实验室无线充电系统_论文

ARM-STM32校园创新大赛项目报告题 目： 实验室无线充电系统 学 校： 中山大学 指导教师： 视频观看地址：/v_show/id_XNjE4OTM1OTAw.html如在报名后有修改，请在此注明。题 目： 实验室无线充电系统 关键词： 实验室 无线充电 Qi 异物检测 自动充断电 BQ500211 BQ51013A STM32F407VGT6 摘要 本无线充电系统并使用现行较成熟的Qi无线充电协议，主要应用于实验室万用表等小功率用电器的供电充电中。系统可由多个无线充电发射模块搭成成较大的充电平台，同时使用stm32F4discovery作主控，用迪文触控屏显示充电状态等信息并对充电平台进行控制。充电时具有异物检测功能和自动充断电功能，而且能耗少，效率高，并能同时对多个设备进行充电，使用方便。1. 引言实验室日常管理过程中，万用表电池的更换一直是让人烦恼的问题，目前实验室万用表大多用一次性电池供电，电池储能少，更换频繁，造成能源利用率低，还容易产生环境污染，同时每次更换都要手动拆表，更换不方便，同时实验室万用表较多，需要的人力成本也增加。对实验室一些小功率用电器件（主要是万用表）实现无线充电功能能大大方便实验室管理，是现代化实验室所需要的。目前市场上的无线充电设备较多，也比较成熟，但大多无线充电设备均定位于移动市场，基于万用表等类似的设备的无线充电设备几乎没有，因此我们针对实验室万用表使用现状，使用符合Qi协议的BQ500211芯片构成无线充电发送端平台，同时将BQ51013A组成的无线充电接收电路嵌入万用表中，实现万用表的无线充电。万用表采用可充电的8.4V方块充电电池供电，使用时无需对万用表更换电池，只需将万用表放在合适位置，即可实现实验室万用表无线充电功能，十分方便，随时可以充电，同时系统具有充完电自动断电功能，无需人为干预也能防止电池过充损坏。大大方便实验室的管理。2. 系统方案 系统实现框图如下：Boost升压接收端控制模块和整流输出线圈互感耦合（握手、通信）全桥逆变电路发送端控制模块Stm32F4对电池恒流充电电池充电状态的捕获触控屏操作平台 无线充电发送端 无线充电接收端 系统工作时，发射端通过线圈定时发出扫描信号，检测是否有符合标准的待充电物体，若没有或被测物体不符合标准，系统进入低功耗的待机状态，若检测到符合标准的待充电电器，则蜂鸣器响，指示灯亮，开始发送电能；当电池充电完成时，接收端向发送端发送终止信号，发送端停止供电，充电终止，继续进入待机状态或充电完成状态，等待下一个待充电设备。系统功能框图如下：开始扫描待充电电器被检测电器是否符合标准？否发送电能是否是否收到充电终止信号是充电结束，停止供电等待下一个待充电设备3. 系统硬件设计系统包括无线充电发射端和无线充电控制端还有单片机控制部分，具体实现如下：3.1无线充电发送端1）无线充电发送端使用市电220V交流电源供电，通过变压器整流再经TPS54331开关电源降压后，输出5V电压，用于整个无线充电平台的供电，同时使用ina214和一20毫欧姆的采样电阻对电路的总电流进行采样。2）发送端由BQ500211芯片控制，用于处理通讯信息、发送、终止电能传输等，同时将各个充电状态交由STM32F4Discovery处理。3）DC-AC转换模块由2片TPS28225构成的全桥整流组成，将直流电转换为交流电，同时电能由一个WPC A5线圈发射出去。3.2无线充电接收端1） 接收端整流和控制电路由一片BQ51013A构成，接收线圈使用WPC A5线圈，最后输出5V电压，最大输出电流为1A：2） boost升压电路：因BQ51013输出的电压为5V，万用表供电电池为8.4V电压，因此必须通过升压才能给电池充电。升压模块使用TPS1170芯片，最后输出电压为13.5V：3） 充电和保护电路：为了保护电池并防止过充，电池充电时采用50mA恒流充电，恒流源由TL431和一个NPN三极管构成，同时用LM321单运放做比较器检测电池的电压，当电池电压达到10V时，产生充电完成信号至BQ51013A的充电状态判断端口，并由芯片发出终止信号到发射端，发射端终止充电，进入充电完成模式：4. 系统软件设计软件设计基于STM32F4Discovery上开发，主要包括四个部分：1.主程序；2.触控液晶屏的人机交互界面设计；3.无线充电模块的状态读取以及使能输出控制；4.ADC电流采样并显示。1) 主程序主程序的内容是进行系统的初始化和状态的更新。更新内容包括电流采样值和各个充电模块的状态。2) 触控液晶屏的人机交互界面设计本系统所用的触控屏是迪文的DMT80480C050_01W。可以通过自带的调试助手设置基本的界面显示和触控响应，并通过串口传输与STM32F4通信，正确握手后，根据数据手册传输不同的命令可对触控屏进行控制和通信。传输的波特率是115200，1位停止位，8位数据位。3) 无线充电模块的状态读取以及使能输出控制BQ500211有两个状态标志输出口，通过这两个输出的电平高低组合可判断目前充电模块的状态，主要有四种状态：待机、充电中、充电结束和异常。同时为每个充电模块配置一个输出IO口作为使能充电的控制。4) ADC电流采样并显示系统的ADC采样是通过DMA+ADC的方式，最终由DMA产生中断替换ADC采样电压值，经过线性变换得到电流值，并在主程序中更新当前的电流读取值。获取串口数据包l 流程图开始 是否符合格式初始化否 状态更新是 分析处理数据并作出响应 清中断标志主程序流程图 串口中断程序流程图进中断 进入函数读取充电器状态从缓冲区取值读取电流采样值显示到界面更新界面关中断DMA中断服务函数流程图 状态更新函数流程图5. 系统创新目前市场上的无线充电器虽然不少，但大多定位于移动市场，而对于实验室万用表等其他小功率的无线充电设备几乎没有。同时大多数无线充电器只能单独对一台设备充电，不利于大型场合的应用，而且大多数充电器待机功耗较大，造成能源利用率低，效率也不高，同时安全性能不高。而我们设计的无线充电系统可以搭成一个大型的无线充电平台，可同时对多台用电设备进行充电，并具有异物检测和充完电自动断电功能。同时对于单独充电通道而言，待机功耗只有0.2W左右，充电时功率约23W，用电量少，效率较高，而且线圈之间加了隔磁片减少电磁的干扰，有利于节能环保。同时增加单片机和触控屏控制，可方便检查充电平台的状态和检测错误，大大方便操作和管理。6. 评测与结论接通电源，系统正常工作，每个通道待机电流在50mA左右，将金属或普通无线电接收端放在发射线圈上，电能不传输，仍显示待机状态；将制作的配套接收端靠近发射线圈，蜂鸣器响一声，同时指示灯亮，接收端的指示灯也亮了，同时液晶屏显示正在充电状态，此时发送端的