无线充电电动小车的设计与制作(附件)【字数：10349】
无线充电电动小车设计旨在探究无线充电技术和电能机械能转化效率，关注点在于新能源电动车汽车对环境无污染作用。设计内容是通过设定无线充电的时间、输入电流、输入电压让电动小车完成电能储存，并自启动完成坡度爬行。功能实现包括无线充电装置和电动小车两部分，无线充电装置采用STM32F103C为MCU控制OLED12864显示数据，控制功能按键输入参数，控制无线充电模块无线输电，控制电磁转换器。电动小车采用无线充电接收模块感应电流，超级电容完成储电，触发电磁感应开关信号后升压驱动直流电机爬坡前行。
目录
引言 1
一、设计方案 2
（一）设计整体方案 2
（二）MCU比较方案 3
（三）无线充电设计 4
（四）参数设定设计 5
（五）小车储能设计 6
二、硬件设计 7
（一）微控制系统电路 7
（二）锂电池充电电路 7
（三）无线充电转化电路 8
（四）电磁转换电路 9
（五）无线受电小车电路 9
三、软件设计 10
（一）软驱动总体设计 10
（二）驱动初始化设计 11
（三）参数设定输入设计 12
（四）状态显示设计 13
四、整体调试 13
（一）局部调试 13
（二）整体调试 16
总结 17
谢辞 18
参考文献 19
附录 20
引言
自汽车代步工具的出现已完成两次变革，第一次变革依赖于18世纪60年代，以蒸汽机技术诞生为主要标志。不但证明了煤和蒸汽机使人类社会生产力获得极大的提升，开创了人类的工业经济和工业文明，还显示了蒸汽在交通运输上取得的极大的进步，蒸汽火车、轮船、机车相继出现。第一部蒸汽机车随着创造者英国人乔治斯蒂芬森于1814年诞生。第二变革发生在19 世纪70 年代，石油和内燃机替代了煤和蒸汽机， 德国卡尔本茨和戈特利布戴姆勒带来了世界上第一辆燃油汽车，创造了现今德国有名的奔驰汽车公司。
如今，人类再次来到了交通能源动力系统变革的十字路口，第三次变革将是以电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
力和动力电池（包括燃料电池）替代石油和内燃机。在能源和环保的压力下，新能源汽车无疑将成为未来汽车的发展方向。结合中国的能源资源状况和国际汽车技术的发展趋势，预计到2025年后，中国普通汽油车占乘用车的保有量将仅占50%左右，而先进柴油车、燃气汽车、生物燃料汽车等新能源汽车将迅猛发展。
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图1 绿色电动汽车图
电池作为新能源汽车的储能装置起着心脏般作用，电池的分类方法有很多，可以分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。化学电池即通过化学反应发电，如原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池。物理电池即利用光、热、物理吸附能量发电，如太阳能电池、超级电池、飞轮电池等。生物电池即利用生物化学反应发电的电池，如微生物电池、酶电池等。针对电池性能的比对从电压、容量、内阻、能量、功率、自放电率、使用寿命等指标衡量。新能源汽车对蓄电装置的选择主要有蓄电池、燃料电池、超级电容等，及其组合而形成的混合储能装置。动力电池性能的提高是电动汽车发展的关键技术之一。它既是目前普及电动汽车的瓶颈，也是电动汽车能否与传统内燃机汽车竞争的重要因素之一。
一、设计方案
为了提高无线充电小车设计研究性能，对设计的每个部分进行分析衡量，选择最佳的设计方案。设计方案对充电装置的微控制器进行比对选择，选择最优无线充电电路设计，获得无线电能传输的高效性，对电能传输的电压、电流、时间等参数设定功能实现进行设计，对小车能储能电池进行比较衡量，对小车对电能动能转换做高效设计。通过有效验证每个局部设计整合后的预期效果，完成设计整体方案。
（一）设计整体方案
下图为无线充电小车的整个系统设计结构图，从图中可知，设计被分为充电装置和储电小车两部分。充电装置是以STM32微控制器作为核心处理系统，具备独立的装置工作电源，工作电源为可充电的储能锂电池；利用OLED12864的独特显示功能作为充放电状态和设置参数显示界面；运用3*3矩阵键盘作为参数设置输入工具；无线充电装置的电能来源为5V接口，在受控情况下通过无线充电的发射电路完成传输；利用电磁铁产生对小车的触发信号。储能小车为纯电路装置，无需主控芯片增加电能消耗，利用无线充电接收电路和超级电容完成成电储能，通过电磁开关信号驱动升压电路完成12V直流电机所需的工作电源，直流电机并联输出动能。
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图2 无线充电小车整体设计图
基于预期设计整体方案系统的功能为：无线充电装置在独立锂电池供电情况下正常工作，可通过设置键盘输入无线充电电流、电压、时间参数，在OLED12864显示屏上显示出充电时间和未充电状态，按键确认参数设置后控制器驱动无线充电发射电路发射电磁波，OLED12864显示充电中状态以及实时充电时间。储能小车无线充电接收电路感应电磁波转换为电流，被接入无线充电接收电路的超级电容可以通过电流充电，当OLED12864显示“滴”闪烁状态时表示充电结束。充电完成后，控制器驱动电磁铁产生磁场，并被电动小车的电磁开关传感器感应到，电磁开关打开超级电容与升压电路的通道，升压电路将电压提升至12V电压驱动电机，小车进行爬坡，小车的运动使得超级电容所储存的电能逐渐被消耗至无法达到爬行的需求而停止。
（二）MCU比较方案
随着微控制器的发展，为了满足实际不同领域产品研发需求相应的类型和微控制器制造品牌越来越多，常见的有宏晶公司STC系列单片机、意法半导体公司ST系列单片机、ATMEL公司AVR系列单片机等，还有STC89系列传统单片机、STC10系列1T单片机、STC12系列增强型单片机、STM8A系列汽车单片机、STM8L系列超低功耗单片机、STM32F1系列基础型单片机、STM32F4系列高性能型单片机。针对单片机片上资源和整体性能的需求不同，根据设计的需求对微控制器的选择方案如下：
1.STC89
STC89系列单片机采用MCS51内核，是51单片机的增强型，所以STC89单片机兼容51单片机的指令库。相比较，时钟周期是传统51单片机的12倍，指令执行速度快。工作频率达到48MHz，是传统单片机工作频率24MHz的两倍。片上具有不同容量的FLASH程序存储4K、8K、16K，使用8位的CPU处理。具有32个准双向数据I/O端口，与传统单片机兼容，且增加PWM输出、PWM定时、多路ADC、多定时、多外部中断等，足够满足有一定增强功能产品的研发。
目录
引言 1
一、设计方案 2
（一）设计整体方案 2
（二）MCU比较方案 3
（三）无线充电设计 4
（四）参数设定设计 5
（五）小车储能设计 6
二、硬件设计 7
（一）微控制系统电路 7
（二）锂电池充电电路 7
（三）无线充电转化电路 8
（四）电磁转换电路 9
（五）无线受电小车电路 9
三、软件设计 10
（一）软驱动总体设计 10
（二）驱动初始化设计 11
（三）参数设定输入设计 12
（四）状态显示设计 13
四、整体调试 13
（一）局部调试 13
（二）整体调试 16
总结 17
谢辞 18
参考文献 19
附录 20
引言
自汽车代步工具的出现已完成两次变革，第一次变革依赖于18世纪60年代，以蒸汽机技术诞生为主要标志。不但证明了煤和蒸汽机使人类社会生产力获得极大的提升，开创了人类的工业经济和工业文明，还显示了蒸汽在交通运输上取得的极大的进步，蒸汽火车、轮船、机车相继出现。第一部蒸汽机车随着创造者英国人乔治斯蒂芬森于1814年诞生。第二变革发生在19 世纪70 年代，石油和内燃机替代了煤和蒸汽机， 德国卡尔本茨和戈特利布戴姆勒带来了世界上第一辆燃油汽车，创造了现今德国有名的奔驰汽车公司。
如今，人类再次来到了交通能源动力系统变革的十字路口，第三次变革将是以电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
力和动力电池（包括燃料电池）替代石油和内燃机。在能源和环保的压力下，新能源汽车无疑将成为未来汽车的发展方向。结合中国的能源资源状况和国际汽车技术的发展趋势，预计到2025年后，中国普通汽油车占乘用车的保有量将仅占50%左右，而先进柴油车、燃气汽车、生物燃料汽车等新能源汽车将迅猛发展。
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图1 绿色电动汽车图
电池作为新能源汽车的储能装置起着心脏般作用，电池的分类方法有很多，可以分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。化学电池即通过化学反应发电，如原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池。物理电池即利用光、热、物理吸附能量发电，如太阳能电池、超级电池、飞轮电池等。生物电池即利用生物化学反应发电的电池，如微生物电池、酶电池等。针对电池性能的比对从电压、容量、内阻、能量、功率、自放电率、使用寿命等指标衡量。新能源汽车对蓄电装置的选择主要有蓄电池、燃料电池、超级电容等，及其组合而形成的混合储能装置。动力电池性能的提高是电动汽车发展的关键技术之一。它既是目前普及电动汽车的瓶颈，也是电动汽车能否与传统内燃机汽车竞争的重要因素之一。
一、设计方案
为了提高无线充电小车设计研究性能，对设计的每个部分进行分析衡量，选择最佳的设计方案。设计方案对充电装置的微控制器进行比对选择，选择最优无线充电电路设计，获得无线电能传输的高效性，对电能传输的电压、电流、时间等参数设定功能实现进行设计，对小车能储能电池进行比较衡量，对小车对电能动能转换做高效设计。通过有效验证每个局部设计整合后的预期效果，完成设计整体方案。
（一）设计整体方案
下图为无线充电小车的整个系统设计结构图，从图中可知，设计被分为充电装置和储电小车两部分。充电装置是以STM32微控制器作为核心处理系统，具备独立的装置工作电源，工作电源为可充电的储能锂电池；利用OLED12864的独特显示功能作为充放电状态和设置参数显示界面；运用3*3矩阵键盘作为参数设置输入工具；无线充电装置的电能来源为5V接口，在受控情况下通过无线充电的发射电路完成传输；利用电磁铁产生对小车的触发信号。储能小车为纯电路装置，无需主控芯片增加电能消耗，利用无线充电接收电路和超级电容完成成电储能，通过电磁开关信号驱动升压电路完成12V直流电机所需的工作电源，直流电机并联输出动能。
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图2 无线充电小车整体设计图
基于预期设计整体方案系统的功能为：无线充电装置在独立锂电池供电情况下正常工作，可通过设置键盘输入无线充电电流、电压、时间参数，在OLED12864显示屏上显示出充电时间和未充电状态，按键确认参数设置后控制器驱动无线充电发射电路发射电磁波，OLED12864显示充电中状态以及实时充电时间。储能小车无线充电接收电路感应电磁波转换为电流，被接入无线充电接收电路的超级电容可以通过电流充电，当OLED12864显示“滴”闪烁状态时表示充电结束。充电完成后，控制器驱动电磁铁产生磁场，并被电动小车的电磁开关传感器感应到，电磁开关打开超级电容与升压电路的通道，升压电路将电压提升至12V电压驱动电机，小车进行爬坡，小车的运动使得超级电容所储存的电能逐渐被消耗至无法达到爬行的需求而停止。
（二）MCU比较方案
随着微控制器的发展，为了满足实际不同领域产品研发需求相应的类型和微控制器制造品牌越来越多，常见的有宏晶公司STC系列单片机、意法半导体公司ST系列单片机、ATMEL公司AVR系列单片机等，还有STC89系列传统单片机、STC10系列1T单片机、STC12系列增强型单片机、STM8A系列汽车单片机、STM8L系列超低功耗单片机、STM32F1系列基础型单片机、STM32F4系列高性能型单片机。针对单片机片上资源和整体性能的需求不同，根据设计的需求对微控制器的选择方案如下：
1.STC89
STC89系列单片机采用MCS51内核，是51单片机的增强型，所以STC89单片机兼容51单片机的指令库。相比较，时钟周期是传统51单片机的12倍，指令执行速度快。工作频率达到48MHz，是传统单片机工作频率24MHz的两倍。片上具有不同容量的FLASH程序存储4K、8K、16K，使用8位的CPU处理。具有32个准双向数据I/O端口，与传统单片机兼容，且增加PWM输出、PWM定时、多路ADC、多定时、多外部中断等，足够满足有一定增强功能产品的研发。
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