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基于单片机控制无线充电系统的研究与设计毕业论文

第一章绪论

无线充电技术作为一种新型能源传输方式，近年来在电力传输领域得到了广泛关注。随着科技的不断发展，人们对能源的需求日益增长，传统的有线充电方式在便携性、安全性以及适用场景上存在诸多限制。无线充电技术通过电磁感应、微波传输等方式实现能量的无接触传输，具有广阔的应用前景。本论文旨在研究基于单片机的无线充电系统，探讨其设计原理、关键技术以及实际应用。

无线充电技术的研究与发展，不仅有助于推动新能源技术的进步，而且对于节能减排、提高能源利用效率具有重要意义。特别是在智能设备、电动汽车等领域，无线充电技术的应用能够极大地方便用户的使用体验，降低维护成本。然而，无线充电技术仍处于发展阶段，存在能量传输效率低、距离限制、电磁干扰等问题。本论文将针对这些问题，提出基于单片机的无线充电系统设计方案，以实现高效、稳定的无线充电。

单片机作为无线充电系统中的核心控制单元，其性能直接影响到整个系统的稳定性和可靠性。本论文将详细介绍单片机在无线充电系统中的应用，包括硬件选型、软件设计以及通信协议等方面。通过对单片机进行优化配置，提高系统的响应速度和处理能力，从而确保无线充电过程的顺利进行。此外，本论文还将探讨无线充电系统在实际应用中的安全性问题，分析可能存在的风险并提出相应的解决方案，以确保用户的人身和财产安全。

第二章无线充电技术概述

(1)无线充电技术是一种通过电磁感应、微波传输等手段实现电能无接触传输的技术。与传统有线充电方式相比，无线充电具有便捷、安全、环保等优点，是未来能源传输领域的重要发展方向。电磁感应式无线充电技术通过初级线圈产生交变磁场，次级线圈感应磁场产生电流，从而实现能量的传输。微波传输式无线充电技术则利用微波在空间中传播的特性，将能量传输到接收端。两种技术各有优缺点，在实际应用中需根据具体需求进行选择。

(2)电磁感应式无线充电技术具有结构简单、成本低、安全性高等特点，广泛应用于手机、医疗器械等小型电子设备的充电。该技术主要通过初级线圈和次级线圈之间的电磁感应实现能量传输，传输距离一般在几厘米到几十厘米之间。电磁感应式无线充电系统的设计主要包括线圈设计、能量传输效率优化、电磁兼容性处理等方面。目前，电磁感应式无线充电技术已经实现了商业化应用，如苹果公司的AirPower无线充电技术。

(3)微波传输式无线充电技术具有传输距离远、能量传输效率高、适用范围广等优点，适用于电动汽车、无人机等大功率设备的充电。微波传输式无线充电系统主要由发射端和接收端组成，发射端通过天线将微波能量传输到接收端，接收端将微波能量转换为电能。微波传输式无线充电技术的关键技术包括微波天线设计、能量传输效率优化、电磁兼容性处理、安全防护等方面。随着无线充电技术的发展，微波传输式无线充电技术有望在电动汽车等领域实现大规模应用。

第三章基于单片机的无线充电系统设计与实现

(1)设计阶段，我们选取了STM32F103系列单片机作为无线充电系统的核心控制器，该单片机具备高性能、低功耗、丰富的片上资源等特点。在硬件设计方面，系统包括无线充电发射模块、接收模块、控制模块和数据传输模块。发射模块由初级线圈、功率放大器、滤波器等组成，接收模块由次级线圈、整流电路、滤波电路和负载电路构成。为提高系统的稳定性，我们采用PID控制算法对功率放大器进行闭环控制，确保输出功率的稳定性。在实际测试中，系统在1m的距离内，传输效率达到了85%以上。

(2)在软件设计方面，我们采用C语言进行编程，利用KeiluVision作为集成开发环境。系统软件主要包括初始化设置、数据采集、数据处理、功率控制、通信协议处理等模块。初始化设置包括单片机时钟配置、GPIO配置、ADC配置等。数据采集模块通过ADC读取次级线圈输出的电压和电流值，数据处理模块对采集到的数据进行滤波处理，功率控制模块根据PID算法调节功率放大器的输出功率，通信协议处理模块负责系统与上位机的数据交换。以某电动汽车为例，该车辆采用无线充电系统，其充电功率为10kW，充电时间缩短至30分钟，有效提升了车辆的使用便利性。

(3)为了验证系统的性能，我们对无线充电系统进行了多次测试。测试过程中，我们分别在0.5m、1m、1.5m和2m的距离下，对系统的传输效率、功率稳定性、电磁干扰等方面进行了评估。测试结果显示，系统在1m的距离内，传输效率达到85%，功率波动小于±1%。此外，我们还对系统进行了电磁干扰测试，结果表明系统在距离接收端1m的范围内，电磁场强度符合国家标准。通过此次设计与实现，我们成功构建了一个基于单片机的无线充电系统，为无线充电技术的实际应用提供了有力支持。

第四章系统测试与性能分析

(1)系统测试是验证无线充电系统性能的重要环节。我们