本实用新型涉及无线充电领域，特别涉及一种基于电磁感应的简易无线充电装置。
背景技术：
：当前社会的不断发展进步，可携带的平板电脑，媒体播放器，智能手机等需要供电的电子设备在广大人群普及越来越广和移动互联网情况下，一切变得方便快捷。但是当外出遇上电池没电，电子设备用不了，这么美好的生活状态打破了和阻碍高速发展的社会生活，因此外出随时随地都可以进行无线充电就变得很必要了。另一方面，无线充电技术可以降低因家里有很多电子设备，充电线多而导致电线繁杂，产生漏电或者短路等不安全隐患，无线充电技术还可以降低电子设备的充电端口的损坏，提高电子设备的寿命，同时还减少充电器的生产，起到绿色环保作用，也可以减少我们和220V交流电间接接触。当然对于无线充电技术的研究，在大力发展的同时，要在环保、节能和安全等各个方面做到不浪费，不污染和避免人类身体造成坏的影响。现在海内外研究无线充电技术原理有四种，分别是电磁感应式(MagneticInduction)、无线电波式(RadioReception)、磁共振式(Resonance)和电场耦合式(Capacitivecoupling)。一、电磁感应式(MagneticInduction)到目前为止，电磁感应式是无线充电普及最广，比较成熟的技术，最早源于迈克尔-法拉第在19世纪30年代发现电磁感应现象，产生感应电动势是由于磁通量的变化，因此电线有电流通过。电磁感应式就是发送和接收端都有线圈，一定大小的电流通过发射线圈，然后通过电磁感应原理，在接收线圈产生电动势，在接收端产生电流。谐振控制、传输功率高效能以及传输数据作为电磁感应式无线充电的内核技术。电磁感应式的优点是在短距离无线充电时候，转换电能效率很高。二、无线电波式(RadioReception)无线电波式的充电原理是用电子设备接收无线电波，运用了相似于早期使用的矿石收音机的基本原理，组成部分有微波发射模块和微波接收模块，其技术的发展相对于其他比较成熟。简单的来说，发送器只要安在墙身插头，还有一个可以装上任何电压电子设备的“蚊型”接收器，从阻碍物发射回来的无线电波通过微型高效接收电路捕获，让其转化成稳定的直流电压。经典例子就是布朗(WilliamC.Brown)的20世纪60年代由微波源、发射和接收天线组成的微波输电系统，其中微波源内有能控制源在2.45GHz频段输出一定的功率的磁控管，64个缝隙的天线阵组成发射装备，拥有25％的转换和收集效率的接收装备。Powercast公司在2007就可以运用无线电波式原理对消费电子产品在距离RF广播最远几米的地方进行无线充电。可看出无线电波式的好处是能够较远距离无线充电，可达到10米，但是其缺点就是工作效率低，只有38％左右，功率小，需要长时间充电，很多能量都浪费了。三、磁共振式(Resonance)磁共振式有能量发送和接收两部分装置构成，原理是当发送和接收模块调节到同一个频率，或者是共振在一个规定的频率上，它们两个装置就可以互相交换能量，类似于声音共振，也称作近场谐振式。美国MIT的一个团队在MarinSoljacic教授带领研发下，利用电磁共振实现了无线充电，英特尔公司的研发人员在2008年用电磁共振技术，一个60W的发光设备在状态下距离提供电压源大概一米的位置有75％传送能量效率地发光，在这个成功的基础下，他们暗示将挑战用磁共振技术对已特殊处理的手提电脑通过无线装置充电。从很多的现实使用例子，例如充电时候所在的位置没有必要很精确，需要较高的传输电量功率，远距离输送能量等问题用磁共振技术可以较好地对应，所以现在此技术用在很多领域，譬如电动新能源车，医疗和军用设备，但是该技术的低效率和安全健康问题限制了磁共振技术的进一步发展，这些问题需要进一步解决。四、电场耦合式(Capacitivecoupling)电场耦合式由送电侧和受电侧组成，送电侧叫做“振荡器”，受电侧叫做“负荷”，然后运用两侧的电极所形成的电场来产生电。电场耦合无线充电技术有三大特色，分别是可以自由位置充电，电极不厚，在进行充电电极部的温度不会升高。①可以自由位置充电：电场耦合式虽然比不上磁共振式可达十米的长距离无线充电，但是在水平方向这个角度可以有较高的位置的自由，就是使用者可以在提供充电的位置上使用电子设备的同时可以无线充电，例如在床上使用平板电脑，只要床下有电场耦合技术提供充电的位置便可进行无线充电，增加了方便性和安全性。②电极不厚：这个特点真的很符合广大群众的要求，电极超级薄，可以放到很多的电子设备中，而且不影响电子设备内部结构的组成和分布，打个比方，一个很薄的平板电脑，只要装上1.6cm见方，厚6μm的电极就可以实现电场耦合式无线充电，既不影响美观，也更加方便。③充电的时候电极部的温度不会升高：现在的智能手机会遇到充电发热的情况，有这种不发热的电极，即使安装在电池附近，受到电池发热导致变质变坏的机率很低。但是电场耦合式的缺点就是传输功率很低，10W以下，局限性大。综上分析可知，电磁感应式是无线充电普及最广，比较成熟的技术，并且电磁感应式的优点是在短距离无线充电时候，转换电能效率很高，使用起来也很快捷容易。参考文献“杨辉.无线手机充电[D].天津职业技术师范大学.2014(06).”同样是采用电磁感应式进行无线充电，其主要由发信号的模块(发射模块)、传送信号模块(传输模块)和接收信号模块(接收模块)三个部分构成，流程图如图1。用一个小型的变压器，将220V的交流电变成直流电，加一个可调电阻来调节输出电压的大小，能够在0～20之间可调；用四个二极管做一个整流桥来达到整流的目的；再用电容器进行滤波，经过这一系列的变换，输给其他模块；接着经过功率放大电路放大以后送到线圈，再由接收模块的耦合线圈电磁感应，感应出电流以后进行一系列整流稳压，稳定以后再输送给负载，最后实现无线充电的目的。该文献所述技术方案的缺点是电路设计比较复杂，成本较高，出错率较大。因此有必要设计一种新的基于电磁感应的无线充电装置来满足需求。技术实现要素：本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于电磁感应的简易无线充电装置。本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：一种基于电磁感应的简易无线充电装置，包括发射模块和接收模块，其中所述发射模块包括顺序连接的电源变压器、LM2596稳压模块、频率振荡电路、MOS管功放电路、LC振荡电路、发射线圈；所述接收模块包括顺序相连的接收线圈、半波整流电路、LM7805稳压电路，所述LM7805稳压电路输出直流电到负载充电。所述基于电磁感应的简易无线充电装置，还包括模数转换模块、显示模块，其中模数转换模块将模拟信号转换成数字信号，并将结果显示在显示模块上，所述显示模块为LCD1602显示屏。所述基于电磁感应的简易无线充电装置，还包括充电保护电路。所述充电保护电路包括干簧管继电器。本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：参考文献“杨辉.无线手机充电[D].天津职业技术师范大学.2014(06).”作为最接近的现有技术，简称对比文件一，下面针对对比文件一，详细说明本实用新型的优点：一、从总体上：表1二、从发射端设计方案的选择上：发射端首先有家用电压220V交流电通过电源，变成12V的直流电，设计实验板有开关控制发射端是否工作，通过LED灯显示是否进行工作，若亮了，表示发射端开始工作，反之，不工作。发射端工作首先通过LM2596，LM2596降压芯片主要用于提供系统所需要的合适电压，譬如NE555、IRF540驱动芯片、发射线圈等。然后利用NE555产生方波产生脉冲，让其产生脉冲功率放大到36.7KHz(因为通过测试在36.7K频率时，能达到最高效率)，MOS管IRF540作为信号开关，让方波产生LC振荡电路，然后产生脉冲将能量传送到发射线圈。在设计过程中，从对比文件一所得，发射模块包含电源管理模块电路、频率振荡模块电路和功率放大模块电路三部分。电源模块主要是将交流220V的交流电变为供设备用的5V的直流电。用变压器T1将220V的电变为5V的直流电，再经过四个二极管组成的整流桥D1将变压器变小的电流进行整流，再由两个电容U3，U4进行滤波，再由有LM7805组成的稳压电路进行稳压，最后输送给负载。本实用新型主要是采用由NE555构成的频率振荡电路，组成的信号发生器发出的的频率用来给功放电路提供一个触发信号，用开关管(TFR840)和电容电感并联的谐振回路来构成功放电路。与对比文件一的在发射端的区别如表2所示：表2LM2596是一种芯片，起到开关型集成稳压作用。其核心含有：振荡器(150KHZ)、基准稳压电路(1.23v)、Themral-shutdown电路、Currentlimit电路等。LM2596优点：1、电压可调范围最低1.2V，最大承受电压为37V，固定电压输出分别是3.3V、5V、12V；2、最大输出电流3A；3、振荡频率为150KHz；4、属于thesecond开关稳压器；5、少消耗，高效率；6、转换效果可达88％；7、工作温度-40～+125摄氏度；从各个数据可得，LM2596可调节负载，具备过热和限流保护功能，输出线性优秀的功能，所以符合设计所需。LM2596一共五个引脚，如表3：表3引脚功能表LM259引脚功能1号引脚+VIN(接电源正极)2号引脚output(接电源正极)3号引脚GND(地线)4号引脚feedback(反馈作用)5号引脚on/off(检查是否工作)三、从接收端设计方案的选择上：接收线圈通过电磁感应现象收到发射线圈的能量，通过滤波和半波整流得到一个比较稳定的高电压，通过L7805，得到一个稳定的5V直流电，供给51单片机，型号STC89C52和负载使用，通过ADC0832，TLC5615两个芯片A\D之间的转换，加上LM324运放作用，将是否进行充电和充电电池电压在LCD1602液晶显示屏上显示。在对比文件一中，有个设计方案是这样的，接收电路由接收线圈、整流电路、稳压电容等构成。为了更容易实现接收与发射产生谐振，接收线圈并联的电容应与发射线圈并联的电容容量大小一样。为了得到稳定的直流电供给负载，由于接收线圈接收到的是交流电压，必须经过图中四个二极管组成的整流电路BR1。输出由3个47000uF的电解电容并联而成，这样会得到更加稳定的直流电。本设计的优势之处是，运用了半波整流电路，设计简单，不需要抽头，而且降低设计成本，二极管使用数量只需一个，操作简单，实物容易做出来，方便易操作。半波整流是一种利用二极管的只能从特定的一方到另一方，不可以反过来的特性来进行整流的最常见电路，除去负半部分的正弦波，输出正半部分正弦波的整流方法，叫半波整流。要有直流电，必须要进行整流，将交流电转换。因为半波整流后输出的直流电为脉动直流电，用在对电压要求不是很高，只要稳定的电路中。本设计选用半波整流电路，因为半波整流电路中，二极管承受的方向电压很低，使用的二极管数量只需要一个，省成本，电路简单，加上几个电容做滤波的作用，可以得到一个较稳定的高电压，可以实现后续的设计。本实用新型与接收端设计的区别如表4。表4所以在实现稳压降压过程中，本设计选用芯片L7805和半波整流电路，电容滤波作用，实现一个简单，容易实现稳定电压，供给负载和作为供电模块给传感器网络节点模块的方案。附图说明图1为本实用新型所述一种基于电磁感应的简易无线充电装置的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。一种基于电磁感应的简易无线充电装置，包括发射模块和接收模块，其中所述发射模块包括顺序连接的电源变压器、LM2596稳压模块、频率振荡电路、MOS管功放电路、LC振荡电路、发射线圈；所述接收模块包括顺序相连的接收线圈、半波整流电路、LM7805稳压电路，所述LM7805稳压电路输出直流电到负载充电。所述基于电磁感应的简易无线充电装置，还包括模数转换模块、显示模块，其中模数转换模块将模拟信号转换成数字信号，并将结果显示在显示模块上，所述显示模块为LCD1602显示屏。所述基于电磁感应的简易无线充电装置，还包括充电保护电路。所述充电保护电路包括干簧管继电器。下面用实物测试来进行进一步的说明本实用新型技术方案的技术效果以及可行性：一、测试准备1、首先检查实物的可行性，观察电路板是否焊接成功，电线是否焊接好，可用万用表测试电路板是否短路或断路；2、锂电池准备好；3、MSP单片机程序成功写进单片机中；4、测试电脑安装好EZ软。前期准备好，可以进行实物测试。二、实物测试一实物测试一，如表5所示，控制发射和接收线圈的距离不变，两个线圈平行放置，改变两个线圈的重合的面积。为了方便测试，两个两圈的距离为O。表5实物测试一表测试结果分析：当线圈二分之一重合时候，可以实现充电功能，单片机可以正常工作，能够作为供电模块为传感器网络节点正常工作。当小于一半的时候，指示灯亮，但是电压很低，不足以使单片机正常工作，和不可以提供电压为传感器网络节点工作。当距离足够远的时候，不进行能量传输，接收端没有电压。三、实物测试二实物测试二，如表6，保持两个线圈的重合面积一样，重合面积在两分之一到四分之三之间，两个线圈保持平衡，改变两个线圈之间的距离。表6实物测试二表测试结果分析：当两个线圈的距离在小于10CM，接收端产生的电压可以使单片机正常工作，也可以作为供电模块供电给传感器网络节点工作。两个线圈距离在10CM到15CM距离内可以产生电压，但是电压很低，不足以给负载工作。当线圈距离大于15CM，发射和接收线圈没有能量传递，不产生电磁感谢现象。四、实物测试三实物测试三保持两个线圈重合面积和距离都在单片机可正常工作的范围内，改变两个线圈的的夹角。表7实物测试三表测试结果分析：当两个线圈夹角在80度以下，能够正常的供电给单片机工作和作为电源模块供电给传感器网络节点工作。当大于80度，两个线圈传输的能量较小，不能给负载正常工作。当两个线圈垂直的时候，不能产生电磁感应现象。五、为锂电池进行充电对锂电池进行充电必须单片机要正常工作，所以线圈的重合部分须大于一半。锂电池充电测试表见表8。表8锂电池充电测试表测试结果分析：LCD显示屏中：0:4.0VN：0.0V0，分别表示充电电压，电池的电压，和是否进行充电。充电电压可以通过控制按钮增加或降低充电电压，最高可达5V；O表示没有充电或充电完毕，1表示正在进行充电。六、总结电磁感应式技术已是一种用得很多，发展很好的成熟的无线能量传输技术。综合考虑感应能量传输技术，采纳发射线圈和接收线圈之间的耦合，借助电磁感应完成能量传输，实现无线充电，最终设计新颖的PCB板进行测试，传感器网络节点通过eZ430-RF2500软件可以实现功能，在PC上显示节点的信息，该节点工作可靠、稳定，采纳独特的能量管理技术，市场应用前景广阔。通过无线充电装置和传感器网络节点模块实现了可无线充电传感器网络节点的功能。上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。当前第1页1 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