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因不同的類(lèi)型電子產(chǎn)品需要使用不同的充電器，充電時(shí)還要尋找合適的插口和理順接線(xiàn)，筆者利用電磁感應原理，設計了智能無(wú)線(xiàn)充電器。該無(wú)線(xiàn)充電器具有自動(dòng)感應充電和充滿(mǎn)電后智能斷電功能，不僅適用于各種不同充電電壓和容量的電子產(chǎn)品，而且能夠對多臺不同的電子產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行充電。作品采用智能無(wú)線(xiàn)充電的設計思想，具有使用方便、適用面廣的優(yōu)點(diǎn)，有較高的推廣應用價(jià)值。 1.系統概述 1.1 當前充電模式情況 在電子科技技術(shù)高速發(fā)展的今天，全球范圍內的手機用戶(hù)數量已經(jīng)達到了33億，再加上MP3、MP4等其他周邊電子產(chǎn)品，平均不到2人就擁有一個(gè)需要充電的便攜式電子產(chǎn)品。目前普遍使用的都是數據線(xiàn)插接式充電，這種充電方式數據線(xiàn)接口用久了通常會(huì )有觸不良等現象，而且單個(gè)充電器適應面不廣，因不同的類(lèi)型電子產(chǎn)品需要使用不同的充電器，充電時(shí)還要尋找合適的插口和理順接線(xiàn)，真可謂費時(shí)費力；各種便攜式電子產(chǎn)品的充電是一件令人頭痛的麻煩事。為了改良上面的現象，研發(fā)智能無(wú)線(xiàn)充電器是很有必要的。 1.2 作品簡(jiǎn)介及優(yōu)點(diǎn) 智能無(wú)線(xiàn)充電器利用電磁感應原理，是非接觸充電系統，不再通過(guò)導線(xiàn)（充電線(xiàn)）傳輸電能，而是無(wú)線(xiàn)傳輸方式充電。沒(méi)有充電所用的物理接口，與一般充電器相比，避免了插線(xiàn)或拔電池的麻煩，具有一般充電器的工作原理；作品采用一（充電器）對多（感應負載）充電、智能充電的設計思想；無(wú)線(xiàn)充電器對負載充電時(shí)，指示燈將由綠燈轉換為七彩燈，手機也正確顯示充電狀態(tài)并智能完成充過(guò)程（實(shí)驗產(chǎn)品為手機）。本充電器可以同時(shí)對多個(gè)負載充電，可以自動(dòng)感應是否有負載充電，達到自動(dòng)充電，充滿(mǎn)電后10秒自動(dòng)斷電，達到智能化；從而大大方便了用戶(hù)。智能無(wú)線(xiàn)充電器使用十分方便、一個(gè)充電器就可以滿(mǎn)足一個(gè)家庭的需要，具有較高的推廣應用價(jià)值、成本低廉（與一般充電器價(jià)格相差不多）等優(yōu)點(diǎn)，現在世界上許多大公司（如Sony，Intel，apple，飛利普等）也正在火熱研究中；智能無(wú)線(xiàn)充電必將是取代物理直插的發(fā)展方向，將肯定受到人們的歡迎和重視。 基于以上思路，充分運用所學(xué)電子技術(shù)知識，經(jīng)過(guò)老師悉心指導。設計、制作智能無(wú)線(xiàn)充電器，它具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）成本低廉 電路由脈沖產(chǎn)生部分、功率放大部分，濾波部分、比較部分及發(fā)射和接收部分組成，每部分只是幾個(gè)小元件組成，制作簡(jiǎn)單。 （2）一對多充電 一臺充電器可以對多個(gè)負載充，一個(gè)家庭購買(mǎi)一臺充電器就可以滿(mǎn)足全家人使用，隨著(zhù)負載的增加，工作效率也會(huì )增高，因此可以節約用電同時(shí)亦可減少不必要的開(kāi)銷(xiāo)。 （3）方便性 與一般充電器相比，減少了插拔的麻煩，同時(shí)亦避免了接口不適用，接觸不良等現象，老年人也能很方便地使用。 （4）智能化 只要把感應負載往充電器上面放，就可以自動(dòng)感應充電，通過(guò)信息反饋，當感應負載滿(mǎn)電后，自動(dòng)斷電，實(shí)現充電過(guò)程智能化。 2. 工作原理概述 2.1 系統模塊 無(wú)線(xiàn)充電器利用電磁感應原理。通過(guò)NE555D芯片產(chǎn)生一個(gè)36.7K的脈沖頻率（因為經(jīng)過(guò)調試在36.7K頻率時(shí)，效率達到最高），IRFP460功率放大，使發(fā)射線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當接收線(xiàn)圈靠近時(shí)，產(chǎn)生感應電流，經(jīng)過(guò)全波整流和穩壓，得到負載 （手機）所需要的充電電壓和電流。發(fā)射線(xiàn)圈的電流會(huì )隨著(zhù)感應負載的增加而增大，通過(guò)運放把0.33歐的負載電壓23倍放大，再經(jīng)過(guò)1N4148整流濾波得到電壓U1與基準源Uo比較。充電時(shí)，U1大于Uo七彩燈閃亮，表示正在充電；空負載或充滿(mǎn)電時(shí)，U1小于Uo，綠燈亮，若10秒鐘后沒(méi)有感應負載，自動(dòng)斷電；按一下復位鍵則充電器重新啟動(dòng)。 具體電路分析如下： 2.1.1 NE555D脈沖發(fā)生器模塊 如圖1，根據 T =（R1+Rp）C1，f = 1/T，調節Rp使NE555D輸出一個(gè)36.7KHZ的脈沖頻率。 圖1 NE555D脈沖發(fā)生器模塊 2.1.2 功率放大及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊 主要把NE555D產(chǎn)生的一個(gè)36.7KHZ的脈沖功率放大，經(jīng)發(fā)射線(xiàn)圈發(fā)射出去。當脈沖為高電平時(shí)，Q12柵極為高電平，Q12導通，此時(shí)Q8飽和，Uceq電壓只有0.67V，經(jīng)D10-4148后Q1柵極電壓為0，Q1截止。當脈沖為低電平時(shí)，Q8、Q12同時(shí)截止，電流直接由R16 D10 Q1，Q1導通。整個(gè)過(guò)程中Q1與Q12均以一開(kāi)一關(guān)的形式工作。電路如圖2： 圖2 功率放大及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊 2.1.3 感應線(xiàn)圈模塊 如圖3，當感應線(xiàn)圈靠近發(fā)射線(xiàn)圈時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生感應電流，經(jīng)過(guò)全波整流后，根據不同的電子產(chǎn)品的充電電壓，可選擇不同的穩壓二極管穩壓，再經(jīng)三極管Q100放大電流后供給不同電子產(chǎn)品充電。 圖3 感應線(xiàn)圈模塊 2.1.4 充電檢測模塊 當有感應負載時(shí)，R20（0.33歐）電阻上的電壓會(huì )增大，經(jīng)運放U2A放大A=1+R5/R6=23倍后，電壓變化明顯，再經(jīng)過(guò)1N4148整流濾波，得電壓U1與基準源Uo比較，此時(shí)U1＞Uo，運放輸出Ui為高電平，七彩燈閃爍；當感應負載充滿(mǎn)電（或沒(méi)有感應到負載），此時(shí)U1＜Uo，運放輸出Ui為低電平，綠燈亮。 圖4 充電檢測模塊 2.1.5 智能斷電模塊 （1）當開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)時(shí)，整充電器處于智能充電過(guò)程。充電器啟動(dòng)時(shí)，繼電器K1閉合，同時(shí)K2為斷開(kāi)狀態(tài)。當有感應負載時(shí)，七彩燈閃爍，Ui為高電平，此時(shí)Q5飽和，電壓Uceq為0.67V，低于Q2+Q4的導通電壓之和（1.34V），Q2與Q4構成達林頓，同時(shí)截止，繼器K1吸合；當感應負載充滿(mǎn)電（或無(wú)感應負載）時(shí)，綠燈亮，即Ui為低電平，此時(shí)Q3截止，電容C5與R9構成RC充電電路，當電容充電電壓到達Q2與Q4的導通電壓時(shí)，Q2導通，使Q4飽和，此時(shí)繼電器工作電壓只有0.67V，繼電器斷開(kāi)，整個(gè)電路處于完全斷電狀態(tài)。斷電后，繼電器K2閉合，此時(shí)C5與R13構成RC放電電路，給C5快速放電。當按一下輕觸復位開(kāi)關(guān)時(shí)，充電器重新啟動(dòng)。當感應負載充滿(mǎn)電（或無(wú)感應負載）時(shí)，電容C5充電，其電壓為Ut 由公式Ut=12*（1-e-t/R9C5）得：t=-R9C5ln（1-Ut/12） 其中C5=100UF，R9=1MΩ，Ut=1.34V， 經(jīng)計算得斷電時(shí)間：t=10S 實(shí)現了10秒自動(dòng)斷電。在綠燈亮的10秒內只要有感應負載，則Ui為高電平，Q3飽和，電容C5放電。整個(gè)充電過(guò)程實(shí)現智能化斷電。 （2）當S2閉合時(shí)，整個(gè)充電電路處于手動(dòng)斷電過(guò)程。 圖5 智能斷電模塊 圖6 智能無(wú)線(xiàn)充電器原理電路圖 2.1.6 流程圖 具體工作流程如圖7所示： 圖7 工作流程圖 2.2 系統實(shí)現 系統實(shí)物圖如圖8、圖9、圖10所示。 圖8 作品實(shí)物圖 圖9 進(jìn)行一對多充電 圖10 充電過(guò)程中（七彩燈亮） 3.主要技術(shù)指標 該作品主要技術(shù)指標如表1所示: 4.元件清單 本系統所采用的主要元件清單如表2所示： 經(jīng)統計得： 元器件總價(jià)格 $=17.18（元）。 5.作品擴展 通過(guò)研究，我們發(fā)現無(wú)線(xiàn)電磁感應充電的應用領(lǐng)域十分廣泛，除了應用于最基本的手機、MP3、MP4、筆記本電腦，數碼相機等便攜設備充電外，還可以應用在醫療、工業(yè)領(lǐng)域中，特別對于那些完全密封式的設備有著(zhù)更重要的意義；如果把發(fā)射線(xiàn)圈裝進(jìn)鼠標墊里面，便可實(shí)現鼠標無(wú)線(xiàn)供電。其實(shí)除了感應充電以外，還可以通過(guò)改變脈沖頻率實(shí)現驅蚊趕鼠等功能。 6.結束語(yǔ) 本設計把目前電子類(lèi)課程所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識真正應用到實(shí)踐中，由于作品架構設計合理，電路功能實(shí)現較好，性能優(yōu)良、穩定，較好地達到了預期設計要求的各項指標。 附：儀器設備清單 函數信號發(fā)生器 數字萬(wàn)用表 模擬萬(wàn)用表 失真度測量?jì)x 數字示波器 穩壓電源 超高頻毫伏表 |
