计【字数：11685】
摘 要随着科学技术的发展，手机文化成为当下主流，但是传统手机蓄电依靠的能量传输都是有线方式，这种有线方式虽然能够减少能量损失，但是其频繁的插拔引起的接口损坏、电线漏电引起的安全事故等缺点让人们把目光投掷到了另外一种新兴电能传输技术，即手机无线充电技术。本系统就是一种基于电磁感应原理的手机无线充电系统。电磁感应式手机无线充电是一定频率的交流电在手机无线充电器发射线圈上产生磁场，接收线圈受到这个磁场的作用产生感应电流，通过整流滤波电路后输出稳定的电流来为负载端充电。本系统接入220v家用电，经过电源适配器后输出稳定的24V直流电，用来驱动震荡电路和高频逆变电路。显示电路显示开关状态和一些提示信息。高频逆变电路由STC89C52单片机输出，用来驱动快速开关IRF530。振荡电路由LC谐振线圈组成，该线圈就是电能的发射线圈。接收电路由接收线圈接收来自发射线圈传递的电能，经过整流、滤波、稳压一系列操作后输出稳定的直流电供手机充电。这样就构成了一个功能较为简单的手机无线充电系统。本系统的最大充电电压为4.69V，最远充电距离为15mm。
目录
1．绪论 1
1.1研究背景和意义 1
1.2国内外现状 1
1.3无线充电行业分析 3
1.4文章组织结构 3
2．手机无线充电理论基础 5
2.1无线充电技术分类 5
2.2.1电磁感应式 5
2.2.2磁场共振式 6
2.2.3无线电波式 6
2.2.4电场耦合式 6
2.3四大无线充电技术的比较 7
2.4电磁感应式手机无线充电技术分析 7
2.4.1电磁感应技术的发展 7
2.4.2相关参数理论分析 8
2.5本章小结 10
3．手机充电系统设计 11
3.1系统总体设计框架 11
3.2发射模块设计 12
3.2.1单片机选型 12
3.2.2振荡电路 12
3.2.3稳压电路 13
3.2.4监测电路 14
3.2.5驱动放大电路及发射线圈 15
3.2.6显示电路 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
16
3.2.7按键电路 17
3.3接收模块设计 17
3.3.1整流滤波电路 18
3.4本章小结 19
4．软件设计 20
4.1主程序设计： 20
4.2单片机输出脉冲 21
4.3显示程序设计 22
4.4本章小结 23
5．无线充电系统的测试 24
5.1实物展览 24
5.1.1无线充电发射模块展示 24
5.1.2无线充电接收模块展示 25
5.1.3无线充电器显示模块 25
5.1.4 电源适配器 26
5.1.5系统功能检测 26
5.2实验测试仪器 28
5.3发射模块测试 28
5.4充电线圈间隔距离测试 29
5.5总结 30
6、总结与展望 31
6.1总结 31
6.2展望 31
参考文献 32
致谢 33
附录 34
1.发射模块原理图 34
2.接收模块原理图 34
3.程序代码 34
1．绪论
1.1研究背景和意义
随着科技的发展，人们的生活越来越离不开一些电子产品，而这些电子产品需要用电，就需要我们来给它们进行充电以维持它们工作所需能量。传统的电子产品充电方式都是有长长的数据线或者电线来进行电能的传输，凌乱的电线和手机充电的频繁会让人们感到很不方便。不仅仅如此，数据线频繁的插拔还可能会引起手机充电接口的损坏，而且长期将充电接口暴露在外，很可能会导致潮湿、漏电的安全隐患，人们的安全性根本得不到保障。于是无线充电技术应运而生[1]。
目前，越来越多手机厂商将目光放在了手机无线充电上，若这门技术发展成熟，摆脱有线束缚、随时随地进行电能传输将变为可能。而由有线充电带来的比如接口损坏、电线冗余繁琐、潮湿漏电等安全隐患也能得到改善；并且无线充电设备的运用也会给其他行业，比如医疗器械行业改革带来决定性的推进作用[2]。通过无线充电技术，医疗电子产业的供电方式也变得更加简单、安全，人们的手术风险也会降到最低。
而本课题借助电磁感应方原理实现手机无线充电，以此来改善有线充电带给我们的种种弊端。通过电磁感应原理实现手机的无线充电。无线充电器发送端配备一块显示实时信息，当手机负载不存在时会自动完成断电。无线充电器发送端线圈连接高频驱动信号，电流通过发射端的线圈产生变化的磁场，手机接收端线圈受变化的磁场的影响产生感应电流，电流通过整流、稳压、滤波等电路后给手机充电。
1.2国内外现状
早在19世纪90年代，物理学家尼古拉特斯拉（NikolaTesla）就已经做了无线电能传输的实验。但是因为当时的局限性，特斯拉的大胆构想并没有实现。黎宇洲的《基于电磁感应技术的手机无线充电器设计与实现》一文中提到2007年6月7日，麻省理工学院的研究团队利用铜制线圈作为电磁共振器，通过电磁场成功将2米外的一个60瓦电灯泡点亮[3]。
图1.1MT研究团队和他们的无线装置
无线充电技术在2010年开始走向市场，2011年快速发展。美国IT杂志《连线》曾报导：从2013年下半年开始无线充电技术将会得到主流应用。美国调查公司IHSiSuppli预测：无线充电技术，2015年将会产生237亿美元的巨大市场。随着越来越多的人把目光投向无线充电技术，无线充电联盟也应运而生[4]。
从无线充电技术专利申请看，日本的技术是全世界最强，专利申请高达5650件，其次是中国、美国、韩国、和德国。从专利布局的角度来看，日本、美国不仅关注本国的专利申请，还在韩国和德国市场布局了大量专利。他们雄厚的竞争实力和专利战略体系可见一斑，中国的专利保护体系不够完善，仅关注国内市场，在国外的专利申请十分的少[5]。
虽然我国无线充电技术起步比国外晚，但是现阶段，我们与国外无线充电技术发展基本趋于同一水平，我国正处于无线充电快速发展阶段，已经有一批企业投入技术研发，并且不断扩大应用领域。
早在2014年，我国有一家名为双飞燕的科技有限公司就推出了一款可以无线充电使用的鼠标；2005年，比亚迪股份有限公司根据电磁感应的原理提交了一份关于非接触感应式充电器的申请并获得了通过。WPC（Wireless Power Consortium，全球充电联盟）于2010年8月发布Qi无线充电国际标准并立即将其引入中国，这些都说明了我国在无线充电领域的成就正紧追慢赶的追上发达国家[6]。
目录
1．绪论 1
1.1研究背景和意义 1
1.2国内外现状 1
1.3无线充电行业分析 3
1.4文章组织结构 3
2．手机无线充电理论基础 5
2.1无线充电技术分类 5
2.2.1电磁感应式 5
2.2.2磁场共振式 6
2.2.3无线电波式 6
2.2.4电场耦合式 6
2.3四大无线充电技术的比较 7
2.4电磁感应式手机无线充电技术分析 7
2.4.1电磁感应技术的发展 7
2.4.2相关参数理论分析 8
2.5本章小结 10
3．手机充电系统设计 11
3.1系统总体设计框架 11
3.2发射模块设计 12
3.2.1单片机选型 12
3.2.2振荡电路 12
3.2.3稳压电路 13
3.2.4监测电路 14
3.2.5驱动放大电路及发射线圈 15
3.2.6显示电路 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
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3.2.7按键电路 17
3.3接收模块设计 17
3.3.1整流滤波电路 18
3.4本章小结 19
4．软件设计 20
4.1主程序设计： 20
4.2单片机输出脉冲 21
4.3显示程序设计 22
4.4本章小结 23
5．无线充电系统的测试 24
5.1实物展览 24
5.1.1无线充电发射模块展示 24
5.1.2无线充电接收模块展示 25
5.1.3无线充电器显示模块 25
5.1.4 电源适配器 26
5.1.5系统功能检测 26
5.2实验测试仪器 28
5.3发射模块测试 28
5.4充电线圈间隔距离测试 29
5.5总结 30
6、总结与展望 31
6.1总结 31
6.2展望 31
参考文献 32
致谢 33
附录 34
1.发射模块原理图 34
2.接收模块原理图 34
3.程序代码 34
1．绪论
1.1研究背景和意义
随着科技的发展，人们的生活越来越离不开一些电子产品，而这些电子产品需要用电，就需要我们来给它们进行充电以维持它们工作所需能量。传统的电子产品充电方式都是有长长的数据线或者电线来进行电能的传输，凌乱的电线和手机充电的频繁会让人们感到很不方便。不仅仅如此，数据线频繁的插拔还可能会引起手机充电接口的损坏，而且长期将充电接口暴露在外，很可能会导致潮湿、漏电的安全隐患，人们的安全性根本得不到保障。于是无线充电技术应运而生[1]。
目前，越来越多手机厂商将目光放在了手机无线充电上，若这门技术发展成熟，摆脱有线束缚、随时随地进行电能传输将变为可能。而由有线充电带来的比如接口损坏、电线冗余繁琐、潮湿漏电等安全隐患也能得到改善；并且无线充电设备的运用也会给其他行业，比如医疗器械行业改革带来决定性的推进作用[2]。通过无线充电技术，医疗电子产业的供电方式也变得更加简单、安全，人们的手术风险也会降到最低。
而本课题借助电磁感应方原理实现手机无线充电，以此来改善有线充电带给我们的种种弊端。通过电磁感应原理实现手机的无线充电。无线充电器发送端配备一块显示实时信息，当手机负载不存在时会自动完成断电。无线充电器发送端线圈连接高频驱动信号，电流通过发射端的线圈产生变化的磁场，手机接收端线圈受变化的磁场的影响产生感应电流，电流通过整流、稳压、滤波等电路后给手机充电。
1.2国内外现状
早在19世纪90年代，物理学家尼古拉特斯拉（NikolaTesla）就已经做了无线电能传输的实验。但是因为当时的局限性，特斯拉的大胆构想并没有实现。黎宇洲的《基于电磁感应技术的手机无线充电器设计与实现》一文中提到2007年6月7日，麻省理工学院的研究团队利用铜制线圈作为电磁共振器，通过电磁场成功将2米外的一个60瓦电灯泡点亮[3]。
图1.1MT研究团队和他们的无线装置
无线充电技术在2010年开始走向市场，2011年快速发展。美国IT杂志《连线》曾报导：从2013年下半年开始无线充电技术将会得到主流应用。美国调查公司IHSiSuppli预测：无线充电技术，2015年将会产生237亿美元的巨大市场。随着越来越多的人把目光投向无线充电技术，无线充电联盟也应运而生[4]。
从无线充电技术专利申请看，日本的技术是全世界最强，专利申请高达5650件，其次是中国、美国、韩国、和德国。从专利布局的角度来看，日本、美国不仅关注本国的专利申请，还在韩国和德国市场布局了大量专利。他们雄厚的竞争实力和专利战略体系可见一斑，中国的专利保护体系不够完善，仅关注国内市场，在国外的专利申请十分的少[5]。
虽然我国无线充电技术起步比国外晚，但是现阶段，我们与国外无线充电技术发展基本趋于同一水平，我国正处于无线充电快速发展阶段，已经有一批企业投入技术研发，并且不断扩大应用领域。
早在2014年，我国有一家名为双飞燕的科技有限公司就推出了一款可以无线充电使用的鼠标；2005年，比亚迪股份有限公司根据电磁感应的原理提交了一份关于非接触感应式充电器的申请并获得了通过。WPC（Wireless Power Consortium，全球充电联盟）于2010年8月发布Qi无线充电国际标准并立即将其引入中国，这些都说明了我国在无线充电领域的成就正紧追慢赶的追上发达国家[6]。
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