基于超级电容的无线充电设计参赛作品说明书..
基于超级电容储能的无线充电小车
基于超级电容储能的无线充电小车1. 引言1.1 背景介绍在这种背景下，基于超级电容储能的无线充电技术应运而生。
无线充电技术可以有效解决传统有线充电中存在的安全隐患和使用不便的问题，极大地提高了电动汽车的充电效率和便利性。
通过结合超级电容储能技术和无线充电技术，设计出基于超级电容储能的无线充电小车，可以实现更加便捷高效的充电方式，提升电动汽车的使用体验。
本文将重点介绍超级电容储能技术和无线充电技术的应用，详细阐述基于超级电容储能的无线充电小车的设计原理和实验结果，并对其优缺点进行比较分析，希望能够为相关领域的研究和应用提供参考。
1.2 研究意义超级电容储能技术的引入为无线充电小车提供了新的解决方案，其具有快速充放电速度、长循环寿命、良好的温度特性等优点，能够有效提高无线充电小车的整体性能。
在当前节能环保的大背景下，研究基于超级电容储能的无线充电小车对于推动新能源汽车的发展具有重要意义。
基于超级电容储能的无线充电小车可以实现快速充电和高效能量存储，提高了能源利用效率，从而减少了能源浪费，降低了对传统能源的依赖程度。
无线充电技术的应用有助于解决传统有线充电方式存在的安全隐患和使用不便的问题，为用户提供更加便捷、安全的充电方式，促进了无线充电技术的进一步普及和应用。
研究基于超级电容储能的无线充电小车不仅有利于提高车辆的整体性能和用户体验，还有助于推动新能源汽车领域的发展，推动我国能源结构向清洁、低碳、可持续发展的方向转变，具有重要的理论和实践价值。
1.3 研究对象研究对象指的是本文研究的主体，即基于超级电容储能的无线充电小车。
这种小车是由超级电容储能技术和无线充电技术结合而成，具有高效能、环保、便捷等特点。
研究对象主要包括小车的设计、制造和性能测试等方面。
在本研究中，我们将对基于超级电容储能的无线充电小车进行深入探讨，包括其设计原理、技术特点、实验验证等内容。
通过研究对象的分析，我们可以更好地了解这种小车的工作原理和性能表现，为进一步提升其技术水平和应用价值提供参考依据。
基于超级电容的无线充电遥控器
基于超级电容的无线充电遥控器作者：翁羽涵吴渊来源：《科学大众（中学）》2021年第02期指导教师：丁良峰研究背景普通遥控器的干电池是一次性的，用完就要换。
如果很久不用，就会生锈、漏液，进而损坏电池盒，致使遥控器失灵。
如果使用蓄电池，那么蓄电池经常使用时，其寿命一般在2-3年，如果长时间处于馈电状态的话，在数月内就会无法使用，并且电池充电时需要取放电池也是一件挺麻烦的事情。
因此，设计一款可以实现无线充电且不用电池的遥控器就成了我们的研究项目。
研究目标1.基于无线充电技术实现无线电力传输;2.采用超级电容进行电能存储;3.设计一款可以实现无线充电的遥控器架。
研究过程1.现状分析现有的遥控器主要采用干电池或纽扣电池供电的方式，電池需要定期进行更换。
如果长时间不使用时，会出现漏液，腐蚀电池连接的金属极片，造成生锈，严重时会腐蚀线路板，致使遥控器损坏。
现有的充电技术有有线充电和无线充电的方式，主要是针对铅蓄电池、锂电池等进行充电。
有线充电稳定性好、充电速度快，适合大容量的电池充电，缺点是需要进行连线才能实现充电。
无线充电避免了连线的麻烦，充电相对慢一些，适合于一些小容量的蓄电池充电。
铅蓄电池、锂电池体积大、蓄电量大，缺点是使用时间一般在两三年，如果长时间不用会出现馈电现象。
超级电容作为一种储存电能的元件，其特点是体积小，容量相对较大，并且充电速度快，适合在一些耗电量较少的电器上使用。
结合现有的充电方式和储电材料，对于耗电量很少的遥控器而言，选择无线充电的方式对超级电容进行充电来实现供电，这样可以避免干电池带来的不便，也减少了生产和废弃电池处理带来的污染等一系列问题。
研究思路基于超级电容的无线充电遥控器的设计主要是将220V降压至12V（样品采用12V电池盒供电）给无线充电模块供电，经无线传输稳压输出为5V，再经降压模块降至3V给遥控器供电，其控制原理图如图1所示。
1.无线充电模块（如图2所示），电磁感应式的原理：初级线圈有一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端（如图3所示），经稳压模块处理可输出为5V。
基于超级电容的无线充电小车设计
44 | 电子制作 2019年10月化，造成在充电过程中产生火花，带来安全隐患[1]。
无线充电方式能够很好的解决电源线的限制及线束的老化问题，且相比传统的充电无线充电具备电能不外泄，有效避免漏电和跑电等安全隐患。
目前无线充电技术重点应用是在手机、遥控器、电动牙刷，无线充电技术如果能够应用于汽车充电系统中，将势必推动新能源电动汽车的快速发展。
超级电容是介于传统电容和充电电池之间的新型充电装置，其具有更大容量和比能量、充电速度快等特点，有希望成为下一代电池技术[2]，因此设计中采用超级电容作为储能元件。
本设计的小车的技术核心为无线充电技术，经赛道比赛，所设计制作小车性能可靠，满足功能要求。
1 总体系统设计本设计小车主要由单片机计时模块、无线充放电模块、自启动模块、超级电容模块、升压模块组成[3]。
小车具体功器，当充电时，无线充电模块输出端高电压，继电器常开触点闭合，断开电机驱动电路，当充电结束时，无线充电模块输出端为低电平，继电器常闭触点闭合，断开超级电容充电电路，接通电机驱动电路，小车实现自动启动。
设计系统总体框图如图1所示。
2模块设计■2.1 定时模块设计本设计要求设计小车充电1min，因此需设计定时模块。
在设计中采用单片机实现计时，单片机主要为计时功能，因此采用AT89S52单片机进行1min 计时，该款单片机内部具有定时器模块，通过编程，可实现轻易实现1min 定时，设计中通过两位数码管进行倒计时显示，方便小车充电调试。
设计中当单片机计时满1min 时，设置单片机P2.1(I/O)口输出由高电平变为低电平，并利用三极管开关作用，实现断开，充电模块停止充电。
■2.2 无线充电模块设计无线充电模块工作原理为磁耦合谐振式无线电能传输，发射电路主要由直流电源、逆变电路、谐振电路、整流电路和负载电阻组成。
电路电源为5V1A 直流电源，通过逆变模块实现振荡，发射振荡信号，实现将电能转换为电磁能，接收线圈接收电磁信号产生电能，实现无线电能传输。
基于超级电容储能的无线充电小车
基于超级电容储能的无线充电小车作者：杨风霞翟朋辉周浩天来源：《山东工业技术》2019年第10期摘要：本设计利用无线充电技术，将直流稳压电源的能量传递给超级电容，利用超级电容储存的电能驱动小车，并通过改进机械结构，优化了小车的爬坡性能。
本设计实现了定时一分钟无线充电，一分钟后，小车检测到充电完成后自启动，完成前行或爬坡的功能。
关键词：无线充电；超级电容；自启动DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2019.10.125无线充电主要采用电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。
很多学者一直致力于研究无线充电技术以及其在电动汽车中的应用。
重庆大学的孙跃团队成功实现了80米范围内以52%效率无线传输的60W电能[1]。
王换民对驻车无线充电补偿网络输出特性进行了理论研究和实验分析[2]。
温超提出并设计了基于磁耦合共振原理的新能源汽车无线充电系统[3]。
传统的小车充电多采用拔插式的充电方式[4]，插头磨损容易导致接触不良，影响正常使用并产生安全隐患，而采用无线充电方式实现物理隔离，可以很好的改善这一问题。
1 硬件电路设计1.1 定时模块实现定时功能的方法主要有三种，软件定时、数字电路硬件定时、可编程定时器[5]。
软件定时常常是通过执行一个程序段，利用每条指令执行需要的时间来完成延时功能，这种定时方式常常不准确。
数字电路硬件定时采用小规模集成电路器件，如用555定时芯片构成定时电路，这种电路的定时时间要靠电路中的元件参数来确定，定时时间不容易改变。
可编程定时器既是硬件定时，又能很容易地通过软件来确定和改变定时的时间，通过软件编程就可以满足不同的定时要求。
综合三种定时方式比较，采用可编程定时器的方式比较好。
因此，本设计的定时模块采用AT89S51单片机为微控制器，AT89S51单片机内部有两个16位的定时器，通过编写程序，可以实现一分钟定时，满足要求。
利用AT89S51单片机内部的定时器，当一分钟定时时间到时，通过控制继电器的通断来实现每次充电时间限定一分钟的功能。
基于超级电容储能的电动小车动态无线充电系统
基于超级电容储能的电动小车动态无线充电系统作者：孙艺铭蔡抒凝王博范佩升张丽来源：《时代汽车》2020年第09期摘要：以动态无线充电为研究对象，在理论分析的基础上实现了基于超级电容储能的电动小车动态无线充电系统。
该系统以磁耦合共振的方式，将直流电源进行变换，得到交流高频的电，通过LC谐振的发射线圈和接收线圈实现电能传输，经过整流后对超级电容组进行充电。
放电时通过Buck-Boost变换为小车提供行驶的动力。
实验分析了不同的电容组合和不同的线圈距离对电能传输的关系，最后实验证实了动态无线充电相比于静态充电有着较高的综合系统效率。
关键词：无线充电;动态充电;小车;性能分析;超级电容1 引言随着汽车工业的发展，人们也愈加重视因尾气排放造成的环境影响，作为使用清洁能源的代表，电动汽车因绿色，环保等优点逐渐普及开来，国内比亚迪等公司在电动汽车行业的发展上取得了优秀的成绩。
无线充电因运输便捷，较低的成本价格，不需要接线的特点引起了众多领域的关注[1]。
而超级电容器也因为能量密度大，可快速以极高的电流充放电，具有很长时间的使用年限[2]，在低温工况下的放电性能比传统的Li-ion电池和铅酸电池都要好等特点使其在电动汽车上有着很好的发展前途[3]。
在行驶的道路上铺设无线充电的发射线圈，使车辆在运动的过程中进行动态无线充电，提高车辆续航里程。
本文用实践作为出发点，在理论分析的基础上建立一个实物系统模型，为电动汽车的电容储能及动态无线充电理论做了初步的探究。
2 系统总体方案该系统由部分构成，系统框图如图1，分为5V/1A直流稳压电源、MSP430F149 控制器、无线充电发射端、无线充电接收端、超级电容模组、DC/DC 稳压模块、电机驱动模块、直流无刷电机和导航传感器几个部分。
系统关键电路在于无线电源系统（发射端），通过控制器输出的信号使得功率元件输出高频交流信号，然后发生并联谐振。
初级线圈通过电磁感应使次级线圈产生电流。
遥控小车参赛作品说明书
参赛说明书课题名称：单片机控制的无线充电的微型电动汽车设计所属院校：海口经济学院院系专业：信息工程学院通信工程制作团队：范倩、赵洋涛、王成丰指导老师：孙玉轩、何斌完成时间：本作品主要采用无线充电技术与超级电容，用单片机控制无线充放电的切换，无线充电线圈的定位，实现了无线充电的微型电动汽车设计。
本系统使用无线充电与超级电容，可安全，快速，有效的为小车提供电能。
亲手设计基于单片机的无线控制模块电路，并制成了PCB板，通过软件编程实现无线充放电模式的自动切换并用LED灯提示，可随时用LCD显示充电的电压，充电的时间。
小车用L298N电机驱动模块进行驱动，并通过无线遥控控制小车行进方向。
关键字：无线充电超级电容无线充电控制摘要 ..................................................... 错误!未定义书签。
一、概述.................................................. 错误!未定义书签。
二、总体设计 .......................................... 错误!未定义书签。
三、硬件设计 .......................................... 错误!未定义书签。
无线充放电控制模块 ............................................................................ 错误!未定义书签。
转换模块 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
数码管显示模块 ................................................................................ 错误!未定义书签。
基于超级电容储能的无线充电小车
基于超级电容储能的无线充电小车1. 引言1.1 背景介绍传统的电动小车往往采用锂电池作为储能装置，但是锂电池存在充电时间长、寿命短、安全隐患大等问题。
而基于超级电容储能的无线充电小车，不仅能够实现快速充电和长循环寿命，而且具有更高的安全性和稳定性。
研究基于超级电容储能的无线充电小车具有重要的实用意义和发展前景。
本研究旨在探究超级电容技术在无线充电小车中的应用，分析无线充电原理，设计基于超级电容储能的无线充电小车，并对其性能和安全性进行评估，旨在为新能源汽车领域的发展提供新的思路和技术支持。
1.2 研究意义基于超级电容储能的无线充电小车能够实现更高效的充电速度和更长的续航里程，极大地提升了使用体验和便利性。
其快速充电和低内阻的特点，能够有效解决传统锂电池充电时间长、寿命短等问题，为城市交通提供更智能、环保的解决方案。
基于超级电容储能的无线充电小车还可以有效减少对传统化石能源的依赖，降低环境污染和温室气体排放。
通过利用可再生能源进行无线充电，能够最大程度地减少对化石能源的消耗，推动绿色出行理念的普及和发展。
研究基于超级电容储能的无线充电小车具有重要的现实意义和深远的社会意义。
通过深入探究其技术原理、设计方法和性能特点，可以为未来智能交通系统的发展提供重要参考，推动智能城市建设和可持续发展的进程。
1.3 研究目的本研究旨在探讨基于超级电容储能的无线充电小车的设备，具体研究目的包括：1. 分析超级电容技术在无线充电小车中的应用情况，探讨其在提高充电效率和节能减排方面的作用；2. 对无线充电原理进行深入分析，探讨其工作原理以及与传统有线充电方式的优劣势对比；3. 设计基于超级电容储能的无线充电小车，包括车辆结构设计、电路设计、充电系统设计等方面；4. 对设计所得无线充电小车进行性能评估，测试其充电效率、运行稳定性、续航能力等关键参数；5. 进行安全性分析，探讨无线充电过程中的安全隐患和如何降低风险。
通过以上研究目的的分析，本研究旨在为基于超级电容储能的无线充电小车的发展提供理论支持和技术指导，促进该领域的进一步发展和应用。
基于超级电容的无线充电设计参赛作品说明书修订稿
基于超级电容的无线充电设计参赛作品说明书 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-参赛作品说明书课题名称：单片机控制的无线充电的微型电动汽车设计所属院校：海口经济学院院系专业：信息工程学院通信工程制作团队：赵洋涛、范倩、唐轲指导老师：孙玉轩、何斌完成时间：摘要本作品主要采用无线充电技术与超级电容，用单片机控制无线充放电的切换，无线充电线圈的定位，实现了无线充电的微型电动汽车设计。
本系统使用无线充电与超级电容，可安全，快速，有效的为小车提供电能。
亲手设计基于单片机的无线控制模块电路，并制成了PCB板，通过软件编程实现无线充放电模式的自动切换并用LED灯提示，可随时用LCD显示充电的电压，充电的时间。
小车用L298N电机驱动模块进行驱动，并通过无线遥控控制小车行进方向。
关键字：无线充电超级电容无线充电控制目录1概述背景当今社会，随着世界工业和社会经济的高速发展，人类在能源方面面临着前所未有的严峻挑战。
因此，研究开发替代性绿色能源有着至关重要的现实意义。
手机、MP3和笔记本电脑等便携式电子设备进行充电主要采用的是一端连接交流电源，另一端连接便携式电子设备充电电池的传统充电方式。
这种方式有很多不利的地方，首先频繁的插拔很容易损坏接头．另外也可能带来触电的危险。
因此．非接触式感应充电器在上个世纪末期诞生．凭借其携带方便、成本低、无需布线等优势迅速受到各界关注。
因此，实现无线充电，能量传输效率高，便于携带成为充电系统的研究方向之一。
作品的优势本作品通过硬件搭建，实现对超级电容的无线充电，再通过超级电容放电，对小车进行供电，用无线遥控模块遥控小车。
全过程使用单片机软件编程进行控制与监控，实现全部功能。
本作品的优点集中在以下几个方面：1.无线充电解决电气接口不同或充电器不兼容的问题，增强便携性、美观性以及使用的安全性。
在小功率充电方面，产生的磁场与地球磁场相近不会对人体产生伤害，并且电能转化的效率高。
基于超级电容储能的无线充电小车
超级电容储能是当今储能领域研究的热点之一，其高能量密度、快速充放电特性和长寿命等优势使其在无线充电技术领域具有广阔的应用前景。本文旨在探究基于超级电容储能的无线充电小车设计及其性能优势，为推动无线充电技术的发展提供新的思路和方法。通过研究实验结果分析，我们希望进一步验证基于超级电容储能的无线充电小车在实际应用中的可行性和优势，为未来相关领域的研究和开发提供参考。本文的意义在于将超级电容储能技术与无线充电技术相结合，探索新型、高效的能源储存和传输方案，为促进环保、节能的社会发展做出贡献。通过本文的研究，我们希望能够激发更多学者和工程师对该领域的关注和投入，共同推动超级电容储能技术的进一步发展和应用，实现可持续发展的目标。
为了解决这些不足之处，未来可以从以下方面进行改进：可以通过技术进步和规模效应逐步降低超级电容的成本，并提高其可靠性和稳定性，从而降低整体系统的成本。可以进一步研究超级电容材料和结构设计，提高其能量密度和循环寿命，以提高小车行驶里程并延长使用寿命。可以改进无线充电系统的设计，优化传输效率和距离，同时考虑安全性和环保性，为基于超级电容储能的无线充电小车提供更好的充电解决方案。通过持续的技术创新和改进，基于超级电容储能的无线充电小车将有更广阔的应用前景和更好的发展空间。
设计具有高效率和长距离传输的无线充电系统。通过电磁感应、磁共振或者雷射功率传输等技术，实现小车和充电设备之间的无线能量传输。同时考虑安全性和效率，避免能量损耗和电磁辐射对人体的影响。
设计合理的控制系统和智能管理模块，监测和控制小车的能量使用和充电过程。利用传感器和算法实现小车的轨迹规划、充电需求预测等功能，提高小车的自主行驶能力和智能化水平。
通过以上设计，基于超级电容储能的无线充电小车将具有高效、便捷、环保的特点，能够应用于物流输送、智能仓储、无人驾驶等领域，为未来无线充电技术的发展和智能交通建设提供有力支持。
基于超级电容的无线充电电动小车设计
产生电流给电容充电。停止充电后，小车由超级电容供电，经继
电器配合 TI 公司生产的 TPS63020 进行 DC-DC 降压转换，并控
制电机启动，使电动小车完成设计要求。系统结构如图 1 所示。
2 理论分析与模块选择
2.1 无线充电模块 本 设 计 的 无 线 充 电 系 统 采 用 电 磁 感 应 原 理， 使 用
片机运行，且由于电动小车无需控制器实现其他复杂功能，经过 综合考虑采用继电器控制小车驱动电机的开关，使小车可以在充 电 1 分钟后自启动。此方案的优点是充电结束后无需其他电源控 制继电器，尽可能地将电源用于小车驱动 [3]。
2.4 DC-DC 变换模块 采用基于 TPS63020 的升降压 DC-DC 电路。TPS63020 也是 TI
1 总体设计
本设计是通过制作一套无线充电装
置为电动小车充电，在充电 1 分钟后停止
充电，小车立即向前行驶，并且进行行 驶距离和爬坡高度测试。为了完成上述
图1 系统总体结构
要求，将系统设计为三个基本模块，分别是无线充电装置模块、
DC-DC 变换模块、电机控制模块。首先由直流稳压电源向无线 充电系统的发射模块供电，经逆变后再利用电磁感应令接收线圈
2.2 超级电容模块 超级电容是一种电化学储能装置，本身原理与普通电容相似，
介于电池与普通电容之间，不仅能够实现大电流快速充放电，而 且功率密度高，具有使用轻便、循环寿命长、绿色环保的优点 [2]。
放电时间、功率、电压的升降情况都是影响超级电容选择的 因素。在超级电容供电时，其上输出电压会降低，这些降低的电 压一部分由其内阻消耗掉了，另一部分则是释放能量所引起的压 降。在放电时间极短时，内阻消耗所造成的压降较大。而在持续 放电时，电容放电压降较大。可设初始电压为 U1，最低工作电 压为 U2，电容存储的可供使用的能量为 E1=1/2C（U12-U22）。设 U 为工作电压，I 为工作电流，t 为工作时间，所需要的实际电能 为 ：E2=UIt，使 E1=E2，即可计算出电容的容量。
超级电容无线恒功率充电系统中充电电路的设计
本文设计了超级电容无线充电系统充电电路，电路包括IR2104S 模块、IRF3710半桥电路、LC 低通滤波等。
文中给出了各模块详细的电路原理图和电路参数。
分析了充电电压、充电电流和Buck-boost 电路对PWM 波占空比的影响。
推导了Buck-boost 电路占空比和充电电流之间的内在联系。
最后通过STM32单片机产生带有PID 算法的PWM 波对电路进行驱动，并将电路实时工作数据进行测量，验证了电路工作的有效性。
传统电子设备进行充电时，两端需要分别连接电源和电子设备充电接口，这种传统充电形式存在较多不足。
首先使用充电器频繁的插拔容易导致充电接头损坏，从而导致增加充电成本。
其次该方式会增加触电的可能，例如插头插进插座时会出现电火花等危险。
此外随时间推移插座会存在积尘和接触损耗，从而导致接触不良等问题。
因此非接触式感应充电方式凭借摆脱传统方式存在的问题的独特优势的进入大众的视野，让获取电能不再复杂，杜绝存在安全的隐患，使用户使用更安心，更方便快捷。
除此之外，使用超级电容取代化学式的蓄电池是目前科学研究的一个热门话题，因其寿命长，绿色环保，对环境污染小等优势，广受大众青睐。
虽然有很多技术问题需要解决，但其本身的优越性随着相关技术的发展，使用超级电容代替化学式的蓄电池指日可待。
1 系统电路的构建发送线圈发送电能后，通过磁耦合原理，使用接收线圈捕捉电能，对捕获的电能进行滤波处理。
通过使用STM32单片机输出PWM 脉冲作为充电电路的驱动信号，但单片机驱动能力是有限的，需要放大PWM 脉冲的驱动能力，半桥驱动器IR2104S 可作为驱动芯片。
系统中采用芯片IR2104S 为主要驱动器，驱动MOS 管IRF3710的Buck-boost 电路。
电路中需要对功率进行计算，因此需对于模拟量进行采集。
电路中采用INA282作为电流采集芯片，采用电阻分压采集电压。
电路最后设计LC 低通滤波器对电路进行滤波，防止电容电压回流加入肖特基二极管保护电路。
基于副边半控整流的超级电容无线充电系统研究
基于副边半控整流的超级电容无线充电系统研究李巍【摘要】本文设计一套超级电容的恒流无线充电系统,根据互感模型,推导充出副边半控整流桥移相角度与充电电流的函数关系.从理论分析角度,验证副边半控整流桥实现超级电容恒流充电的可行性.最终,搭建实验系统,通过PI算法控制半控整流桥的移相角度,实现超级电容的3 A恒流充电.【期刊名称】《电气传动自动化》【年(卷),期】2018(040)005【总页数】4页(P1-4)【关键词】无线充电系统;恒流充电;半控整流桥;超级电容.【作者】李巍【作者单位】中国铝业股份有限公司连城分公司,甘肃连城730335【正文语种】中文【中图分类】TP131 引言无线充电系统具备自动化充电，强环境适应性和便捷性，能够广泛的应用于电动车，便携式设备和AGV 等以电池或超级电容为动力源的设备中[1]-[3]。
以超级电容为例，为实现快速且高效的电能补充，往往需要恒流充电[4]-[5]。
因此，有必要研究具备恒流充电能力的无线充电系统。
本文设计一套基于副边半控整流桥的恒流充电系统，通过PI算法调节半控整流桥的移相角度，控制充电电流。
2 电路结构与理论分析2.1 电路结构分析如图1所示，本文提出的无线充电系统主要包括直流源，全桥逆变器（由四个MOSFET管S1～S4构成），磁耦合机构（由发射线圈L1，内阻为R1和接收线圈L2，内阻为R2构成），串串补偿结构（由原边补偿电容C1和副边补偿电容C2），半控整流桥（由两个MOSFET管Q1和Q2以及两个二极管D1和D2构成），容性滤波（由薄膜电容Co构成）和超级电容（等效电路模型为串联电阻Rs，理想电容C和等效并联电阻Rs）。
霍尔电流传感器1实时采集副边谐振线圈中电流i2（t），用于同步副边控制的PWM驱动信号。
霍尔电流传感器2实时采集直流输出电流Io，通过PI算法控制半控整流桥，实现超级电容的恒流充电。
图1 电路结构框图2.2 半控整流桥分析如图2所示，相较于无线充电系统副边控制中常用的Buck变换器而言，半控整流桥节省一个功率电容和薄膜电容，从而能够有效地减小副边成本、重量与体积。
超级电容器说明书
SPECIFICATIONSModel: SC-8CA8 Farad Hybrid Super Capacitor (Carbon And Electronic Capacitor) With BlueDigital AMP-DCV Display, Blue Flash LEDCapacitance .................................……...... 8,000,000 micro faradWorking Voltage ...............................…….….. 16DCSurge Voltage .......................................……… 18DCE.S.R. (Equivalent Series Resistance)------ 0.0015 ohm @120hz/ 25°CCapacitance Tolerance------------------------ ± 10%Model: SC-20CA20 Farad Hybrid Super Capacitor (Carbon And Electronic Capacitor) With BlueDigital AMP-DCV Display, Blue Flash LEDCapacitance .................................……...... 20,000,000 micro faradWorking Voltage ...............................…….….. 16DCSurge Voltage .......................................……… 18DCE.S.R. (Equivalent Series Resistance)------ 0.0015 ohm @120hz/ 25°CCapacitance Tolerance------------------------ ± 10%Model: SC-40CA40 Farad Hybrid Super Capacitor (Carbon And Electronic Capacitor) WithBlue Digital AMP-DCV Display, Blue Flash LEDCapacitance .................................……..... 40,000,000 micro faradWorking Voltage ...............................…….….. 16DCSurge Voltage .......................................……… 18DCE. S. R. (Equivalent Series Resistance) ..…….. 0.0015 ohm @ 120hz/25℃Capacitance Tolerance (10)DETAILED FEATURES:a) 4 digits hi-end blue light display DC voltage meter that can measure 0.1 DCV range.b)Reverse pole connecting PCB buzz warning function. If the capacitor is connected incorrectlyby reversing the positive and negative wires during the installation process the PCB will issue a45 second noise to warn you.c)Hi-end platinum plated 100% brass solid parts and chrome plated metal coverd)Over voltage limit and low battery voltage limit warning. When the system voltage peeks over17 DCV or LESS than 10 DCV. The buzzer on the PCB will issue an audible noise warning.e)Multiple small capacitance capacitors linked to provide the lowest inner E.S.R. and largest- 1 -INSTALLATION AND MOUNTING:You must first attach the mounting tabs to the capacitor before mounting it. Use the supplied hardware shown in the picture to the right. Notice the small mounting screw hole in the capacitor chassis.CHARGING THE CAPACITOR AND WIRING:The capacitor must be charged before connecting the Power and Ground cables to the capacitor. Failure to charge the capacitor will result in a large spark generated from the rapid inflow of current.- 2 -To Charge the capacitor:1. Make Capacitor positive terminal connections with amplifier andtighten the bolt. Do not over-tighten the bolts!Caution:Stripped terminals are not covered under the capacitor’s warranty.2. Connect the ground cable with battery, amplifier, then refer to theattached drawing.3. Place the supplied charging bulb between positive terminal of thecapacitor and the battery’s positive terminal. Do this for 2 ~ 3minutes or until the charging bulb goes out.Caution: The charging bulb will get hot!4. Immediately take out the charging bulb from the connecting wire afterthe charging process. And connect the positive cable of the batterydirectly to the positive terminal on the capacitor. DISCHARGING THE CAPACITOR:When you want to take out the capacitor after you finish the installation process from original car audio system. You must do discharge process when you want to move the capacitor. It will be safe to release the power of the capacitor.To Discharge the capacitor: With battery power disconnected, place the light bulb or resistor across the capacitor’s positive and negative terminals until light goes out or for three minutes if using a resistor.- 3 -Multiple Capacitor Wiring Diagram:WARNING!!THIS POWER CAPACITOR MAY EXPLODE AND CAUSE SERIOUS INJURY IF ABUSED OR CONNECTED IMPROPERLY. PLEASE REFER TO THE INSTRUCTIONS CONTAINED IN THIS MANUAL FOR CORRECT OUNTING, CHARGING/DISCHARGING AND WIRING CONNECTION FOR THIS CAPAPCITOR PRIOR TO INSTALLATION.LIMITED WARRANTYOne Year Warranty from the date of purchase.- 4 -。
基于超级电容储能的无线充电循迹电动小车
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·138·2020年第22期文章编号：2095－6835（2020）22－0138－02基于超级电容储能的无线充电循迹电动小车朱俊杰，古瑶，陈钦旭，黄荣辉（华南农业大学电子工程学院，广东广州510000）摘要：设计的无线充电循迹电动小车以超级电容为储能核心，系统主要由MSP432P401R单片机、无线充电模块、电容充放电模块、自启动模块、自动升降压模块、循迹模块、电机驱动模块等组成。
经过测试，在静态充电1min 的条件下，小车可以在给定的平地赛道上按照循迹黑线行进约267cm后停止；在静态充电1min后再给小车以动态充电，小车可以在给定的平地赛道上按照循迹黑线行进约420cm后停止。
关键词：超级电容；无线充电；循迹电路；MSP432P401R单片机中图分类号：TM724文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2020.22.0601引言由于环境问题日益突出，以电动汽车为代表的新能源汽车产业逐渐成为中国战略性新兴产业，但充电方式是制约着电动汽车发展的关键技术之一。
有线充电中裸露在空气中的导线不仅占据大量空间，还有安全隐患。
与有线充电相比，无线充电方式灵活、运输便捷，可以安全、快速地对电动汽车进行充电，它弥补了传统充电方式在占用空间和安全性等方面的不足。
因此，研究无线充电具有重要的实际意义。
超级电容器相比普通的蓄电池，具有能快速充电和循环寿命较长的特点，本设计通过研究磁耦合谐振式无线充电技术原理和传输机制，在理论分析的基础上构建系统总体方案框架并搭建系统基于超级电容的电动无线小车实物模型，并进行实验验证。
2硬件设计本设计主要由MSP432P401R单片机、无线充电模块、电容充放电模块、自启动模块、自动升降压模块、循迹模块、电机驱动模块等组成。
整个系统只提供一个5V/1A的直流稳压电源，无线充电模块的发射模块负责该系统中电能的传输，将电能传输至接收模块中，接收模块将接收到的电能储存在超级电容中。
超级电容器设计引入指南说明书
SN009 // R ENÉ K ALBITZ / F RANK P UHANE1 EDLC – SupercapacitorCompared to other capacitor technologies, EDLCs (Electric Double LayerCapacitor) are outstanding for their very high charge storage capacityand very low equivalent series resistance (ESR). Their high cycle life, lowcharging time and their large power output make them the ideal choice for many electric power applications.Possible applications are: (Intermediate) storage devices▪ To provide an application with power during battery change orpower-offline periods▪ To provide power in emergency cases as uninterruptiblepower supplies (UPS)Hybrid application with battery▪ To relieve batteries during high power peak▪ To buffer energy fluctuations in order to increase battery lifetimeThe most important parameters for the design-in process are capacitance, discharging and charging time as well as the corresponding voltages. Below we present a summary of the most important formulas and provide examples of calculations.[1,2,3]Figure 1: General concept of charging/discharging infrastructure.2 General Procedure of Design-In1g Identify the mode of operation for the discharge process:▪ Constant Resistance ▪ Constant Current ▪ Constant Power 2 Calculate*) the necessary capacitance depending on desiredoperation parameter such as operation time, output power and output current. *)For the sake of simplicity we may neglect the losses due to ESR, leads and connections.3g Identify the suitable charging process: ▪ Constant Current ▪ Constant Voltage 4g Calculate the charging time depending on the charging current. If necessary calculate the protective resistor.Figure 2: Radial through-hole EDLC series WCAP-STSCSome important formulas for the design-in process are summarized in the following sections.Charging Unit▪Constant Current ▪Constant VoltageSupercapacitor (EDLC)▪Main Device Parameters, governing its performance:- Rated voltage U R - Capacitance C▪EDLCs are low voltage devices▪No constant voltage source: Voltage is decreasing as it delivers powerDischarging Unit▪Constant Resistance ▪Constant Current ▪Constant Power3Parameter and PerformanceFigure 3: Equivalent Circuit of EDLCBasic Parameters:V R rated voltage▪Non-Aqueous Electrolyte (typ.) ≈ 2 V – 3 V▪given in the datasheetC capacitance (given in the datasheet and directly on thecapacitors marking)R ESR equivalent series resistance (ESR) (given in the datasheet)R Leak equivalent parallel resistance, leakage resistance▪corresponding parameter is leakage current ILeak, givenin the datasheet▪relation: RLeak = U RI Leak▪influence on charge storing capabilitiesR Leak ≈ 10 kΩ - 1 MΩP power output, i.e. power consumption of applicationPerformance Parameters:V1charging voltage, usually V R = V1V2lower cut-off voltageenergy storage capacity:E = 12⋅ C ⋅ (V12 - V22)E =�P(t)dt = P ⋅ t (if P(t) = const.) maximum power output:P max =V R24 ⋅ R ESR3.1ExampleAn application needs to be driven with a constant power of P = 0.4 Wfor t = 360 s. The lower cutoff voltage is V2 = 1 V. How large is the totalamount of energy E and how large is the required capacitance C?Calculation:P = 0.4 W for t = 360 s; V1 = V R = 2.7 V; V2 = 1 VE = P ∙ t = 0.4 W ∙ 360 s = 144 J = 0.04 WhThe required energy is E = 144 JC = 2 ⋅EV12 - V22= 2 ⋅144 J(2.7 V)2 -(1 V)2≈ 46 FThe required capacitance is C = 46 F, thus a capacitor with acapacitance of 50 F is recommended.4 Constant Voltage ChargingF or constant voltage charging it is recommended to use a protective resistor in series with the EDLC. It may be necessary to restrict the current with a protective resistor R P to a specific value I max . For a given I max the resistance is calculated by:R P =V 1I max- R ESRThe charge characteristic is calculated by (t 0 = 0):V = V 1⋅�1 - e-t�R ESR + R p � ⋅ C�I = U 1R ESR + R p⋅e - t�R ESR + R p � ⋅ C The corresponding charging time is calculated by:t = ln �V 1V 1 - V�⋅ (R ESR + R P ) ⋅ C t =ln �100 %100 % - p�⋅ (R ESR + R P ) ⋅ CCharging to 99.9% : t ≈ 7 ∙ (R ESR + R P )∙C C capacitance V 1 charging voltage I 0 current at t 0I max max. allowable current V R rated voltage V voltage at t t charging time t 0 start timeR P protective resistanceR ESR equivalent series resistance pcharging level in %4.1 Example Protective ResistanceA capacitor with capacitance C = 50 F and an equivalent series resistance R ESR = 0.02 Ω shall be charged with a unprotected power source at V 1 = V R = 2.7 V. The power source has a maximal allowable current of I max = 5 A. How large should the protective resistance be, to prevent overcurrent?Calculation:I max = 5 A; V R = V 1 = 2.7 V; R ESR = 0.02 ΩR P =V 1I max- R ESRR P =2.7 V5 A- 0.02 Ω = 0.52 Ω In order to prevent over current at the power source, a protective resistor with R P ≥ 0.52 Ω should be used.4.2 Example Charging TimeA capacitor with capacitance C = 50 F is charged to V = 2.16 V (80 % of V R ) at constant voltage V R = 2.7 V with a protective resistor R P = 0.5 Ω and an equivalent series resistance R ESR = 0.02 Ω. How long is the charging process? Calculation:C = 50 F; V = 2.16 V ; V 1 = V R = 2.7 V; R P = 0.5 Ω; R ESR = 0.02 Ωt = ln �V 1V 1 - V�⋅ (R ESR + R P ) ⋅ Ct = ln �2.7 V2.7 V - 2.16 V�⋅ (0.02 Ω + 0.5 Ω) ⋅ 50 F ≈ 42 sThe charging time is ≈ 42 s.Figure 4: V-t characteristics for constant voltage chargingFigure 5: I-t characteristics for constant voltage charging5 Constant Resistance DischargingThe discharging characteristics of a capacitor with capacitance C over given load resistance R L is calculated by (t 0=0):V = V 0⋅e-t (R ESR + R L ) ⋅ C |I |=V 0R ESR + R L⋅e -t (R ESR + R L ) ⋅ C The corresponding discharging time is calculated by: t = ln �V 0V �⋅(R ESR + R L ) ⋅ C The necessary capacitance is calculated with:C =tln �V 1V�⋅ (R ESR + R L )C capacitanceV 0 charging voltage at t 0I 0 current at t 0 V Rrated voltage V voltage at tt discharging time t 0 start timeR L load resistanceR ESRequivalent series resistance5.1 Example Discharging TimeA capacitor with capacitance C = 50 F is discharged from its ratedvoltage V R = 2.7 V to V = 0.3 V with a load of R L = 1 Ω. How long is the discharging process? Calculation: R ESR = 0.02 Ω; R L = 1 Ω; C = 50 F; V 0 = V R = 2.7 V; V = 0.3 Vt = ln �V 0V �⋅(R ESR + R L ) ⋅ Ct = ln �2.7 V0.3 V �⋅ (0.02 Ω + 1 Ω) ⋅ 50 F ≈ 112 sThe discharge time is approximately 112 seconds. 5.2 Example Voltage Drop A capacitor with a capacitance C = 50 F is discharged from its rated voltage V R = 2.7 V with a load of R L = 2 Ω for a period of time t = 280 s. What is the remaining voltage? Calculation:R ESR = 0.02 Ω; R L = 2 Ω; C = 50 F; V 0 = V R = 2.7 V; t = 280 sV = V 0⋅e-t (R ESR + R L ) ⋅ C = 2.7 V ⋅e - 280 sec(0.02 Ω + 2 Ω) ⋅ 50 F = 0.17 VThe remaining voltage is V = 0.17 V .Figure 6: V-t characteristics for constant resistance dischargingFigure 7: I-t characteristics for constant resistance discharging6Constant Current Charging/DischargingIf a constant current is used, the voltage V at the terminals for time t (t = 0) is calculated by:V - V0=I CC⋅ tThe corresponding discharge time (t0 = 0) is calculated by:t = (V0 - V)⋅C I DThe corresponding charging time (t0 = 0) is calculated by: t = (V - V0)⋅C I CThe necessary capacitance is calculated with:C =t ⋅ I D (V0 - V)I C,D constant charge / discharge currentC capacitanceV R rated voltageV, I voltage, current at tV0 voltage at t0(charging)| t - t0 | (dis)charge timet0start timeR ESR equivalent series resistance6.1Example Charging TimeA capacitor with capacitance C = 50 F is charged from V0 = 0.3 V to its rated voltage V R = 2.7 V with a constant current I C = 2 A. How long is the charging process?Calculation:I C = 2 A; C = 50 F; V = V R = 2.7 V; V0 = 0.3 Vt = (V - V0)⋅C I C=(2.7 V - 0.3 V)⋅50 F2 A= 60 sThe charge time is 60 seconds.6.2Example Voltage IncreaseA capacitor with capacitance C = 50 F and an initial voltage V0 = 0.3 V is charged with a constant current I C = 2 A for t = 5 s. How large is the capacitor voltage?Calculation:I C = 2 A; C = 50 F; V0 = 0.3 V; t = 5 sV = V0 + I CC⋅ t = 0.3 V +2 A50 F⋅ 5 s = 0.5 VThe capacitor voltage is V = 0.5 V.Figure 8: V-t characteristics for constant current charging. Figure 9: V-t characteristics for constant current discharging. Figure 10: I-t characteristics for constant current charging anddischarging.7Constant Power DischargingIf the capacitor is discharged at a constant power P C, the voltage and current characteristic are calculated by (t0 = 0):V02 - V2=2 ⋅ P C C⋅t| I | = �V02P c2 - 2C ⋅ P C⋅t�-12The corresponding discharge time (t0 = 0) is calculated by: t = �V02 - V2�C2 ⋅ P CThe necessary capacitance is calculated with:C = 2 ⋅ t ⋅ P C V02 - V2P C constant power output C capacitanceV R rated voltageV, I voltage, current at t I0current at t0V0voltage at t0(charging) t - t0discharge timet0start time 7.1Example Discharge TimeA capacitor with capacitance C = 50 F and rated voltage V R = 2.7 V is discharged at constant power P C = 0.2 W. The cut-off voltage is V = 0.7 V. How long can the capacitor be operated under this condition? Calculation:P C = 0.2 W; C = 50 F; V0 = V R = 2.7 V; V = 0.7 Vt = �V02 - V2�C2 ⋅ P Ct = �(2.7 V)2- (0.7 V)2�⋅50 F2 ⋅ 0.2 W = 850 sIt can be operated for t = 850 s.7.2Example Voltage DropA fully charged capacitor with capacitance C = 50 F and rated voltage V R = 2.7 V has been operated for t = 180 s at constant power output of P C = 0.7 W. How large is the remaining voltage?Calculation:P C = 0.7 W; C = 50 F; V0 = V R = 2.7 V; t= 180 s; t0 = 0 sV =�V02 - 2 ⋅ P C C⋅ tV =�(2.7 V)2 - 2 ⋅ 0.7 W50 F⋅ 180 s = 1.5 VThe remaining voltage is V = 1.5 VFigure 11: V-t characteristics for constant power discharging Figure 12: I-t characteristics for constant power dischargingA.AppendixA.1.References[1]N. Kularatna (2015). Energy Storage Devices for Electronic Systems – Rechargeable Batteries and Supercapacitors. Elsevier Academic Press (Print Book)[2] F. Beguin, E. Frackowiak, G. Q. M. Lu (eds.) (2013). Supercapacitors - Materials, Systems, and Applications. Wiley-VCH (Print Book)[3] B. E. Conwa (1999). Electrochemical Supercapacitors – Scientific Fundamentals and Technological Applications. Kluwer Academics / Plenum Publishers, NewYork (Print book)I M P O R T A N T N O T I C EThe Application Note is based on our knowledge and experience of typical requirements concerning these areas. It serves as general guidance and should not be construed as a commitment for the suitability for customer applications by Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG. The information in the Application Note is subject to change without notice. This document and parts thereof must not be reproduced or copied without written permission, and contents thereof must not be imparted to a third party nor be used for any unauthorized purpose.Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG and its subsidiaries and affiliates (WE) are not liable for application assistance of any kind. Customers may use WE’s assistance and product recommendations for their applications and design. The responsibility for the applicability and use of WE Products in a particular customer design is always solely within the authority of the customer. Due to this fact it is up to the customer to evaluate and investigate, where appropriate, and decide whether the device with the specific product characteristics described in the product specification is valid and suitable for the respective customer application or not.The technical specifications are stated in the current data sheet of the products. Therefore the customers shall use the data sheets and are cautioned to verify that data sheets are current. The current data sheets can be downloaded at . Customers shall strictly observe any product-specific notes, cautions and warnings. WE reserves the right to make corrections, modifications, enhancements, improvements, and other changes to its products and services.WE DOES NOT WARRANT OR REPRESENT THAT ANY LICENSE, EITHER EXPRESS OR IMPLIED, IS GRANTED UNDER ANY PATENT RIGHT, COPYRIGHT, MASK WORK RIGHT, OR OTHER INTELLECTUAL PROPERTY RIGHT RELATING TO ANY COMBINATION, MACHINE, OR PROCESS IN WHICH WE PRODUCTS OR SERVICES ARE USED. IN F ORMATION PUBLISHED BY WE REGARDING THIRD-PARTY PRODUCTS OR SERVICES DOES NOT CONSTITUTE A LICENSE FROM WE TO USE SUCH PRODUCTS OR SERVICES OR A WARRANTY OR ENDORSEMENT THEREOF.WE products are not authorized for use in safety-critical applications, or where a failure of the product is reasonably expected to cause severe personal injury or death. Moreover, WE products are neither designed nor intended for use in areas such as military, aerospace, aviation, nuclear control, submarine, transportation (automotive control, train control, ship control), transportation signal, disaster prevention, medical, public information network etc. Customers shall inform WE about the intent of such usage before design-in stage. In certain customer applications requiring a very high level of safety and in which the malfunction or failure of an electronic component could endanger human life or health, customers must ensure that they have all necessary expertise in the safety and regulatory ramifications of their applications. Customers acknowledge and agree that they are solely responsible for all legal, regulatory and safety-related requirements concerning their products and any use of WE products in such safety-critical applications, notwithstanding any applications-related information or support that may be provided by WE. 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参赛作品说明书课题名称：单片机控制的无线充电的微型电动汽车设计所属院校：海口经济学院院系专业：信息工程学院通信工程制作团队：赵洋涛、范倩、唐轲指导老师：孙玉轩、何斌完成时间：2013.6.11摘要本作品主要采用无线充电技术与超级电容，用单片机控制无线充放电的切换，无线充电线圈的定位，实现了无线充电的微型电动汽车设计。
本系统使用无线充电与超级电容，可安全，快速，有效的为小车提供电能。
亲手设计基于单片机的无线控制模块电路，并制成了PCB板，通过软件编程实现无线充放电模式的自动切换并用LED灯提示，可随时用LCD显示充电的电压，充电的时间。
小车用L298N电机驱动模块进行驱动，并通过无线遥控控制小车行进方向。
关键字：无线充电超级电容无线充电控制目录摘要 (2)目录 (3)1概述 (5)1.1背景 (5)1.2作品的优势 (5)2总体设计 (5)3硬件设计 (6)3.1无线充放电控制模块 (6)3.1.1A/D转换模块 (6)3.1.2显示模块 (7)3.1.3最小单片机系统 (8)3.2无线充电模块超级电容 (8)3.3四键无线遥控控制模块 (9)3.4电机驱动模块 (10)4 软件设计 (10)4.1软件开发环境 (10)4.1.1 C语言开发环境 (10)4.1.2keil开发环境 (11)4.1.3STC-ISP开发环境 (11)4.2软件程序设计 (11)4.2.1时间显示设计 (11)4.2.2电压监控设计 (12)4.2.3充放电切换 (12)4.2.4无线遥控程序设计 (13)5 发展方向 (14)6 附录 (14)6.1无线充放电控制原理图 (14)6.2无线充放电控制PCB图 (15)6.3源程序 (15)6.3.1无线充放电控制源程序 (15)6.3.2无线遥控源程序 (20)1概述1.1背景当今社会，随着世界工业和社会经济的高速发展，人类在能源方面面临着前所未有的严峻挑战。
因此，研究开发替代性绿色能源有着至关重要的现实意义。
手机、MP3和笔记本电脑等便携式电子设备进行充电主要采用的是一端连接交流电源，另一端连接便携式电子设备充电电池的传统充电方式。
这种方式有很多不利的地方，首先频繁的插拔很容易损坏接头．另外也可能带来触电的危险。
因此．非接触式感应充电器在上个世纪末期诞生．凭借其携带方便、成本低、无需布线等优势迅速受到各界关注。
因此，实现无线充电，能量传输效率高，便于携带成为充电系统的研究方向之一。
1.2作品的优势本作品通过硬件搭建，实现对超级电容的无线充电，再通过超级电容放电，对小车进行供电，用无线遥控模块遥控小车。
全过程使用单片机软件编程进行控制与监控，实现全部功能。
本作品的优点集中在以下几个方面：1.无线充电解决电气接口不同或充电器不兼容的问题，增强便携性、美观性以及使用的安全性。
在小功率充电方面，产生的磁场与地球磁场相近不会对人体产生伤害，并且电能转化的效率高。
2.超级电容在各种电能储存方式中具有功率密度高，充电速度快，循环使用寿命长，效率高，充放电过程基本可逆，低温性能优越，控制简单，绿色环保，安全性好的优势。
使用超级电容能大大提高储存电量。
3.使用单片机软件编程控制充放电的过程安全性好，电路设计简单，软件编程也很容易。
技术非常成熟。
4.使用无线遥控技术控制小车，通过51单片机最小系统软件编程控制，用L298N驱动模块和无线接收模块，实现小车的无线控制。
2总体设计本作品的原理框图如下所示：以无线充电为核心，利用超级电容的充电迅速，储能多的特性，存储电能。
使用单片机设计一个无线充放电控制模块，对无线充电进行实时监控。
通过无线遥控技术软件编程，使用L298N电机驱动控制小车的行驶。
本产品以超级电容组来取代市面上对环境有污染的镍镉电池、锂电池，可以改善环境问题。
而且超级电容具有存储电量多、充电时间短、使用寿命长等特点。
无线充电，利用电磁耦合原理进行无接触充电，解决了电气接口不同和电源适配等问题，从而增强便携性、美观性，由于线圈发射出的磁场与地球磁场类似，对人们无辐射，因此使用很安全智能控制，制作单片机最小系统，包括A/D转换模块，LCD液晶显示模块，以及充放电切换和指示模块。
利用单片机对继电器的控制实现电容组的充放电的自动切换，同时实现对电容组工作状态的实时监控。
3硬件设计3.1无线充放电控制模块本作品使用AT89C52单片机，设计硬件电路图，并制成PCB板，通过软件编程实现无线充电控制，实现的功能有：充放电模式的自动切换，并随时显示监控的电压，显示充电时间以及指示充放电状态。
3.1.1A/D转换模块图3.1 A/D转换电路A/D转换模块使用PCF8591芯片，完成充放电电路电压的数模转换。
PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件，具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²C总线接口，其工作电压为2.5V-6V。
PCF8591的3个地址引脚A0, A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I²C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。
在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I²C总线以串行的方式进行传输。
本设计使用AIN0模拟输入口，输入充放电的电压的模电值。
3.1.2显示模块图3.2显示电路显示模块使用LCD液晶显示器。
1602字符型LCD能够同时显示16*2即32个字符(16列2行)。
芯片工作电压：4.5-5.5V。
工作电流：2.0mA(5.0V)。
1602共16个管脚，但是编程用到的主要管脚不过三个，分别为：RS(数据命令选择端),R/W（读写选择端）,E （使能信号）; RS为寄存器选择，高电平选择数据寄存器，低电平选择指令寄存器。
R/W为读写选择，高电平进行读操作，低电平进行写操作。
E端为使能端，后面和时序联系在一起。
D0~D7分别为8位双向数据线，连接单片机的P0口。
3.1.3最小单片机系统图3.3 单片机最小系统电路本模块为无线充放电模块的核心，使用AT89C52芯片和12MHZ晶振。
用作小车充电的监控和切换以及电池组的保护、监控。
3.2无线充电模块超级电容本作品的无线充电采用“磁耦合共振”这种新技术，当发射端通电时，它并不会向外发射电磁波，而只是在周围形成一个非辐射的磁场。
这个磁场用来和接收端联络，激发接收端的共振，从而以很小的消耗为代价来传输能量。
在这项技术中，磁场的强度将不过和地球磁场强度相似，不用担心这种技术会对身体和其他设备产生不良影响。
图3.5 无线充电原理图无线充电模块内部集成了振荡电路、整形电路、检测电路、频率干扰抑制电路、电流自动控制、无线功率发射电路等部分组成。
发射模块可以在5～12V电压下工作，输出为5V 500mA。
其接收端接收的功率由收发距离决定。
图3.6 无线收发模块实物超级电容就是一个用来存储无线充电能量的电池。
相对于一般的电池，超级电容具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
本作品共使用6个耐压值为2.7V的超级电容，每三个电容串联，最后把串联的电容并联。
3.3四键无线遥控控制模块无线遥控模块使用集成模块，基本技术参数如下所示：工作电压(V)： DC5V静态电流(mA)： 4.5mA工作温度：-10℃~+70℃接收灵敏度(dBm)： -105DB工作频率(MHz)：315、433.92MHz（266-433MHZ频率段可任选）工作方式：M4（点动：按住不松手就输出，一松手就停止输出）、L4（互锁：四路同时只能有一路输出）、T4（自锁：四路相互独立输出、互不影响，按一下输出再按一下停止输出）天线长度：1/4波长的天线接收效果最好，一般采用50欧姆单芯导线，天线的长度315M的约为23cm，433M的约为17cm；图3.7 无线遥控模块3.4电机驱动模块L298N驱动模块，可以直接驱动两路3-30V直流电机，并提供5V输出接口，直接给单片机电路供电，支持3VMCU控制，方便控制直流电机速度和方向。
原理图如下：图3.8 L298N电机驱动原理图模块接线方法：IN1-IN4接单片机的P04-P07的I/O接口，OUT1-OUT2接直流电机1，OUT3-OUT4接直流电机2，VCC,GND接超级电容的正负极。
5V输出直接给单片机供电。
4 软件设计4.1软件开发环境4.1.1 C语言开发环境Visual C++6.0是微软公司推出的目前使用极为广泛的基于Windows平台的可视化集成开发环境，它和Visual Basic、Visual Foxpro、Visual J++等其它软件构成了Visual Studio（又名Developer Studio）程序设计软件包。
Developer Studio是一个通用的应用程序集成开发环境，包含了一个文本编辑器、资源编辑器、工程编译工具、一个增量连接器、源代码浏览器、集成调试工具，以及一套联机文档。
使用Visual Studio，可以完成创建、调试、修改应用程序等的各种操作。
VC++6.0除了包含文本编辑器，C/C++混合编译器，连接器和调试器外，还提供了功能强大的资源编辑器和图形编辑器，利用“所见即所得”的方式完成程序界面的设计，大大减轻程序设计的劳动强度，提高程序设计的效率。
VC++的功能强大，用途广泛，不仅可以编写普通的应用程序，还能很好地进行系统软件设计及通信软件的开发。
4.1.2keil开发环境keil是基于Windows的开发平台，包含一个高效的编译器、一个项目管理器和一个MAKE 工具。
包括C编译器、宏汇编译、连接/定位器、目标代码到HEX的转换器。
以STC单片机为主芯片，用串口线即可完成程序的下载，电源采用USB口供电，更加方便携带，一台计算机足以完成程序的开发及下载工作。
普通的安装有Windows 7的计算机便可按照软件安装指示一步一步的安装keil软件。
4.1.3STC-ISP开发环境STC-ISP 是一款单片机下载编程烧录软件，是针对STC系列单片机而设计的，可下载STC89系列、12C205系列和12C5410等系列的STC单片机，使用简便，现已被广泛使用。
1）打开STC-ISP，在MCU Type栏目下选中单片机，如STC89C52RC；2)根据9针数据线连接情况选中COM端口，波特率一般保持默认；3)先确认硬件连接正确，按如图点击“打开文件”并在对话框内找到您要下载的HEX文件；4)点击“Download/下载”；5)手动按下电源开关便即可把可执行文件HEX写入到单片机内；4.2软件程序设计4.2.1时间显示设计时间显示模块，使用单片机内部定时中断器T0，工作在方式1，晶振为12MHZ，通过LCD1602液晶显示器。