G22无线传输电能点亮LED

非接触供电的LED照明系统（ E 题）

【本科组】

摘要：本系统设计并制作一个非接触供电的LED照明系统，该系统包括能量发送模块和LED照明模块。LED照明模块包括一个带能量接收单元和五个LED灯，它的供电只能来自能量发送模块，两个模块之间没有任何导线连接，电能的传输通过感应线圈。由能量发送模块以无线方式传输给LED照明模块，线圈间的介质为空气。其中，能量发送单元采用12V的直流电供电。

关键词：非接触式供电LED照明系统无线电力传输PIC

一、系统方案：

方案一：变压器磁耦合方式，电磁感应是一项基本原理，交流电源中一个重要部件变压器就是利用它工作的，变压器由一个磁芯和二个线圈，即初级线圈与次级线圈组成。当初级线圈两端加上一个交变电压时，磁芯中就会产生一个交变磁场，从而在次级线圈上感应一个相同频率的交流电压，电能就从输入电路传输至输出电路。对图2所示的变压器基本电路，两个端口的电压降可表示为： V1=jwL1I1-jwMI2 （1） Y2=jwMI1-jwL2I2=ZLI2 （2）

式中L1、L2 M 分别为初级电感、次级电感与互感，ZL 是负载电阻。初、次级间耦合度可用耦合系数K 来定义： K=M/N

耦合系数反映了变压器的优值，对于一个近似于理想的变压器，可简单表示为： V1/V2≈L1/L2≈N1/N2 （4） 式中N1与N2分别是两个电感的匝数

图1．感应线圈原理

由于本题目要求线圈只能用空气做为介质，顾此方案不宜采用

方案二：

经由LC 和RC 震荡产生谐振，通过一个半径为3.3CM 的线圈产生一个电磁波，与之平行并且中心对称的相同的线圈二在线圈一产生的变化磁场中产生感应电流，再将此电流经过二极管桥式电路，整流滤波，从而点亮LED 照明系统。 此方案简单可行，便于调节，故采用此方案。

二、理论分析和运算

根据LC 并联谐振公式：

LC

f r π

21=

（式5）

其中L=135uH ，C=0.22uF ，计算出谐振f =29.2kHz 。所以单片机的输出频率接近29.2 kHz 。

三、硬件电路实现

1、硬件总体电路框图

图2 系统总体框图

1.1、 R L 振荡器

图3 RL 振荡器

本模块由12V 直流电源经由稳压芯片L7805输出5V 稳压电源供电。PIC16F877控制三极管的开断决定3DD15的工作状态。当3DD15工作在丙类工作区时产生谐振，传输功率最大。

1. 2、接收电路

图4 接收电路

感应线圈产生感应电压，经过二极管整流后输出直流供LED照明。

1. 3、单片机显示与按键部分

图5 单片机电路

单片机显示发射模块的功率。按键控制亮暗的档位单片机并显示。

1. 4、发射功率的检测电路

图6 AD采样

通过单片机采集发射模块输出电压值，P=U2/R.得到功率值，并在液晶上显示。

四、软件实现

图7 系统流程图

五、测试方案与结果分析

分模块调试，调试发生部分是否完成选频，用示波器探测发射模块是否有正弦波产生，提供不同频率的电压幅值是否改变，调试接收模块，用示波器探测接收模块的滤波电容引脚上是否有一定幅值的波形。

调试仪器：电压表、示波器、函数信号发生器、电源、万用表

1、测试数据。

表1 测试表

2、测试结果分析

1）在线圈距离为30mm情况下能点亮5个白色的LED灯，其每个LED的平均

13.2mA>10mA.，满足基本要求的第1点指标和发挥部分的第1、2点指标。2）在保持线圈距离不变的情况下能按键控制LED的亮度由暗到亮，由亮到暗。

满足基本要求第3点指标。

3）能自动检测显示发射功耗，且功耗在2.28~2.88W之间，功耗检测误差在5%以内，满足基本部分第4点指标。

4）在线圈距离为30mm情况下，最大功耗为2.98W<5W,满足基本部分第2点指标。

5) 能人机互动，控制灯的亮度。

附录