2018年电赛—C题—无线充电电动小车参赛报告论文.pdf

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.27M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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2018 年 TI 杯大学生电子设计竞赛无线充电电动小车（C 题） LG-23-本-C 2018 年 7 月 21

摘要本设计使用电磁感应技术实现无线充电的功能,使用恒压恒流的学生电源进行供电，通过无线充电模块向线圈供电，以电磁感应的方式向接收端传送能量超级电容供电。超级电容将电量送给驱动电流很小的空心杯电机为了更好的实现爬坡的功能，电机部分使用空心杯电机加上机械结构增大电机的扭矩保证电机的动力最大效率运用超级电容中的电量。最终达到爬到更好的高度的目的。关键词：无线充电;空心杯;超级电容 1

第一章方案论证在本题中，系统主要分为无线充电模块，超级电容，自动启动模块， DC_DC 模块，电机模块。系统结构图如下所示：图 1-1 系统结构图图 1‐1 系统方案设计 1.1 定时断电模块的比较和选择为了实现定时断电功能，我们开始时提出的方案有两种：第一种：使用 msp430 单片机，使用定时器装置定时 1 分钟，到指定的 1 分钟时间后，通过定时器中断控制 IO 口，断开电源与充电模块的连接，断开充电。优点：定时的时间精确，msp430 单片机的功耗很小。第二种：使用 555 定时电路与模拟开关 CD4066，p 沟道 vmos 管结合进行定时。具体电路图如下： 2

图 1‐2 模拟开关 CD4066 电路图通过设计 555 定时器的电路，确定定时时间。555 定时器达到定时时间后电平切换为低电平，将电平信号送入模拟开关。模拟开关属于高电平导通，低电平截止。当系统上电时，555 的定时电路触发，开始定时，输出一开始为高电平，模拟开关导通，p 沟道 mos 管的栅极为低电平，mos 管导通，这时充电模块开始充电。当定时时间到后，输出电平为低电平，模拟开关截止，p 沟道 mos 管的栅极为高电平，mos 管截止。充电模块停止充电。优点：整个装置的耗能很少，基本不会影响到系统的充电效率。系统的逻辑严谨，模块体积小。缺点：系统的定时周期不是十分准确，有一定量的误差；系统的电路结构需要自己设计，调试难度较大。最后经过多次的测和比较最后我们选择稳定和耗能较少的第二种方案。 1.2 自动启动模块的选择和比较自动启动模块我们主要是有两种方案：第一种方案：使用光敏三极管，在充电的发射装置中安装红外光管，在小车上制作一个黒室，在充电完成后，发送模块，熄灭红外光，接受模块检测到以后，随即做出相应开始启动，缺点在于电路结构复杂，我们对于光敏三极管运用的不熟练。所以电路的调试很慢。第二种方案：使用 p 沟道 mos 管，当 mos 管的栅极没有电压输入时，mos 管导通，电机开始运作。 3

因为第二种方案的电路相对简单，而且 mos 管导通后电阻基本为 0，所以对于线路的损耗很小。所以我们最终选择第二种方案，使用 p 沟道 mos 管。 1.3 DC-DC 模块的选择在 DC—DC 模块中，我们主要选择的是：图 1‐3 DC_DC 模块内部结构图这种 DC-DC 的芯片的转换效率高，而且电路简单，具体的电路原理图如上图所示。 1.4 电机的选择和比较对于这次的设计来说，电机的选择十分的重要。所以在对于电机的选择中，我们测试了非常多的电机，具体测试参数如下：状态驱动维持终止表 1‐1 直流电机测试数据电压（V）电流（A）功率（W） 0.99 0.98 0.47 0.43 0.25 0.20 0.43 0.25 0.09 优势：速度适中，力量最大 4

表 1‐2 空心杯电机测试数据状态驱动维持终止电压（V）电流（A）功率（W） 0.05 0.03 0.12 0.01 0.01 0.05 0 0 0.01 优势：速度快，力量大。经过大量的实验测试和理论数据，我们可以分析得知，直流电机的力量虽然是最大的，但是它的驱动电流最大，我们超级电容中的电量使用率很小。而对于空心杯电机他的驱动电压很小，只用很小的电压就可以驱动电机，而且力量适中，不过对于电机的力量我们采用 5 级放大，将电机的力量变为原来的 36 倍，我们采用的是空心杯电机。 5

第二章理论分析及计算我们在对超级电容进行选型时，我们从电容的容量，一分钟的充电电荷量，充电后放电的时间进行了实验，实验数据如下：公式：H=L*SINΠ 表 2‐1 超级电容选取测试数据充电 1 分钟电容一分钟充电电升压 4.76V 3.0V 3.8V 4.86V 荷量 25C 60C 60C 48.6C 放电时间 85S 137S 146S 142S 放电后爬坡高度 43 度 23 度 15 度 45 度 2 个 2.7V 15F 12V 25F 5 个 20V 100F 1 个 5.5V 10F 计算公式 Q=CU 通过查阅资料及资讯老师，我们发现超级电容的充电要经过 3 个过程恒流，恒压，涓流三个过程。当恒流充电时的充电速度最快，所以最后就爬坡的高度以及电容的型号来说，我们使用了 1 个 5.5V，10F 的电容。 6

第三章系统测试结果将系统完成后我们对于系统进行测试：在测试过程中，我们使用手机 APP 对木工板的坡度进行测量，使用型号为 SPD3303X—PD 的学生电源进行供电，使用型号为的万用表进行电压测量。在利用秒表计时充电 1 分钟后，断开充电电源，这时小车可以完成自动启动，其中在直线的测试距离中，小车在跑 1 米的时间为 5s，跑完之后还有 4.56V 电压，L=1m 时的坡度角度：表 3‐1 系统测试数据坡度电容剩余电压（V） 10 20 30 40 45 4.02 3.95 3.65 3.55 3.33 综上所示，系统的最大爬坡高度为 45 度。 7

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