电子技术课程设计-简易无线电台灯设计

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1、辽宁工程技术大学电子技术课程设计课程设计名称： 电子技术课程设计 题 目： 简易无线供电台灯 学 期：2016-2017学年第2学期 专 业： 矿业技术学院自动化专业 班 级： 自中职15-2 姓 名： 学 号： 指导教师： 辽宁工程技术大学课 程 设 计 成 绩 评 定 表评定标准评定指标评定标准该项成绩毕业要求指标点2.3正确使用文献分析复杂电气工程问题，并获得有效结论参数计算及单元电路的正确性设计内容的合理性结果评价毕业要求指标3.3掌握电气工程领域的基本创新方法，在设计环节中体现创新意识设计方案的可行性设计的创新性创新意识毕业要求指标：4.3能够选择与使用恰当的现代工程工具和信息技术工

2、具，解决包括预测与模拟在内的复杂电气工程问题，并能够理解其局限性。仿真或实验验证技术指标或性能结果的正确性毕业要求指标：6.3理解工程伦理的核心理念，了解电气工程师的职业性质和责任，在工程实践中能自觉遵守职业道德和规范，具有法律意识设计态度与进度设计报告图表设计内容与文字表达设计报告格式与完整性总得分标准说明：以上13个评定标准，每个评定标准5分，总分65分。得分40分以上视为总成绩合格。总成绩日期年 月 日课程设计任务书一、设计题目简易无线供电台灯二、设计任务1. 利用电磁感应无线电能传输技术点亮5W的LED台灯。2. 可调节灯的亮和暗。三、设计计划电子技术课程设计共1周。第1天：选题，查资

3、料；第2天：方案分析比较，确定设计方案；第34天：电路原理设计与电路仿真；第5天：编写整理设计报告书。四、设计要求1. 画出整体电路图。2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。3. 写出符合设计格式要求的设计报告书。指导教师：陈忠华时 间：2017年6月19日摘要1、近年来，由于无线供电技术广阔的发展前景，它又一次引起了人们的关注。无线供电可以运用于消费电子产品充电、植入式医疗电子充电、无线传感器网络充电和无线充电车等方方面面。可以说如果无线充电技术能够成熟和普及，那么，他将给人们的生产和生活个个方面带来巨大的变化。因此，我对无线供电产生了浓厚的兴趣，所以就尝试一下无线供

4、电。2、生活中我们常常会遇到这样的事：灯光太刺眼，自己视力下降，灯光太暗，看东西费力。所以我想设计一个简易的可以根据人们需要来调节亮度的简易无线台灯。3无线供电台灯的出现，是无线供电技术运用实际的一个体现。我们不用再为台灯没插座、线不够长而烦恼，无线供电台灯的给生活带来很大的方便。发射装置可以安装于墙体内，节约了有限的空间。无线供电台灯技术也可以运用于水下照明，如金鱼罐的水底灯，这样就不用通过导线连接水底的灯了，增加了美感外，也增加了安全性。还可以用此技术制作很多奇特的观赏灯的制作，为我们是生活增加一份新颖。还有市场上此技术的产品不多，所以完善后的无线供电灯会有较好的经济实用价值和市场潜力。

5、关键词：电磁感应 无线供电 台灯 目 录1方案论证.12. 综 述23. 原理及技术指标24. 单元电路设计及参数计算45. 仿真66. 设计小结87. 参考文献10一方案论证总的方案是：由AT89S52单片机作为CPU控制整个电路。无线供电部分通过发射电路发射电磁场，接收电路接收电磁场，产生电压为LED供电。CPU通过电子开关HCF4066控制无线供电部分电源的通断。按键把信号反馈给单片机，从而让单片机采取行动1、无线供电部分，我采用电磁耦合的方式。电源采用USB线提供5V直流电，由振荡器产生正弦波形电流，通过初级线圈，再用次级线圈与其进行耦合，在次级线圈两端中就能产生电压，运用次级线圈产生

6、的电压给四个高亮LED供电，由于初级线圈和次级线圈可以相隔一定距离，因此可以实现无线供电。2、“灯光想亮则亮”功能的实现：运用51单片机产生38KHz的方波信号；由单片机检测，从而决定是否给无线供电部分提供电源。 二、综述1、通过框架图我们可以清晰地了解系统各个部分的功能。从物理上来也可把系统分为发射电路和接收电路。 2、电源电路直接选用EI型变压器供电。通过整流桥和三端稳压器7805得到需要的直流+5V电压。 3、设计高频振荡电路，采用效果较好的CMOS电路六反相器CD4069的晶体振荡电路或采用高速CMOS电路四与非门74HC00的晶体振荡电路。 4、功率放大电路的选择。此电路对输出波形要

7、求不大，只要波形有足够的振幅即可。我们采用达林顿管TIP132或场效应管IFR540N设计功放电路。 5、制作线圈L1、L2。线圈材料采用适当粗细的漆包线。线圈的大小和匝数据实际情况而定。接收电路的输出电压可以通过L2的匝数调整。 6、设计高频滤波电路。此电路和普通低频滤波电路差不多，只是整流二极管要用肖特基二极管或快恢复二极管，以满足高频特性。实际电路我们将用1N4148硅高速开关二极管。 7、设计好各子电路后焊接，组装系统电路。实验采用洞洞板，为了合理布线、焊接方便，在焊接前也要合理布局元件的分布。 8、通电前仔细检查电路，防止焊接错误等而导致烧毁元件使实验失败。 9、测量输出电压，如果输

8、出电压太低不能满足负载的最低电压我们可以增加升压电路。接上负载测试电路，并总结改进电路。在成功的基础上努力增加接收效率和接收距离。 10、此外我们了解到现在有一种效率较高的无线供电模块，专门用于无线供电电路。利用无线供电模块的方案设计思路较为简单。因为它已经是集成电路，不用我们自己设计各个子电路。直接焊接系统。但也有我们要改进的地方，如发射线圈和接收线圈的匝数、形状、接收方向等等，从它的信号传递方面来分析无线供电的效率问题。 11、最后，通过上述多次实验，制作出一盏较为满意的小功率无线供电台灯三原理及技术指标任何一个具有接收线圈的装置都可成为接收电路，这里只是给出其中一例，它可以实测接收部分的

9、功率，也可以调整撤回路的谐振状态，使之灵敏度最高。零件选择无线供电的效率与发射级的工作状态有关，同时也与作为发射电磁能量的线圈的质量也有非常密切的关系，所以发射线圈L1我采用360.1mm的李兹线，绕在用光盘作骨架的蛛网板上。线圈的骨架用光盘制作，为了避免涡流损失，光盘上的金属镀层应当去掉。骨架的内径为66mm，用36股0.1的漆包线绕11匝。接收线圈也绕成蛛网式，用24股0.1的多股漆包线绕8匝。高频输出级用大功率场效应管，如IRF系列的634、630均可，或其它耐压200V，电流5A，最大损耗功率大于20W以上的VMOS管。使用时需加上面积足够大的散热器。谐振电容C4要求用绦纶电容，耐压2

10、00V以上；C11、C12、C13、C14要求耐压35V以上。定时电容C5、C10要求容量准确，漏电较小，最好用钽电容，如果没有钽电容则应采用耐压25V以上的铝电解。C7、C8、C11、C12要紧靠IC4焊接。其他元件没有什么特殊要求。在调解时先调发射部分。输入24V的直流电源，当调试开关处在断开状态时，LED的红灯会以大约1秒的周期闪亮，这说明IC2工作正常。合上调试开关 SA，使振荡部分连续工作，这时红灯将一直点亮。检查各点的直流工作点是否正常，这时整机电流约50mA，其中VT3的漏极电流约20mA左右。如果 24V和9V两点的电压正常，可用示波器检查各关键点的波形。各点波形基本正常后，用

11、一个2200pF的绦纶电容（耐压250V）和一个1000pF的可变（可用多连可变并联而成），仔细调整可变使整机电流最小。量出并联的总电容，将一个或数个并联的固定的等效电容替换原来的固定和可变电容，并在线路板上焊好。断开维修开关SA使振荡器工作于间歇状态；旋转Rp到最大使LED绿灯亮，逐渐将Rp减小，使得LED的绿灯熄灭，红灯刚好闪亮。这时整机电流在1020mA间摆动。将接收部分靠近发射线圈，断开接收部分的负载开关SA，则接收器上的指示灯LED会和发射部分的LED同步闪亮。同样，用一个0.01F左右的固定电容接到谐振线圈的两端，逐步拉开发射线圈和接收线圈的距离，同时适当增减谐振电容的大小使指示灯

12、最亮。调整好后，将电容固定下来，在线路板上焊好。如果用示波器观察谐振回路的波形，应该可以看到与发射线圈频率相同的正弦波。合上负载开关SA，将接收线圈置于发射线圈正上方的510mm处，这时发射部分的双色LED的绿灯会自动点亮，说明发射部分己检测到负载，并工作在连续状态。如果再次移去接收线圈，绿灯随即自动熄灭，红灯再次闪动，说明智能部分的检测功能正常。如果检测功能不正常，应仔细调整Rp。当电路检测到负载时，发射部分的总电流约200300mA，视负载轻重而变。无线供电台灯电路基本相同，只是将作为假负载的50电阻换成了1只大功率LED。接收线圈用1.2mm或更粗的漆包线做成圆盘状的线圈，其内径为67m

13、m绕8匝，两端各留25cm的引出线，将来就作为小台灯的支架。找一个光盘，去掉金属镀层，在适当地方钻两个小孔，将绕好的线圈引线穿过光盘上的小孔，并将线圈粘合在光盘上。将1个5W的LED装在自制的散热器上。另找一个直径80mm的小光盘（不必去膜）和一个大小适当的塑料瓶盖，作为制作台灯的灯罩的原材料。四单元电路设计及参数计算完整电路图无线供电发射部分图中，B772和9014构成自激震荡电路，将电源提供的直流电转化为交流，再通过初级线圈产生电磁波，完成电的发射。由于B772很容易发热，因此我用易拉罐自制了一个散热片，经测试，散热效果良好。2、无线供电接收部分次级线圈和初级线圈靠得很近，初级线圈产生的变

14、化磁感线在次级线圈中产生感应电流。台灯的灯采用高亮的四个LED，能提供较亮的光线。3、 电子开关HCF4066HCF4066的第1、14脚接5V电源，7脚接地，通过单片机控制13脚即可控制1脚和2脚的通断，从而控制无线供电模块的通断。4.参数的计算（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，则R=40五仿真六设计小结1.因制作时间比较仓促，效率显然是

15、十分低下的，如果改用开关稳压电源，则可大幅提高驱动部分的效率，使电路在间歇工作状态时更省电。2.本装置是模拟桌面无线供电系统而设计的，所以发射线圈和接收之间的距离大于12mm，这样也使转换效率有明显下降，因为两线圈距离越大，效率必然越低。3.无线台灯只是无线供电的一种应用，接收部分也可以用于无线充电、水下LED灯或旋转LED图形显示等领域。4.因为现成的无线供电模块VOX330不容易买到，所以电源采用了24V直流。如果手边有高压无线供电模块，直接采用220V交流电将会更具实用性。5. 通过本次实验让我的动手能力有更加进步了，同时我在这次试验中也体会到了成功的喜悦与思考的充实感，这次试验会让我终

16、生难忘。从场效应管各点波形来看，输出级的工作状态并不十分理想，尤其是源极电压波形存在高次谐波，这样显然会使电路的转换效率降低。究其原因，应该是因为栅极驱动电压的波形过宽所致。如果使栅极波形改为更窄些的脉冲，使场效应管的导通角更小些，估计效率会得到提高。因制作时间比较仓促，从24V变9V直接采用了7809模拟稳压电路，其效率显然是十分低下的，如果改用开关稳压电源，则可大幅提高驱动部分的效率，使电路在间歇工作状态时更省电。本装置是模拟桌面无线供电系统而设计的，所以发射线圈和接收之间的距离大于12mm，这样也使转换效率有明显下降，因为两线圈距离越大，效率必然越低。无线台灯只是无线供电的一种应用，接收

17、部分也完全可以用于无线充电、水下LED灯或旋转LED图形显示等领域。因为现成的无线供电模块VOX330不容易买到，所以电源采用了24V直流。如果手边有高压无线供电模块，直接采用220V交流电将会更具实用性。七参考文献【1】王晶，翁国庆，张有兵，电力系统的MATLAB/SIMULINK仿真与应用，西安电子科技大学出版社，2008年9月【2】李国勇，谢克明，杨丽娟，计算机仿真技术与CAD基于MATLAB的控制系统，电子工业出版社，2008年6月 【3】李颖 Simulation动态系统建模与仿真，西安电子科技大学出版社，2009年11月 【4】于贵江，给予小波分析的故障信号检测，哈尔滨理工大学学报，2003年2月 【5】任震，黄雯莹，石志强，小波变换及其在电力系统中的应用，电力系统自动化，1997年3月 第 7 页