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1、遼寧工程技術(shù)大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱: 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目: 簡(jiǎn)易無線供電臺(tái)燈 學(xué) 期:2016-2017學(xué)年第2學(xué)期 專 業(yè): 礦業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化專業(yè) 班 級(jí): 自中職15-2 姓 名: 杜奕飛 學(xué) 號(hào): 1526560202 指導(dǎo)教師: 陳忠華 遼寧工程技術(shù)大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 成 績 評(píng) 定 表評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定指標(biāo)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)該項(xiàng)成績畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.3正確使用文獻(xiàn)分析復(fù)雜電氣工程問題,并獲得有效結(jié)論參數(shù)計(jì)算及單元電路的正確性設(shè)計(jì)內(nèi)容的合理性結(jié)果評(píng)價(jià)畢業(yè)要求指標(biāo)3.3掌握電氣工程領(lǐng)域的基本創(chuàng)新方法,在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)設(shè)計(jì)方案的可行性設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性創(chuàng)新意識(shí)畢業(yè)要求指標(biāo):4.3能夠選
2、擇與使用恰當(dāng)?shù)默F(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具,解決包括預(yù)測(cè)與模擬在內(nèi)的復(fù)雜電氣工程問題,并能夠理解其局限性。仿真或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證技術(shù)指標(biāo)或性能結(jié)果的正確性畢業(yè)要求指標(biāo):6.3理解工程倫理的核心理念,了解電氣工程師的職業(yè)性質(zhì)和責(zé)任,在工程實(shí)踐中能自覺遵守職業(yè)道德和規(guī)范,具有法律意識(shí)設(shè)計(jì)態(tài)度與進(jìn)度設(shè)計(jì)報(bào)告圖表設(shè)計(jì)內(nèi)容與文字表達(dá)設(shè)計(jì)報(bào)告格式與完整性總得分標(biāo)準(zhǔn)說明:以上13個(gè)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),每個(gè)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)5分,總分65分。得分40分以上視為總成績合格。總成績?nèi)掌谀?月 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)易無線供電臺(tái)燈二、設(shè)計(jì)任務(wù)1. 利用電磁感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)點(diǎn)亮5W的LED臺(tái)燈。2. 可調(diào)節(jié)燈的亮和暗。三、設(shè)計(jì)計(jì)劃電子
3、技術(shù)課程設(shè)計(jì)共1周。第1天:選題,查資料;第2天:方案分析比較,確定設(shè)計(jì)方案;第34天:電路原理設(shè)計(jì)與電路仿真;第5天:編寫整理設(shè)計(jì)報(bào)告書。四、設(shè)計(jì)要求1. 畫出整體電路圖。2. 對(duì)所設(shè)計(jì)的電路全部或部分進(jìn)行仿真,使之達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)要求。3. 寫出符合設(shè)計(jì)格式要求的設(shè)計(jì)報(bào)告書。指導(dǎo)教師:陳忠華時(shí) 間:2017年6月19日摘要1、近年來,由于無線供電技術(shù)廣闊的發(fā)展前景,它又一次引起了人們的關(guān)注。無線供電可以運(yùn)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品充電、植入式醫(yī)療電子充電、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)充電和無線充電車等方方面面??梢哉f如果無線充電技術(shù)能夠成熟和普及,那么,他將給人們的生產(chǎn)和生活個(gè)個(gè)方面帶來巨大的變化。因此,我對(duì)無線供電
4、產(chǎn)生了濃厚的興趣,所以就嘗試一下無線供電。2、生活中我們常常會(huì)遇到這樣的事:燈光太刺眼,自己視力下降,燈光太暗,看東西費(fèi)力。所以我想設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的可以根據(jù)人們需要來調(diào)節(jié)亮度的簡(jiǎn)易無線臺(tái)燈。3無線供電臺(tái)燈的出現(xiàn),是無線供電技術(shù)運(yùn)用實(shí)際的一個(gè)體現(xiàn)。我們不用再為臺(tái)燈沒插座、線不夠長而煩惱,無線供電臺(tái)燈的給生活帶來很大的方便。發(fā)射裝置可以安裝于墻體內(nèi),節(jié)約了有限的空間。無線供電臺(tái)燈技術(shù)也可以運(yùn)用于水下照明,如金魚罐的水底燈,這樣就不用通過導(dǎo)線連接水底的燈了,增加了美感外,也增加了安全性。還可以用此技術(shù)制作很多奇特的觀賞燈的制作,為我們是生活增加一份新穎。還有市場(chǎng)上此技術(shù)的產(chǎn)品不多,所以完善后的無線供電
5、燈會(huì)有較好的經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力。 關(guān)鍵詞:電磁感應(yīng) 無線供電 臺(tái)燈 目 錄1方案論證.12. 綜 述23. 原理及技術(shù)指標(biāo)24. 單元電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算45. 仿真66. 設(shè)計(jì)小結(jié)87. 參考文獻(xiàn)10一方案論證總的方案是:由AT89S52單片機(jī)作為CPU控制整個(gè)電路。無線供電部分通過發(fā)射電路發(fā)射電磁場(chǎng),接收電路接收電磁場(chǎng),產(chǎn)生電壓為LED供電。CPU通過電子開關(guān)HCF4066控制無線供電部分電源的通斷。按鍵把信號(hào)反饋給單片機(jī),從而讓單片機(jī)采取行動(dòng)1、無線供電部分,我采用電磁耦合的方式。電源采用USB線提供5V直流電,由振蕩器產(chǎn)生正弦波形電流,通過初級(jí)線圈,再用次級(jí)線圈與其進(jìn)行耦合,在次級(jí)線
6、圈兩端中就能產(chǎn)生電壓,運(yùn)用次級(jí)線圈產(chǎn)生的電壓給四個(gè)高亮LED供電,由于初級(jí)線圈和次級(jí)線圈可以相隔一定距離,因此可以實(shí)現(xiàn)無線供電。2、“燈光想亮則亮”功能的實(shí)現(xiàn):運(yùn)用51單片機(jī)產(chǎn)生38KHz的方波信號(hào);由單片機(jī)檢測(cè),從而決定是否給無線供電部分提供電源。 二、綜述1、通過框架圖我們可以清晰地了解系統(tǒng)各個(gè)部分的功能。從物理上來也可把系統(tǒng)分為發(fā)射電路和接收電路。 2、電源電路直接選用EI型變壓器供電。通過整流橋和三端穩(wěn)壓器7805得到需要的直流+5V電壓。 3、設(shè)計(jì)高頻振蕩電路,采用效果較好的CMOS電路六反相器CD4069的晶體振蕩電路或采用高速CMOS電路四與非門74HC00的晶體振蕩電路。 4、
7、功率放大電路的選擇。此電路對(duì)輸出波形要求不大,只要波形有足夠的振幅即可。我們采用達(dá)林頓管TIP132或場(chǎng)效應(yīng)管IFR540N設(shè)計(jì)功放電路。 5、制作線圈L1、L2。線圈材料采用適當(dāng)粗細(xì)的漆包線。線圈的大小和匝數(shù)據(jù)實(shí)際情況而定。接收電路的輸出電壓可以通過L2的匝數(shù)調(diào)整。 6、設(shè)計(jì)高頻濾波電路。此電路和普通低頻濾波電路差不多,只是整流二極管要用肖特基二極管或快恢復(fù)二極管,以滿足高頻特性。實(shí)際電路我們將用1N4148硅高速開關(guān)二極管。 7、設(shè)計(jì)好各子電路后焊接,組裝系統(tǒng)電路。實(shí)驗(yàn)采用洞洞板,為了合理布線、焊接方便,在焊接前也要合理布局元件的分布。 8、通電前仔細(xì)檢查電路,防止焊接錯(cuò)誤等而導(dǎo)致燒毀元件
8、使實(shí)驗(yàn)失敗。 9、測(cè)量輸出電壓,如果輸出電壓太低不能滿足負(fù)載的最低電壓我們可以增加升壓電路。接上負(fù)載測(cè)試電路,并總結(jié)改進(jìn)電路。在成功的基礎(chǔ)上努力增加接收效率和接收距離。 10、此外我們了解到現(xiàn)在有一種效率較高的無線供電模塊,專門用于無線供電電路。利用無線供電模塊的方案設(shè)計(jì)思路較為簡(jiǎn)單。因?yàn)樗呀?jīng)是集成電路,不用我們自己設(shè)計(jì)各個(gè)子電路。直接焊接系統(tǒng)。但也有我們要改進(jìn)的地方,如發(fā)射線圈和接收線圈的匝數(shù)、形狀、接收方向等等,從它的信號(hào)傳遞方面來分析無線供電的效率問題。 11、最后,通過上述多次實(shí)驗(yàn),制作出一盞較為滿意的小功率無線供電臺(tái)燈三原理及技術(shù)指標(biāo)任何一個(gè)具有接收線圈的裝置都可成為接收電路,這里
9、只是給出其中一例,它可以實(shí)測(cè)接收部分的功率,也可以調(diào)整撤回路的諧振狀態(tài),使之靈敏度最高。零件選擇無線供電的效率與發(fā)射級(jí)的工作狀態(tài)有關(guān),同時(shí)也與作為發(fā)射電磁能量的線圈的質(zhì)量也有非常密切的關(guān)系,所以發(fā)射線圈L1我采用360.1mm的李茲線,繞在用光盤作骨架的蛛網(wǎng)板上。線圈的骨架用光盤制作,為了避免渦流損失,光盤上的金屬鍍層應(yīng)當(dāng)去掉。骨架的內(nèi)徑為66mm,用36股0.1的漆包線繞11匝。接收線圈也繞成蛛網(wǎng)式,用24股0.1的多股漆包線繞8匝。高頻輸出級(jí)用大功率場(chǎng)效應(yīng)管,如IRF系列的634、630均可,或其它耐壓200V,電流5A,最大損耗功率大于20W以上的VMOS管。使用時(shí)需加上面積足夠大的散熱
10、器。諧振電容C4要求用絳綸電容,耐壓200V以上;C11、C12、C13、C14要求耐壓35V以上。定時(shí)電容C5、C10要求容量準(zhǔn)確,漏電較小,最好用鉭電容,如果沒有鉭電容則應(yīng)采用耐壓25V以上的鋁電解。C7、C8、C11、C12要緊靠IC4焊接。其他元件沒有什么特殊要求。在調(diào)解時(shí)先調(diào)發(fā)射部分。輸入24V的直流電源,當(dāng)調(diào)試開關(guān)處在斷開狀態(tài)時(shí),LED的紅燈會(huì)以大約1秒的周期閃亮,這說明IC2工作正常。合上調(diào)試開關(guān) SA,使振蕩部分連續(xù)工作,這時(shí)紅燈將一直點(diǎn)亮。檢查各點(diǎn)的直流工作點(diǎn)是否正常,這時(shí)整機(jī)電流約50mA,其中VT3的漏極電流約20mA左右。如果 24V和9V兩點(diǎn)的電壓正常,可用示波器檢查
11、各關(guān)鍵點(diǎn)的波形。各點(diǎn)波形基本正常后,用一個(gè)2200pF的絳綸電容(耐壓250V)和一個(gè)1000pF的可變(可用多連可變并聯(lián)而成),仔細(xì)調(diào)整可變使整機(jī)電流最小。量出并聯(lián)的總電容,將一個(gè)或數(shù)個(gè)并聯(lián)的固定的等效電容替換原來的固定和可變電容,并在線路板上焊好。斷開維修開關(guān)SA使振蕩器工作于間歇狀態(tài);旋轉(zhuǎn)Rp到最大使LED綠燈亮,逐漸將Rp減小,使得LED的綠燈熄滅,紅燈剛好閃亮。這時(shí)整機(jī)電流在1020mA間擺動(dòng)。將接收部分靠近發(fā)射線圈,斷開接收部分的負(fù)載開關(guān)SA,則接收器上的指示燈LED會(huì)和發(fā)射部分的LED同步閃亮。同樣,用一個(gè)0.01F左右的固定電容接到諧振線圈的兩端,逐步拉開發(fā)射線圈和接收線圈的距
12、離,同時(shí)適當(dāng)增減諧振電容的大小使指示燈最亮。調(diào)整好后,將電容固定下來,在線路板上焊好。如果用示波器觀察諧振回路的波形,應(yīng)該可以看到與發(fā)射線圈頻率相同的正弦波。合上負(fù)載開關(guān)SA,將接收線圈置于發(fā)射線圈正上方的510mm處,這時(shí)發(fā)射部分的雙色LED的綠燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮,說明發(fā)射部分己檢測(cè)到負(fù)載,并工作在連續(xù)狀態(tài)。如果再次移去接收線圈,綠燈隨即自動(dòng)熄滅,紅燈再次閃動(dòng),說明智能部分的檢測(cè)功能正常。如果檢測(cè)功能不正常,應(yīng)仔細(xì)調(diào)整Rp。當(dāng)電路檢測(cè)到負(fù)載時(shí),發(fā)射部分的總電流約200300mA,視負(fù)載輕重而變。無線供電臺(tái)燈電路基本相同,只是將作為假負(fù)載的50電阻換成了1只大功率LED。接收線圈用1.2mm或更粗的
13、漆包線做成圓盤狀的線圈,其內(nèi)徑為67mm繞8匝,兩端各留25cm的引出線,將來就作為小臺(tái)燈的支架。找一個(gè)光盤,去掉金屬鍍層,在適當(dāng)?shù)胤姐@兩個(gè)小孔,將繞好的線圈引線穿過光盤上的小孔,并將線圈粘合在光盤上。將1個(gè)5W的LED裝在自制的散熱器上。另找一個(gè)直徑80mm的小光盤(不必去膜)和一個(gè)大小適當(dāng)?shù)乃芰掀可w,作為制作臺(tái)燈的燈罩的原材料。四單元電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算完整電路圖無線供電發(fā)射部分圖中,B772和9014構(gòu)成自激震蕩電路,將電源提供的直流電轉(zhuǎn)化為交流,再通過初級(jí)線圈產(chǎn)生電磁波,完成電的發(fā)射。由于B772很容易發(fā)熱,因此我用易拉罐自制了一個(gè)散熱片,經(jīng)測(cè)試,散熱效果良好。2、無線供電接收部分次級(jí)線
14、圈和初級(jí)線圈靠得很近,初級(jí)線圈產(chǎn)生的變化磁感線在次級(jí)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。臺(tái)燈的燈采用高亮的四個(gè)LED,能提供較亮的光線。3、 電子開關(guān)HCF4066HCF4066的第1、14腳接5V電源,7腳接地,通過單片機(jī)控制13腳即可控制1腳和2腳的通斷,從而控制無線供電模塊的通斷。4.參數(shù)的計(jì)算(RW+R1+RW+R2)/RW+R1+2(RW+R2)=60%069RW+R1+2(RW+R2)C3=10069(R1+2+R2)C3=0.1;R1=5.1KR2=2KRW=1MC1=10fC2=100fC3=330nfC4=910nfR3=R4=R5=(VH-Ug)/It,取VH=5V,則R=40五仿真六設(shè)計(jì)
15、小結(jié)1.因制作時(shí)間比較倉促,效率顯然是十分低下的,如果改用開關(guān)穩(wěn)壓電源,則可大幅提高驅(qū)動(dòng)部分的效率,使電路在間歇工作狀態(tài)時(shí)更省電。2.本裝置是模擬桌面無線供電系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的,所以發(fā)射線圈和接收之間的距離大于12mm,這樣也使轉(zhuǎn)換效率有明顯下降,因?yàn)閮删€圈距離越大,效率必然越低。3.無線臺(tái)燈只是無線供電的一種應(yīng)用,接收部分也可以用于無線充電、水下LED燈或旋轉(zhuǎn)LED圖形顯示等領(lǐng)域。4.因?yàn)楝F(xiàn)成的無線供電模塊VOX330不容易買到,所以電源采用了24V直流。如果手邊有高壓無線供電模塊,直接采用220V交流電將會(huì)更具實(shí)用性。5. 通過本次實(shí)驗(yàn)讓我的動(dòng)手能力有更加進(jìn)步了,同時(shí)我在這次試驗(yàn)中也體會(huì)到了成功
16、的喜悅與思考的充實(shí)感,這次試驗(yàn)會(huì)讓我終生難忘。從場(chǎng)效應(yīng)管各點(diǎn)波形來看,輸出級(jí)的工作狀態(tài)并不十分理想,尤其是源極電壓波形存在高次諧波,這樣顯然會(huì)使電路的轉(zhuǎn)換效率降低。究其原因,應(yīng)該是因?yàn)闁艠O驅(qū)動(dòng)電壓的波形過寬所致。如果使柵極波形改為更窄些的脈沖,使場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通角更小些,估計(jì)效率會(huì)得到提高。因制作時(shí)間比較倉促,從24V變9V直接采用了7809模擬穩(wěn)壓電路,其效率顯然是十分低下的,如果改用開關(guān)穩(wěn)壓電源,則可大幅提高驅(qū)動(dòng)部分的效率,使電路在間歇工作狀態(tài)時(shí)更省電。本裝置是模擬桌面無線供電系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的,所以發(fā)射線圈和接收之間的距離大于12mm,這樣也使轉(zhuǎn)換效率有明顯下降,因?yàn)閮删€圈距離越大,效率必然越低。無線臺(tái)燈只是無線供電的一種應(yīng)用,接收部分也完全可以用于無線充電、水下LED燈或旋轉(zhuǎn)LED圖形顯示等領(lǐng)域。因?yàn)楝F(xiàn)成的無線供電模塊VOX330不容易買到,所以電源采用了24V直流。如果手邊有高壓無線供電模塊,直接采用220V交流電將會(huì)更具實(shí)用性
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