毕业设计(论文)开题报告-无线电能传输装置的硬件设计
无线数据传输系统设计开题报告
无线数据传输系统设计开题报告
吉林化工学院信息与控制工程学院
毕业设计开题报告
基于单片机的无线数据传输系统设计
Design of the Wireless Data Transmission System Based on Chip
Microcomputer
学生学号：11510225
学生姓名：高海昌
专业班级：自动1102
指导教师：李楠
职称：讲师
起止日期：2015.03.22～2015.04.03
吉林化工学院
Jilin Institute of Chemical Technology
说明：
1. 本报告前6项内容由承担毕业论文(设计)课题任务的学生独立撰写；
2. 本报告必须在第八学期开学三周内交指导教师审阅并提出修改意见；
3. 学生须在小组内进行报告，并讨论；
4. 本报告作为指导教师、专业系或毕业论文(设计)指导小组审查学生能否承担该毕业设计(论文)
课题和是否按时完成进度的检查依据，并接受学校和教学院的抽查。
电子类系毕业开题报告
电子类系毕业开题报告
电子类系毕业开题报告
本科生毕业设计（论文）开题报告
手机远程控制的室内家电控制终端的GUI 控制模块设计学院专业班级姓名学生学号指导教师填表日期 2021-3-10
1．开题报告是保证毕业设计（论文）质量的一个重要环节，为规范
毕业设计的开题报告，特印发此表。
2．学生应在开题报告前，通过调研和资料搜集，主动与指导教师讨
论，在指导教师的指导下，完成开题报告。
3．此表一式三份，一份交学院装入毕业设计（论文）档案袋，一份
交指导教师，一份学生自存。
4．选题需经基层教学单位（专业教研室）讨论审核、二级学院主管
院长批准、报教务处备案, 方可正式进入下一步毕业设计（论文）阶段。
硬件开题报告模板
毕业设计（论文）开题报告题目专业名称班级学号学生姓名指导教师填表日期年月日一、选题依据及意义电工参数一般包括电压、电流、功率、频率、功率因数等。
在电网调度自动化设备中，需要配置多只测量、显示上述电工参数的镶嵌式面板表。
如电压表、电流表、功率表等等，其一般均为指针式面板表，精度低，可视距离近，数据需要人工抄录，浪费人力资源，数据管理不便，容易出错。
近年来，随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的应用，正在引起测量、控制仪表领域新的技术革命。
智能化微机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用已经渗透到国民经济的各个部门。
不但国防技术、航空、航天、铁路、冶金、化工等产业，就连在日常生活中也得到广泛的应用。
发展较早的是模拟式仪表，其主要有动圈式和自动平衡式两种。
它的结构简单、成本低廉。
但其也存在一定的局限性主要表现在:第一、进一步提高仪表精度十分困难，动圈式仪表目前只能做到一级，自动平衡式仪表结构相对复杂，精度一般在0.5级，若采用闭环结构虽可以提高精度，但随之而来的却是结构相当的复杂，成本也会大幅提高。
第二、模拟仪表测量的速度受到了限制，对于被测参数变化极快的测量和显示，模拟智能交流电压表的研究仪表儿乎无法适应。
第三、采用模拟仪表不利于信息处理和加工，无法满足现代化生产的要求。
与模拟仪表相对应，智能化数字仪表精度高、灵敏度高、无读数误差而且方便数据传输和处理，适应现代化生产生活的需要。
本着改造传统面板式仪表的目的，采用单片机作为测量仪器的主控制器，设计出可与上位计算机进行通信的新型智能交流电压表。
以单片机为主体的新型智能仪表将计算机技术与测量控制技术结合在一起，在测量过程自动化，测量结果数据处理以及功能的多样化方面将有所进步。
本设计研究的智能交流电压表可用于成套电器的电压信号的测量和显示，代替传统的指针式面板表，读数直观、准确，并具有和计算机通信的能力。
性能价格比高，是新一代的智能型仪表，具有可观的经济效益和社会效益。
无线电能传输装置设计
无线电能传输装置设计作者：李瑞金，马艳娥，秦冬梅，宋金沙，张甜来源：《中国新通信》 2018年第10期【摘要】现代社会，科学技术在不断的发展，经济水平在逐步提高，无线电能传输技术在受到大家关注的同时也取得了极大的发展，在很多领域得到了广泛的应用。
本文利用电磁耦合谐振无线能量传输的原理设计并制作出小型无线电能传输装置。
通过初、次级线圈的感应来实现电能的传输。
装置主要由三大部分组成，分别是能量发送端、收发线圈和能量接收端。
本设计适用于对距离传输要求不高的地方。
【关键词】无线能量传输磁耦合谐振单片机我们周边的电子设备越来越多，人们对电能的消耗也越来越大，然而传统电能传输方法是通过导线的金属接触直接供电。
无线电能传输技术却不依赖于有线的传输媒介，有着传统的供电方式所达不到的独特优势，在有线供电部署困难的情况下，无线电能传输具有重要的意义。
研发出功率大、距离远的无线电能传输装置，可以最大限度的提升设备供电的便捷性、可靠性和安全性，也将使我们的生活发生巨大的改变。
无线电能传输装置的实现主要是经发射装置把原有的电能转换成其他形式的能量，经过空气到达接收端，把收集到的其他形式的能转换成可以使用的电能。
能量在传输的过程中，被转换的能量形式不一样，有电耦合、磁耦合、超声波耦合和电磁辐射四种形式。
谐振式磁耦合无线电能传输技术的传输距离远、节约能源、保护环境、方便快捷、功率大、效率高，潜在的实用价值高，使用最多。
在新一代的无线电能传输技术中，磁耦合谐振式无线电能传输是研究热点之一。
谐振式磁耦合无线电能传输是无线电能传输的一种，耦合模理论是它的基本概念。
耦合模理论（coupled mode theory）是研究两个或多个电磁波模式间耦合的一般规律的理论。
电磁谐振耦合无线电能传输系统的根本理论是麦克斯韦电磁场理论，麦克斯韦电磁场理论的核心主要是变化的磁场能激发电场，变化的电场可以激发磁场，电场与磁场息息相关，他们共同构成了一个统一的电磁场。
无线电能传输装置设计
中国计量大学本科毕业设计（论文）地下变形测量集成传感器的无线电能传输Wireless power transfer for Integrated Sensors of underground deformationmeasurement学生姓名郑建国学号1200107214学生专业自动化班级12工试3班二级学院量新学院指导教师李青教授中国计量大学2016年6月郑重声明本人呈交的毕业设计论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。
对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。
本学位论文的知识产权归属于培养单位。
学生签名：日期：分类号：TP2密级：公开UDC：62学校代码：10356中国计量大学本科毕业设计（论文）地下变形测量集成传感器的无线电能传输Wireless power transfer for Integrated Sensors of underground deformationmeasurement作者郑建国学号1200107214申请学位工学学士指导教师李青教授学科专业自动化培养单位中国计量大学答辩委员会主席卫东评阅人2016年6月致谢在执笔撰写本篇论文的时候，意味着我的四年大学生涯即将告一段落。
回顾往昔，唏嘘不已，有的同学在大四已经找到了不错的实习工作，还有的同学考取了研究生，其他的人也都有各自的出路和选择，而我们大家也终将在这段青春岁月里告别，各奔东西。
在这最后的半年中很感谢一直都给与我指导和帮助的老师、同学和朋友们，没有大家，就没有我的今天！所以在此我要把最真挚的感谢送给你们！首先我要感谢我的指导老师——李青教授对我在毕业设计上的细心帮助，且提供实验室让我们有能够探究和实践的场所。
在这整个的毕业设计过程中，从开题答辩、中期检查一直到最后实物的验收和改进，论文的修改，李青老师认真审核了我的文本资料，找到我的设计中存在的问题，并给我提供了可行的改进方案。
基于无线电能传输装置的设计
基于无线电能传输装置的设计【摘要】本文基于电磁谐振耦合的基本原理设计了一个无线电能传输装置，通过该装置能够将直流电能通过线圈耦合进行无线传输，且效率可调。
整个设计分为电能发射部分和电能接收两个部分。
发射部分主要将直流电源通过发射端电路产生振荡送到发射线圈，接收电路的接收线圈通过耦合将接收来到的交流电波进行整流和滤波。
发射线圈和接收线圈根据实际情况配合耦合电容绕制而成，可以实现电能无线传输。
通过调节谐振点改变谐振频率从而实现接收端功率的变化。
【关键词】无线电能传输;LC电路;电磁耦合;谐振频率1.引言无线电能传输（wireless power transmission，WPT）技术是当前电气工程领域最活跃的研究热点之一，同时正吸引其他学科开展交叉研究。
与传统供电方式相比，WPT技术的最大优点是实现了电能在电源与负载之间的无接触式传输，从而改变了电源到负载的接入方式。
而随着小型移动设备的发展和传统有线能量供应问题的突出，传统的电源线供电模式已不能满足人们对移动性及特殊场合的要求，因此无线电能传输技术成了研究热点。
无线电力传输系统具有能量传递方便、无电源线困扰等特性，在小型移动设备上有较大的应用前景。
2.整体电路概述本设计由控制电路，振荡级，高频输出级，发射线圈，接收线圈，接收电路组成，其系统基础部分框图如图1所示。
图1 无线电能传输系统基础框图发射部分与接收部分简化电路如图2所示。
图2 无线电能传输系统简化电路2.1 无线传输系统的工作原理根据电磁场理论，变化的电厂能够产生变化磁场，变化的磁场也能够产生变化的电场，这样电场和磁场两者互为因果，形成电磁场。
电磁辐射源产生的交变电磁场按照性质的不同分为远区场和近区场。
在远区场一部分电磁场能量脱离辐射源以光速向外辐射形成电磁波，因此远区场也成为辐射场;在近区场电磁场能量在辐射源距离小于λ/2π的区域属于近场区，大于λ/2π的区域属于远场区。
谐振耦合是指两个具有相同谐振频率的谐振体，由于频率相同能够高效的实现能量的传递。
本科毕业设计(论文)开 题 报 告
五、指导教师意见
指导教师签字：
2、井底车场电力线自动停送电装置各部分功能介绍
2.1、电磁波发射电路
电磁波发射电路安装在机车中。当机车准备开车时，架起集电弓的同时接通电磁波发射电路，发出电磁波；当机车准备停车时，降下集电弓的同时断开电磁波发射电路，停止发射电磁波。
2.2、电磁波接收电路
超声波接收器Βιβλιοθήκη 路是将接收电磁波发射电路发出的电磁波转化为电信号，传输到信号处理和放大电路中。
2.3、信号处理和放大电路
信号处理和放大电路由放大器将接收到的信号转换成电脉冲信号进行放大，用以控制可控硅的导通。
2.4、可控硅和控制电路
可控硅和控制电路对可控加正向电压使其导通，加反向电压使其截止，用可控硅的导通和截止控制执行器的运行。
2.5、执行器
执行器由接触器组成，用接触器的导通和截止控制架空线的有电无电和实现装置1和装置2的闭锁。
2004年4月徐州矿务集团公司夹河煤矿曾发生一起因人员肩扛金属点柱跨越平巷人行车而发生直流架线触电死亡事故。
目前井下使用的车场架线停送电开关主要有两种:一是自动停送电开关，靠电机车停在固定位置(1-2 m范围内)控制架线断电，这样只有当架线电机车集电弓子同时和架空线、划条传感线接触时开关才能接收到停(送)电信号，其可靠性较差；)当集电弓子接触传感线而不接触架空线时，取样执行继电器将烧坏二是安装架线分区开关，靠人工手动操作实现架线断电，这样列车到达车场后来不及停电，人员已经开始上下，达不到“人员上下车期间切断架空线电源”的要求，不能杜绝人员触电伤亡事故。
第五周形成初步的设计方案、完成开题报告。
无线电能传输(课程设计报告)实验报告
实验报告1.实验原理与无线通信技术一样摆脱有形介质的束缚，实现电能的无线传输是人类多年的一个美好追求。
无线电能传输技术（Wireless Power Transfer, WPT）也称之为非接触电能传输技术（ Contactless PowerTransmission, CPT），是一种借于空间无形软介质（如电场、磁场、微波等）实现将电能由电源端传递至用电设备的一种供电模式，该技术是集电磁场、电力电子、高频电子、电磁感应和耦合模理论等多学科交叉的基础研究与应用研究，是能源传输和接入的一次革命性进步。
无线电能传输技术解决了传统导线直接接触供电的缺陷，是一种有效、安全、便捷的电能传输方法，因而它被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。
该技术不仅在军事、航空航天、油田、矿井、水下作业、工业机器人、电动汽车、无线传感器网络、医疗器械、家用电器、RFID识别等领域具有重要的应用价值，而且对电磁理论的发展亦具有重要科学研究价值和实际意义。
在中国科协成立五十周年的系列庆祝活动中，无线能量传输技术被列为“10 项引领未来的科学技术”之一。
到目前为止，根据电能传输原理，无线电能传输大致可以分为三类：感应耦合式、微波辐射式、磁耦合谐振式。
作为一个新的无线电能传输技术，磁耦合谐振式是基于近场强耦合的概念，基本原理是两个具有相同谐振频率的物体之间可以实现高效的能量交换，而非谐振物体之间能量交换却很微弱。
磁耦合谐振式无线电能传输的传输尺度介于前两者之间，因此也被称之为中尺度（mid-range）能量传输技术，其尺度为几倍的接收设备尺寸（可扩展到几米到几十米）。
除了较大的传输距离，还存在以下优势：由于利用了强耦合谐振技术，可以实现较高的功率（可达到kW）和效率；系统采用磁场耦合（而非电场，电场会发生危险）和非辐射技术，使其对人体没有伤害；良好的穿透性，不受非金属障碍物的影响。
因此该技术已经成为无线电能传输技术新的发展方向。
无线电能传输装置的设计与分析
无线电能传输装置的设计与分析作者：林柏林来源：《中国新通信》2015年第06期【摘要】无线电能传输是借助于电磁场或者电磁波进行能量传输的一种技术。
电能给人类带来巨大的发展和便利，然而错综复杂的输电线分布在生活的各个角落，既不美观又不方便，因此人类一直想要摆脱电线的束缚而能够实现电能无线传输的梦想。
本文章介绍了无线电能传输的几种方式，并通过比较他们的利与弊，选择最合适的方式，以追求最大的利益。
【关键词】无线电能传输谐振耦合 MRPT一、系统设计方案及论证1.1 无线电能发射部分发射电路作为无线电能传输传输系统中的重要组成部分该部分设计的好坏对总的传输功率也有着十分重要的影响。
因此在给系统中设计出一个高效的发射电路也是十分重要的一环。
本设计使用门极谐振电路驱动MOS管，其开关速度快，属于软开关，可以实现较低信号，产生较高电压来驱动MOS管，利于能量传输，效率高。
1.2 无线电能传输部分采用两个自谐振线圈。
电感线圈的设计和制作方法中我们了解到在高频状况下，线圈匝间电容和集肤效应将会是导致电阻增加而造成Q值降低，在空心电感的设计上都是应该考虑的。
但这些因素恰恰是引起线圈谐振所必需的，在谐振耦合中好似加以利用的。
另外提到有关线圈电感量计算公式中，都没有关于线圈所用绕线直径方面的内容，这就表明了线圈的电感量与线径无关。
但实际上，线径大小虽然不影响线圈的电感量，却对线圈性能有影响。
也就是说，线径越细，线圈的等效串联电阻就越大，Q值就越低，线圈性能就越差。
1.3 无线电能接收部分无线电能的接受由三大部分组成，分别是整流电路、滤波电路和稳压电路。
整流是为了方便接收线圈将高频率的正弦交流电压转化成我们负载所需要的电压。
整流有半波整流和桥式整流。
通过实验比较可知，桥式电流的效率以及对二极管的保护能力相对于其他方案要占优势一些。
虽然整流可以将高频的交流电压转化为直流电压，但是输出电压会由很大的脉动成分，这样在给谐波进行供电时会受到很大的谐波干扰，因为我们还需要滤波。
认知无线电硬件平台的设计与实现的开题报告
认知无线电硬件平台的设计与实现的开题报告一、选题背景无线电技术在通信、导航、雷达、无人机等领域有着广泛的应用。
而无线电技术的研究和应用往往需要一个稳定的平台，供研究人员和工程师进行实验和测试，从而不断优化和改进技术方案。
然而，市场上现有的无线电硬件平台大多存在着一定的局限性，比如成本高昂、功能受限、易受干扰等。
因此，设计一个高性能、灵活、可扩展的无线电硬件平台成为了一项重要的任务。
本项目旨在设计和实现一种通用的认知无线电硬件平台，通过利用软件定义无线电（Software-Defined Radio, SDR）技术来实现对广泛频谱范围内的无线信号进行采集和分析。
二、研究内容和目标1.研究现有无线电硬件平台的特点和不足，分析其应用场景和需求。
2.了解和熟悉软件定义无线电技术和相关开发平台，选择合适的平台和组件。
3.设计和实现一套基于软件定义无线电技术的通用认知无线电硬件平台，支持广泛频谱范围内的无线信号采集和分析。
4.测试并优化认知无线电硬件平台的性能和可扩展性，提升其适用性，为无线电技术研究和应用提供更好的实验平台。
三、技术路线和方法1. 了解和熟悉软件定义无线电技术和相关开发平台，掌握GNU Radio、USRP、HackRF等开源组件的使用方法和特点。
2. 基于市场分析和用户需求，设计和实现一个通用的认知无线电硬件平台，包括硬件和软件两部分。
3. 硬件平台方面，选择合适的射频前端和控制板，如LimeSDR、BladeRF、Nuand B200等，搭建一个可拓展的系统架构。
4. 软件平台方面，采用GNU Radio等开源软件平台，搭建一个符合实际应用场景的认知无线电系统，实现频谱扫描、信号接收、信号解调与分析等基本功能。
5. 优化硬件和软件的性能和可扩展性，进一步推进平台的发展和应用，为无线电技术的研究和应用提供更好的实验平台。
四、预期成果1. 设计和实现一套基于软件定义无线电技术的通用认知无线电硬件平台，具有较高的性能和可扩展性。
无线电能传输装置设计报告
无线电能传输装置设计报告Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】无线电能传输装置设计报告摘要磁耦合谐振式无线电能传输是众多短距离电能特殊传输技术之一，它因其便捷，节能环保而受到广泛关注。
现在磁耦合谐振式无线电能传输距离已经可以达到米级的范围，甚至有些技术还能穿透障碍物，相信当无线传输距离问题解决以后该技术无疑对无线电能技术的发展具有重大的意义。
该文主要讲述了运用磁耦合谐振无限能量传输的原理设计制作的小型无线电能传输设备。
该设备主要包括驱动发射线圈电路，磁耦合谐振传输电路，磁耦合谐振接收电路，整流滤波电路，以及显示电路模块等。
当发射和接收端都达到谐振频率时即可实现能量的最大传输。
该设备在题目要求下可实现10cm以上，效率高达26%的能量传输，并且可以实现点亮30cm以外的2W的灯泡。
关键词磁耦合谐振无线电能传输发射距离接收效率一、设计任务设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。
要求：（1）保持发射线圈与接收线圈间距离x=10cm、输入直流电压U1=15V时，调整负载使接收端输出直流电流I2=，输出直流电压U2≥8V，尽可能提高该无线电能传输装置的效率η。
（2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED灯（白色、1W）。
在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。
二、方案论证驱动发射线圈电路方案一：采用集成发射芯片XKT408和T5336搭建发射驱动电路。
无线充电/供电主控制芯片XKT-408A，采用CMOS制程工艺，具有精度高稳定性好等特点，其专门用于无线感应智能充电、供电管理系统中，可靠性能高。
XKT-408A芯片负责处理该系统中的无线电能传输功能，采用电磁能量转换原理并配合接收部分做能量转换及电路的实时监控。
其主要特点为：1.自动适应供电电压调节功能使之能够在较宽的电压下均能工作2.自动频率锁定3.自动负检测负载4.自动功率控制5.高速能量输电传送6.高效电磁能量转换7.智能检测系统，免调试方案二：采用MOS管无稳态多谐振荡器，由两路MOS管，高频扼流圈和二极管组成对称的振荡器电路，原理图如下所示：该方案电路简单明了，元器件少，并且操作起来简单。
基于单片机控制的无线电能传输装置的设计
（ 作者 单位 ：武汉 交通职业 学院 ）
图２磁 耦合 式 无线 电能 传输 系统
三、其他主要 电路设计
（１ ）振 荡 电路 。由５ ５ ５ 定 时器组 成 的多谐 振荡 器 ，其 中 Ｒ 、Ｒ 和电容Ｃ： 为外接 元件 。 电容 ｃ ： 充 电时 ，定时 器输 出 ， 电容 Ｃ ： 放 电时 ， ０ ，电容不 断地 进 行充 、放 电 ，输 出端便 获
Ｓ ＹＳ Ｐ Ｒ ＡＣＴ Ｉ Ｃ Ｅ 系统 实践
基 子单片机 控制 的＿ 无 线 电能传输装 置 的设 计
◆赵
摘 要 ：本 系统利 用大功 率 高频传 输 线共振 变压 器（ 放 大发射 机） 的原理 对 能量进 行 放 大与传 输 ，同 时 应 用 了耦合 强磁 共振 原 理将 电场 能量 转化 为磁 场能 量 ，完成 了无 线 电能传输 装置 的设 计 。 系统 主要 由发射模 块 、传输 模块 、接 收模 块 、Ｓ Ｔ Ｃ１ ２ Ｃ５ Ａ ６ ０ Ｓ ２ 单 片机控 制模 块 、１ ２ ８ ６ ４ 显示模 块 等五部 分构 成 。 发 射 模 块 与接 收 模 块 通 过 磁 场 耦 合 相 联 系 ， 发 射 电路 将 电 能 转 换 为 磁 场 能 量 发 射 出去 ， 通 过 前 后 级 绕 组 的 电磁 感应将磁 场 能量传输 到接 收 电路 。整 个 系统 的 实现 了高精度 、 高性 能 、低 成本 、低 功耗 。 关键 词 ：单 片机 ；无 线 ；接 收 ；磁耦 舍 通 过调 节 电阻Ｒ 可改 变其振 荡频 率 ，其实 质是将 直 流形式 的
Ｓ Ｔ Ｃ １ ２ Ｃ ５ Ａ ６ ０ Ｓ ２ 单 片机控制 模块 、１ ２ ８ ６ ４ 液晶显示 模块 等五 部
分 构成 １ 。 系统 总体 框 图如 图 １ 所示 ：
一种无线电能传输装置的设计
［ 摘
要］ 设 计 了一种 基 于脉 冲驱动 的磁耦 合谐 振 式 无线 电能 传 输 系统 ， 采 用有 源 晶振 产 生
ｌ ＭＨ ｚ方波信 号 。 经过驱 动 Ｉ Ｒ ２ ｌ ｌ ０ ， 由 ＭＯ Ｓ管 组成 的上 下桥 式推 挽 功 率放 大 电路 以及 由 Ｉ ｃ 形成 的无 线发射 、 无 线接 收 电路 ， 使 用发射 线 圈发射 电能 ， 通过 电磁 耦 合谐 振 方 式把 无 线 电能 传送 给接 收 电路 ， 接 收到 的 交流信 号经过 整 流滤 波 电路 给 负载 １ ｗ 的两只 Ｌ Ｅ Ｄ灯 供 电 ， 实现 了一 定距 离范围 内对无 线 电能的传 输 ， 达 到 了实际应 用的 目的。 最后 ， 就 如何提 高该无 线 电能 传输 装 置的效 率提 出了一 些 改进 措 施 ， 为后 续工作 奠定 了基础 。
下， 尽 可能延 长发 射线 圈与 接收 线圈 间 的距 离 。
ห้องสมุดไป่ตู้
１ 设 计 方 案 与 系统 结 构
１ ． １ 磁耦 合谐 振式 无线 电能传 输原 理
基于 脉 冲驱动 的磁耦 合谐 振式无 线 电能 传输 系 统 主要 由发 射端 与 接 收 端 Ｌ ｃ谐 振 线 同路 、 高频
冲信号驱动下 ， 由Ｌ 和ｃ 构成的发射端谐振线圈回路 不 断 向周 围空 间发 射 电 磁 波 ， 在 近场 区 形 成 非 辐 射 交
变 磁场 ， 经 过强 磁 耦 合谐 振 ， 被由Ｌ ， 和ｃ ， 构 成 的接 收
端 谐振 线 圈 回路 进 行 电 能 的 接 收 ， 从 而 实 现 电能 的无
果对传输距离没有严格的要求 （ 不能跟无线通信相比） ， 电
能 可用一 些装 置实 现无线 传输 ， 效 率也 能达 到满 意 程度 ， 并 能进 行商 业化 推广 ， 那么， 当今 社会 随处 可见 的移 动 电子 设 备将 有 可能 面 临一 次 新 的 变革 ¨ 。无 线 电能 传 输是 借 助 于 电磁场 或 电磁波 进 行 能 量传 递 的一 种 技术 ， 其 系统 结 构
电能无线传输装置论文
一、设计任务1、背景电能无线传输一直是人类的梦想，多年来国外一些科学家执着地开展着这项研究，但进展甚微。
2007 年MIT 的科学家在电能无线传输原理上有了突破性进展，他们利用电磁谐振原理实现了中距离的电能无线传输，在2 m 多距离内将一个60 W 的灯泡点亮，且传输效率达到40%左右。
谐振耦合电能无线传输与以往提出的电能无线传输技术相比，具有以下本质性的不同：1）与利用电磁感应原理的电能无线传输技术相比，传输距离大大提高，突破了电磁感应原理的无线传输距离仅在1 cm 以内的限制，且理论表明若不考虑空间其它物体影响，传输距离将进一步提高；2）与利用微波原理的电能无线传输技术相比，具有传输功率大的特点，将微波电能无线传输几毫瓦至100 mW的数量级提高到几十瓦至几百瓦的数量级。
目前，非接触能量无线传输发展已比较成熟，主要应用于磁悬浮列车，医学上用于体内微摄像机供电等。
与此比较而言，基于谐振原理的电能无线传输将是一种应用范围更宽的新型技术，并且低电磁辐射，可满足电磁兼容的要求。
然而，现阶段谐振耦合无线传输技术仍处于起步阶段，相关理论和实验研究还比较欠缺，尤其传输效率的分析还不够全面。
2、任务设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。
图1 电能无线传输装置结构框图3、要求（1）保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm、输入直流电压U1=15V时，调整负载使接收端输出直流电流I2=0.5A，输出直流电压U2≥8 V，尽可能提高该无线电能传输装置的效率η。
（45分）（2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED灯（白色、1W）。
在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。
（45分）（3）其他自主发挥（10分）4、说明（1）发射与接收线圈为空心线圈，线圈外径均20±2cm；发射与接收线圈间介质为空气。
（2）I2=因为连续电流。
无线电能传输论文
设发射线圈流过电流的角频率为 ，有效值为 ，当发射、接收线圈处于自谐振状态时，则有
(2)
(3)
对图5列KCL、KVL方程有
(4)
(5)
由式(3)、(4)、(5)得负载电流有效值 、输出功率 如式(6)、(7)所示：
(6)
(7)
式(7)中 与输入电压U成正比。
系统的效率 为：
(13)
两线圈之间的耦合系数k为： (14)
对于确定的磁耦合谐振式无线电能传输系统(谐振频率 以及 、 、 已定)，当系统的频率 变化时，传输效率 也发生变化。当系统的驱动信号频率与线圈的谐振频率相同即 时，传输效率 最大；当系统的驱动信号频率偏离线圈的谐振频率时，传输效率逐渐下降。
两线圈间的耦合系数k表征的是两个线圈间的能量传输速度，主要是由两线圈间的距离来决定。耦合系数k越大，能量从一个线圈传输到另一个线圈的速度就越快，就越容易建立起稳定的能量传输通道。当把系统的驱动信号频率固定在谐振频率( )，耦合系数k变化时，由(11)、（13)式可以看出k越大，系统的传输效率越高。
Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。
Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。
2.1 无线电能传输的总体设计方案
方案一：使用感应式电能传输。电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它显示了电、磁现象之间的相互联系与转化。电磁感应是电磁学中的基本原理，变压器就是利用电磁感应的基本原理进行工作的，利用电磁感应进行短程电力传输。缺点比较明显，传输距离较短，从本设计来看，该方案无法达到十几厘米或更远的距离。故放弃该方案的选择。
毕业设计(论文)文献综述-无线电能传输装置的硬件设计
本科毕业设计论文文献综述题目：电能无线传输装置的硬件设计作者姓名指导教师专业班级学院信息工程学院提交日期2016年3月7日电能无线传输装置的硬件设计姓名：专业班级：摘要：无线电能传输技术是通过电磁感应、电磁共振、电磁辐射等多种形式实现非接触式的新型电能传输，能帮助使我们摆脱传统的电能传输方式的各种缺点。
文章阐述了无线电能传输技术的研究背景，介绍了该传输方式的各种优点，以及在国内外的研究发展历程。
之后叙述了现有理论框架下的三种无线电能传输技术，并比较了四种技术的特点。
文章的最后，阐述了无线电能传输技术的应用前景和领域。
关键词：无线电能传输；电磁感应；电磁共振；电磁辐射；传输效率1 研究背景及意义人类社会自第二次工业革命以来，便进入了电气化时代。
大至遍布世界各地的高压线、电网，小至各种各样的家用电气设备，传统的电能传输主要通过金属导线点对点，属于直接接触传输。
这种传输方式使用电缆线作为媒介，在电能传输的过程中将不可避免的产生一些问题。
例如尖端放电、线路老化等因素导致的电火花，不仅会使线路损耗增大，还会大大降低供电的可靠性和安全性[1]，且会缩短设备的寿命。
在油田、钻采矿井等场合，用传统的输电方式容易由于摩擦而产生微小电火花，严重时甚至引起爆炸，造成重大的事故。
在水下，导线直接接触供电还有电击的危险[2-4]。
这一系列的问题都在呼唤着一种摆脱金属电缆的电能传输方式，即无线电能传输。
无线电能传输（WPT）是一种有效的新型电能传输方法，通过无线电能传输，不需要使用电缆或其他实物就能进行电能的传输，电能可以通过短距离耦合，中等范围的谐振感应和电磁波感应传输，在很难使用传统电缆的地方也可以实现电能传输[5]。
实现无线电能传输，将使人类在电能方面的应用更加宽广和灵活。
电能的无线传输技术将开辟人类能源的另一个新时代,给大众带来非同凡响的意义和影响。
下面将阐述无线电能传输的各种优点：方便性：设想一下，只需一个充电器垫，就可以同时为智能手机、MP3 播放器等多个数码设备充电,不知会给我们的生活带来多少便利。
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本科毕业设计论文开题报告题目：电能无线传输装置的硬件设计作者姓名指导教师专业班级学院信息工程学院提交日期电能无线传输装置的硬件设计姓名：专业班级：1 课题研究背景及意义人类社会自第二次工业革命以来，便进入了电气化时代。
大至遍布世界各地的高压线、电网，小至各种各样的家用电气设备，传统的电能传输主要通过金属导线点对点，属于直接接触传输。
这种传输方式使用电缆线作为媒介，在电能传输的过程中将不可避免的产生一些问题。
例如尖端放电、线路老化等因素导致的电火花，不仅会使线路损耗增大，还会大大降低供电的可靠性和安全性[1]，且会缩短设备的寿命。
在油田、钻采矿井等场合，用传统的输电方式容易由于摩擦而产生微小电火花，严重时甚至引起爆炸，造成重大的事故。
在水下，导线直接接触供电还有电击的危险[2-4]。
这一系列的问题都在呼唤着一种摆脱金属电缆的电能传输方式，即无线电能传输。
无线电能传输（WPT）是一种有效的新型电能传输方法，通过无线电能传输，不需要使用电缆或其他实物就能进行电能的传输，电能可以通过短距离耦合，中等范围的谐振感应和电磁波感应传输，在很难使用传统电缆的地方也可以实现电能传输[5]。
实现无线电能传输，将使人类在电能方面的应用更加宽广和灵活。
电能的无线传输技术将开辟人类能源的另一个新时代,给大众带来非同凡响的意义和影响根据传输原理的不同。
无线电能传输方式按传输原理的不同可分为电磁感应式、电磁共振式以及电磁波辐射式三种。
作为无线电能传输的三种主流方式，它们都有各自的优势与不足。
一般来说，电磁感应技术比较具有实现性，且已应用于当前各种电子产品，它的优点是能量的传输效率较高，但存在传输距离短，发热大，线圈对准困难等问题；电磁波传输能够实现远距离传输，但是现阶段效率过低，另一方面传输过程中的介质也会对电磁波产生影响；磁耦合谐振无线电能传输中和了上述两种传输方式，具有中中等距离传输和较高效率的特点，因而受到的关注较多。
2 无线电能传输研究发展2.1 无线电能传输国外研究发展19世纪30年代，迈克尔·法拉第提出电磁感应定律，即穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中会有电流产生。
19世纪90年代，被称为无线电能传输之父的尼古拉·特斯拉第一次提出无线电能传输的构想，并于1899年演示了无导线的高频电流电动机，但出于效率与安全的考虑，这一技术就此搁置[6]。
20世纪20年代，日本的H.Yagi和S.Uda发明了八本·宇田天线，可用于无线电能传输的定向。
20世纪60年代，雷声公司（Raythheon）的布朗（W.C.Browm）设计了一种半波电偶极子半导体二极管整流天线，此天线效率高且结构简单，由此完成了32.45GHz微电波驱动直升机的实验[7-8]。
后来，他又进行了室内微波能量传输实验，实现了90%的微波-直流能量转换效率。
自Brown的实验成功以后，无线电能传输技术引起了广泛的关注。
1968年，Peter Glaster提出通过构建太空太阳能为地球无线传输能源的设想。
1975年，在美国宇航员的支持下，开始了无线电能传输地面实验的5a计划。
近几年，无线电能传输技术的发展更为迅猛。
2007年，美国麻省理工学院的马林·索尔贾西克（Marin Soljacic）等人在无线电能传输方面取得新进展，他们用两米外的一个电源，“隔空”点亮了一盏60w的灯泡[7-8]。
2009年，TI和Fulton（eCoupled技术）公司合作开发用于控制非接触式充电的电源芯片。
2011年，在东京举行的安防用品会展上，松下集团推出了一款无线充电的太阳能电池板。
2012年，Lockheed Martin公司研发出激光无线充电系统。
2.2 无线电能传输国内研究发展无线能量传输技术在国内的起步较晚。
1994年，电子科技大学的林为干院士第一次将微波输能技术引入到国内。
之后，中科院电工所进行了相关的理论研究。
1998年，上海大学利用微波输能实现了对管道机器人的供能。
2001年，西安石油学院的李宏发表了第一篇关于感应电能传输技术在感应电机机车上应用的可行性的文章。
同年，重庆大学孙跃教授开始对无线电能传输技术的研究，且重庆大学与新西兰奥克大学展开了合作，进行更深层次的学术交流。
2003年，重庆大学郑小林、皮喜田等对无线电能传输用于体内诊疗装置进行了研究。
2007年，孙跃教授研制出了感应耦合无线输电装置，可同时向多个设备实现600到1000W 的电能传输，效率高达70%。
2009年四川大学使用平面天线和接收整流阵列，实现200m 的长距离无线电能输送实验[9]。
2013年3月中科院上海微系统所实现了0.6m 距离的磁共振耦合能量传输，效率达50%。
随着技术的成熟与进步，越来越多的科研机构及高校开始了关于无线电能传输技术的研究。
研究进一步深入，研究领域也逐渐扩大。
3 主要研究内容本课题主要对基于磁耦合谐振的无线电能传输系统展开研究。
首先完成此系统的设计，制作硬件电路，再分析影响传输距离与效率的因素，并通过改进与调试，实现传输距离与传输效率的最优化。
3.1 磁耦合谐振无线电能传输机理3.1.1 磁耦合一个线圈的电流变化在相邻的线圈产生感应电动势,它们在电的方面彼此独立,之间的相互影响是靠磁场将其联系起来的,这种现象称为磁耦合。
能量传输的效率和传输的距离主要取决于耦合的效率。
自感磁通链和互感磁通链两部分相加即是耦合线圈中的磁通链，耦合线圈的磁通链与施感电流呈线性关系，是各施感电流的磁通链叠加得到的结果。
若两个耦合电感，L 1和L 2中有变动电流，各电感中的磁通链将会随着电流变化而变化[10]。
设耦合电感L 1和L 2的电压和电流，分别为1u 、1i 和2u 、2i ，且方向都为关联参考方向，互感是M ，则两个耦合电感的电压、电流的关系为：dt di dt di u dt di dt di u 12222111M L M L ±=±= （3-1）耦合系数定量地描述了两个耦合线圈的耦合紧疏程度，用k 表示，有 1k 21d e f ≤=L L M (3-2) k 的大小，两个线圈的相互位置、结构以及周围的磁介质有关系。
调整或改变他们的相互位置，可以改变耦合因数的大小；当L 1和L 2一定，也就相应改变了互感M 的大小。
3.1.2 传输系统原理下图3.1为磁耦合谐振式无线电能传输系统的框图。
该系统主要是由能量发射端及能量接收端组成。
能量发射端以直流作为功率输入，经过逆变后形成了高频激励源，使与之直接相连的源线圈产生谐振，且在源线圈的周围形成了交变磁场。
发射线圈通过感应源线圈的交变磁场与之形成共振。
这样，能量就通过源线圈传送到发射线圈，再经发射线圈传递出去[11]。
能量接收端有两个线圈，分别是接收线圈和负载线圈。
接收线圈在收到发射线圈传递过来的能量后，再传送图3.1 磁耦合谐振式无线传能系统框图给负载线圈。
负载线圈之后连接能量变换电路，使高频交流功率转换成直流功率，供给后面的用电负载使用[12]。
3.2 系统方案初步设计3.2.1 系统整体设计系统由发射装置电路、接收装置电路、单片机控制部分、驱动电路、辅助电 源电路和整流电路组成，如图3.2所示。
主电路输入直流电压，电能通过发射装置发射出去，接收装置接收后通过整流电路将电能提供给负载。
控制电路由单片机控制系统组成，单片机产生PFM 和PWM 信号，控制开关管的导通和截止，产生方波信号，单片机通过A/D 对输入电压进行采样并通过液晶屏显示出来。
K60 单片机图3.2系统整体框图3.2.2 发射电路方案一：采用桥式串联谐振电路，电路由直流电源Vcc、四个开关管以及串联LC谐振网络组成。
其原理图如图3.3所示。
图3.3 桥式串联谐振电路原理图电路正常工作时需要两个相位相反的驱动脉冲分别控制两组开关管。
T1和T4开关管由一个驱动脉冲控制，T2和T3开关管由另一个驱动脉冲来控制。
此设计电源利用效率高，但是采用四个开关管，结构复杂，体积较大，成本较高，控制复杂而且驱动电路复杂，导通损耗也相对较大。
并且不能出现同一桥臂的开关管同时导通，因此对同一组开关管参数的一致性要求高。
方案二：采用D类功率放大电路发射，其电路原理图如图3.4所示。
图3.4 D类串联谐振电路原理图T1和T2为两个参数相同的开关管，L和C为输出端的串联谐振回路。
加在开关管上的驱动信号相差180°，驱动信号采用矩形波，因为其激励效率更高。
半桥发射电路由于只需要两个开关管，体积相对较小、结构简单并且控制较容易。
而且输出功率也不会太低。
比较上述两种方案，方案二更简便，更易实现，较符合实际情况。
因此，选择方案二。
如图3.5为发射电路的初步设计方案。
图3.5 发射电路原理图电路中，加在开关管上的驱动信号为互补的方波，为防止两管同时导通，两方波之间加有死区时间。
当T1管闭合时，T2管断开，选频网络及负载上的电压为电源电压Vcc减去T1管的饱和压降；当T1管断开，T2管闭合时，选频网络及负载上的电压为T2管的饱和压降。
由于输出回路的选频作用，输出电压就是正弦波的电压，频率为驱动信号的基频[13]。
当开关频率调节到与谐振频率相差不多时，LC串联回路发生谐振。
3.2.3 整流电路模块设计方案一：单向半波整流电路，半波整流是一种利用二极管的单向导通特性来进行整流的常见电路，除去半周、下半周的整流方法。
方案二：单向全波整流就是对交流电的正、负半周电流都加以利用，输出的脉动电流，是将交流电的负半周也变成正半周方案三：桥式全波整流利用四个二极管，两两对接。
输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通。
桥式全波整流电源利用率高，输出的直流电压较高.输出电压脉动小，正负半周均有电流流过[14]，所以采用桥式全波整流电路的效率相比其他两种电路最高，在体积相同的情况下，功率容量最高，因此其总体性能优于单向半波和单向全波整流电路。
所以该系统采用桥式全波整流。
图3.6桥式全波整流电路3.3 影响传输距离和效率的因素初步分析3.3.1 谐振频率谐振频率是磁耦合谐振无线电能传输系统中的一个非常重要的指标。
提高线圈的谐振频率，增大谐振线圈之间的互感，减小谐振线圈的内阻，是提高系统传输能效的关键举措[15]。
但因为趋肤效应，提高谐振频率会使增大线圈内阻，因此，谐振频率并不是越大越好。
怎样选取共振频率，使系统的传输能效达到最大，是磁耦合无线电能传输系统下一步需要解决的问题。
3.3.2 线圈参数以工程中常用的漆包线绕制的螺旋线圈为对象，分析线圈参数对传输距离的影响。
在发射线圈与接受线圈同轴防止，且都为为螺旋线圈时，谐振耦合无线电能传输的距离与互感的关系为[16] 32215.021021122r r n n D M M M ）（）（πμ=== (3-3)式中，n 1、n 2 分别为发射线圈与接收线圈的匝数；r 1、r 2 分别为发射线圈与接收线圈的半径；D 为线圈之间的距离。