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任宏宇|重庆交通大学
摘要：当今世界，无线充电无疑是一
大热门研究，生活中到处可以见到无线充电的身影。最常见的可能就是手机无线充电，手机无线充电技术现在已经非常成熟，各大手机制造商纷纷推出自己的无线充电手机，花样各异。本文主要介绍一种自行设计的无线充电小车，小车利用无线充电模块给超级电容进行充电，充电过程由51单片机进行计时，计时时间一到小车便沿着斜坡前进。
关键词：无线充电；小车；控制；爬坡；单片机
1 无线充电模块
此次无线充电小车的核心模块就是无线充电单元，考虑到自己制作成本太高而且容易出问题，最主要的是充电效率低的缘故，因此选择现成的集成线圈来作为无线充电单元的主要部件。首先选择两片型号相同大小一致的线圈。经过简单改造测试其充电效率，而用来储存能量的是法拉电容，法拉电容由于其功率较大，一次性存储电量多而成为首选。本设计储能部分采用超级电容。超级电容电池叫法拉电容。又称黄金电容，其工作原理为通过极化电解质来储能.结构属于双层电容的一种。由于其储能、放能的过程并不发生化学反应.因此这种储能过程是可逆的.因此超级电容器寿命长，正常可以反复充放电数达十万次。超级电容一般使用 活；性碳电极材料.具有吸附面积大、静电储存多的特点.因此在新能源汽车的推广中必然会被广泛使用。从储能角度上.超级电容相当于一个用来存储无线充电能量的电池。但相对于一般的电池，超级电容又具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿环保等特点。（见图1）。
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最简单的测试办法是在相同充电时间内，比较哪一次爬坡最高从而得出什么情况下无线充电效果最好。影响无线充电模块效率的因素有以下几个方面，线圈间的距离、充电功率以及充电时间。下面我们通过控制变量的方法一一说明。我们首先来确定充电功率，这么做的前提是保持线圈距离和充电时间相同，我们经过多次实验，用学生电源在维持电流不变的条件下改变其电压的大小从而改变功率的大小。多次实验的结果显示，当充电功率为5W 时其效率最高。然后对距离进行控制变量分析，分别对0.1mm 到0.5mm 之间的多
组数据进行多次实验，有一个奇怪的现象发生，在0.1mm 到0.5mm 逐步变化的过程中，充电效率是先增高后降低的。所以说并不是两个线圈离的越近越好，当他们的距离太近的时候由于两线圈边缘产生的磁场形状发生改变，磁力线并不是严格与导体垂直，故其效率反而下降。经过反复比对，最终确定了距离为0.23mm 时其效果最好。在充电时间的选择方面，严格意义上没有固定限制，时间越长当然充电越多，小车爬坡的高度也就越高。但是，法拉电容的充电量随时间是呈指数变化的，开始时候充电最快，故斜率也最大，过一段时间后充电速度慢慢降低，其曲线斜率也变得平缓，等到电量快满的时候充电速度最慢，此时曲线的斜率近似一条水平线。2 计时模块
计时模块为了简单起见，本次设计中采用51单片机编程实现，通过对C 语言程序的编写，设计不同的延时子程序，再通过在主程序中调用并执行即可得到不同的定时时间。这种通过软件延时的计时存在一定的误差，但是这个误差是微秒级别
的，不会对整个计时产生太大影响因此完全可以忽略不记。还有一种方法是通过硬件定时来实现，这个方法相对而言比较复杂，需要设计相应的硬件电路完成，虽然计时精度较软件定时高，但实际应用较少。在使用51单片机的过程中，需要自己外接相应的电路来让它工作，基本的电路有晶振电路、复位电路，并由二者构成最小系统。另外，在自己设计电路时，一定要注意单片机与继电器的配合问题，弄清楚继电器的使用原理后，自己利用电烙铁和焊锡进行连接电路，在连接过程中一定要注意焊锡的用量以及电烙铁头的温度控制，不然很有可能让电路短路从而烧坏单片机和继电器。我们一般使用的继电器为电磁型继电器，这种继电器的优点是使用简单、结构原理容易理解，适用范围广泛。值得注意的是，继电器有多个引脚，用之前最好自己使用万用表进行测试，看一下哪几个引脚之间是导通的以及哪几个是通电后才导通的。总思路是先由单片机开始计时，时间计满后，给继电器通电，使其电路发生变化，从而不再继续对电容进行充电。
3 伺服电机
驱动小车前进的是直流伺服电机，为了减少摩擦和损耗，将减速齿轮去掉，直接通过电机来驱动轮轴上的大齿轮。直流伺服电机的个数也由原来的两个减少为一个，只用一个电机来驱动同轴的两个轮子前进。
4 小车整体设计
为了让小车整体重量降低，本设计将不必要的元件去除，只留下车身主干及配重。车身上只装备有充电线圈、法拉电容、直流伺服电机和外加配重。配重的选择非常有必要，因为小车在爬坡过程中如果重心不稳的话后轮也就是驱动轮没有足够的摩擦力来推动小车前行，只会是小车原地不动甚至下滑。我们多次尝试配重的位置，发现只有配重在车身前面时候才可以稳步前行。这样一来，小车的重心可以均衡，不管是后轮还是前轮都不会打滑。
另外为了让小车轮子的摩擦力增大，我们尝试了各种方法，包括加大轮子的直径、减小轮子的直径、加大轮子的有效宽度以及在轮子上加橡胶套等。最终，我们的爬坡小车基本形成。（见图2）。5 总结福特新福克斯报价
无线充电作为现如今的热门之一，受到许多大型公司和企业的重视，并纷纷在这个领域展开研究，希望能够推出更加高
效更加便捷的产品。本文利用简单的实验，
（下转第217页）
图1 法拉电容实物图
图2 实物图捷达suv新款vs7
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