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摘要：本文阐述了一种无线充电爬坡小车设计分析，本设计主要包括stm32嵌入式控制模块，电机驱动模块、无线充电模块、传感器采集模块、超级法拉电容模块、电源转化模块等。本设计的创新在于小车上不采用电池等其他储能供电器件，电动车使用适当容量超级电容（法拉电容）储能，经DC-DC变换给电动车供电。在规定的时间内完成充电，测试电动小车能达到最大的距离，及上坡的高度。本设计自动化程度高，大大提高了能源转化效率，线充电电动小车有广泛的应用价值，节能环保。
关键词：无线充电小车；嵌入式；法拉电容
中图分类号：G 文献标识码：A
随着经济的发展，人们生活水平的提高，充电电动车普遍用于日常生交通出行。传统的电动车大多使用有线充电，而这种充电方式存在诸多缺点，体现在时间长、充电效率低、充电不方便等问题。本智能无线充电小车设计，功能多，智能化程度高，是数字电子技术领域51单片机应用技术与传感器技术的一种创新，重点体现在电路功能设计方面，具体表现在无线充的功能上。具体设计如下：
一、设计任务要求
设计并制作一个无线充电电动车，包括无线充电装置一套。外形尺寸不大于30cm 26cm，高度重量不限。功能要求如下：
（1）制作一套无线充电装置，其发射器线圈放置在路面。发射器采用具有恒流恒压模式自动切换的直流稳压电源供电，供电电压为5V，供电电流不大于1A。无线充电接收器安装在小车底盘上。每次充电时间限定1分钟。
（2）制作一个无线充电电动车。电动车使用适当容量超级电容（法拉电容）储能，经DC-DC变换给电动车供电。车上不得采用电池等其他储能供电器件。
（3）充电1分钟后，当电动车检测到无线充电发射器停止充电时，立即自行启动，向前水平直线行驶，直至能量耗尽，行驶距离不小于1m。
（4）充电1分钟后，电动车沿倾斜木工板路面直线爬坡行驶，路面长度不大于1m，斜坡倾斜角度θ自定。综合多方因素设计，使电动车在每次充电1分钟后，电动车爬升高度h=lsinθ最大。式中l为小车直线行驶的距离。
二、硬件电路总体设计
本设计的硬件电路包括无线充电装置和电动小车两部分。无线充电装置电路由直流电源、无线充电发送模块、stm32嵌入式控制模块、显示与按键模块构成；而电动小车由接收线圈、无线充电接收模块、DC-DC转换模块、stm32嵌入式控制模块、直流电机、超级电容组成。
1.无线充电装置设计
无线充电装置的功能通过直流电源供电给无线充电发送模块，电能再通过发送线圈无线发送给接收电路，按任务按要求给电动小车充电。stm32嵌入式模块电路则控制无线充电发送模块供电时间、供电电压、电流，实现具有恒流恒压模式自动切换的直流稳压电源供电。过程的状态信息则通过液晶显示屏显示。
2.无线充电发送模块设计
无线充电发送模块原分为主控部分和驱动以及检测电路2部分。主控电路如图2所示，调试主控IC时请注意一下几点：（1）原理图上RTC1（热敏电阻）应尽量靠近外壳表面（可以更加真实的检查出产品整体的温度）；（2）主控IC周围电容器应该尽量靠近主IC，注意主IC散热。（3）预留IC烧录程序接触点。
驱动以及检测电路如图3所示，调试驱动电路时请注意一下几点：（1）原理图R13为采样电阻，采样线尽量靠近采样电阻，减少电路板上铜线内阻引起的误差，如果采样线引入LM358过长，可以增加C17提高精度。（2）此部分包括FOD功能，FOD又名异物检测，功能是指无线充电过程中功率损耗过大而保护报警，从而避免过热带来的隐患，接收电流大，如果效率低，发热会很严重。
3.电动小车设计
电动小车的功能主要通过无线充电接收模块充电，实现自动直线行走及直线爬坡行驶。stm32嵌入式模块检测充电结束后控制充电直流电机，实现小车任务。
3.1电机驱动电路
本设计采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相應频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。L298N的5、7、10、12四个引脚接到stm32单片机上，通过对单片机的编程就可以实现两个直流电机的PWM调速以及正反转等功能。
3.2无线充电接收模块
无线充电接收电路安装在小车上，对无线发送电路发送过来的能量进行接收，并DC-DC转换模块升压后存放在法拉电容上存储。
3.3 DC-DC转换模
DCM是一个隔离式、稳压DC-DC转换器，可在未稳压宽范围输入运行，以产生隔离输出。凭借其高频零电压开关（ZVS）拓扑结构，DCM转换器一直致力于为整个输入电压范围提供高效率。模块DCM转换器和下游DC-DC产品支持高效配电，为未稳压电源到负载点提供卓越的电源系统性能和连接性。
三、电路测试操作
3.1水平直线行驶
把小车水平放置在无线充电装置的发送线圈上，接通电源，stm32嵌入式控制模块工作，按下按键1选择充电模式，按下按键2启动充电并开始计时，同时液晶显示屏上显示充电计时的时间、充电电压、充电模式等信息。充电60秒后，无线充电发送模块电路停止工作。同时小车上的stm32嵌入式控制模块检测到接收线圈无充电电流后，控制直流电机启动，实现水平直线行驶。
经过测试，充电小车水平直线行驶距离远远超过1米的任务要求，最远距离达到了8米，效果较理想。
3.2爬坡直线行驶
爬坡直线行驶操作与水平直线行操作类似，不同之处需要把小车放置在斜坡上面的无线充电装置的发送线圈上，并调整好斜坡的角度。
经过测试，充电小车直线爬坡行驶距离超过1米的任务要求，最大爬坡角度达到了55度，效果较理想。
作者简介：黎有好（1983-），男，汉族，广西南宁人，研究生学历，广西理工职业技术学院电气自动化专业讲师，研究方向为自动控制技术、电子信息技术、传感器技术。
【基金项目】2018年度广西壮族自治区中青年教师基础能力提升项目课题“糖厂离心泵巡检机器人的研制与开发”（课题立项号：2018KY1230）
（作者单位：广西理工职业技术学院）
关键词：无线充电小车；嵌入式；法拉电容
中图分类号：G 文献标识码：A
随着经济的发展，人们生活水平的提高，充电电动车普遍用于日常生交通出行。传统的电动车大多使用有线充电，而这种充电方式存在诸多缺点，体现在时间长、充电效率低、充电不方便等问题。本智能无线充电小车设计，功能多，智能化程度高，是数字电子技术领域51单片机应用技术与传感器技术的一种创新，重点体现在电路功能设计方面，具体表现在无线充的功能上。具体设计如下：
一、设计任务要求
设计并制作一个无线充电电动车，包括无线充电装置一套。外形尺寸不大于30cm 26cm，高度重量不限。功能要求如下：
（1）制作一套无线充电装置，其发射器线圈放置在路面。发射器采用具有恒流恒压模式自动切换的直流稳压电源供电，供电电压为5V，供电电流不大于1A。无线充电接收器安装在小车底盘上。每次充电时间限定1分钟。
（2）制作一个无线充电电动车。电动车使用适当容量超级电容（法拉电容）储能，经DC-DC变换给电动车供电。车上不得采用电池等其他储能供电器件。
（3）充电1分钟后，当电动车检测到无线充电发射器停止充电时，立即自行启动，向前水平直线行驶，直至能量耗尽，行驶距离不小于1m。
（4）充电1分钟后，电动车沿倾斜木工板路面直线爬坡行驶，路面长度不大于1m，斜坡倾斜角度θ自定。综合多方因素设计，使电动车在每次充电1分钟后，电动车爬升高度h=lsinθ最大。式中l为小车直线行驶的距离。
二、硬件电路总体设计
本设计的硬件电路包括无线充电装置和电动小车两部分。无线充电装置电路由直流电源、无线充电发送模块、stm32嵌入式控制模块、显示与按键模块构成；而电动小车由接收线圈、无线充电接收模块、DC-DC转换模块、stm32嵌入式控制模块、直流电机、超级电容组成。
1.无线充电装置设计
无线充电装置的功能通过直流电源供电给无线充电发送模块，电能再通过发送线圈无线发送给接收电路，按任务按要求给电动小车充电。stm32嵌入式模块电路则控制无线充电发送模块供电时间、供电电压、电流，实现具有恒流恒压模式自动切换的直流稳压电源供电。过程的状态信息则通过液晶显示屏显示。
2.无线充电发送模块设计
无线充电发送模块原分为主控部分和驱动以及检测电路2部分。主控电路如图2所示，调试主控IC时请注意一下几点：（1）原理图上RTC1（热敏电阻）应尽量靠近外壳表面（可以更加真实的检查出产品整体的温度）；（2）主控IC周围电容器应该尽量靠近主IC，注意主IC散热。（3）预留IC烧录程序接触点。
驱动以及检测电路如图3所示，调试驱动电路时请注意一下几点：（1）原理图R13为采样电阻，采样线尽量靠近采样电阻，减少电路板上铜线内阻引起的误差，如果采样线引入LM358过长，可以增加C17提高精度。（2）此部分包括FOD功能，FOD又名异物检测，功能是指无线充电过程中功率损耗过大而保护报警，从而避免过热带来的隐患，接收电流大，如果效率低，发热会很严重。
3.电动小车设计
电动小车的功能主要通过无线充电接收模块充电，实现自动直线行走及直线爬坡行驶。stm32嵌入式模块检测充电结束后控制充电直流电机，实现小车任务。
3.1电机驱动电路
本设计采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相應频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。L298N的5、7、10、12四个引脚接到stm32单片机上，通过对单片机的编程就可以实现两个直流电机的PWM调速以及正反转等功能。
3.2无线充电接收模块
无线充电接收电路安装在小车上，对无线发送电路发送过来的能量进行接收，并DC-DC转换模块升压后存放在法拉电容上存储。
3.3 DC-DC转换模
DCM是一个隔离式、稳压DC-DC转换器，可在未稳压宽范围输入运行，以产生隔离输出。凭借其高频零电压开关（ZVS）拓扑结构，DCM转换器一直致力于为整个输入电压范围提供高效率。模块DCM转换器和下游DC-DC产品支持高效配电，为未稳压电源到负载点提供卓越的电源系统性能和连接性。
三、电路测试操作
3.1水平直线行驶
把小车水平放置在无线充电装置的发送线圈上，接通电源，stm32嵌入式控制模块工作，按下按键1选择充电模式，按下按键2启动充电并开始计时，同时液晶显示屏上显示充电计时的时间、充电电压、充电模式等信息。充电60秒后，无线充电发送模块电路停止工作。同时小车上的stm32嵌入式控制模块检测到接收线圈无充电电流后，控制直流电机启动，实现水平直线行驶。
经过测试，充电小车水平直线行驶距离远远超过1米的任务要求，最远距离达到了8米，效果较理想。
3.2爬坡直线行驶
爬坡直线行驶操作与水平直线行操作类似，不同之处需要把小车放置在斜坡上面的无线充电装置的发送线圈上，并调整好斜坡的角度。
经过测试，充电小车直线爬坡行驶距离超过1米的任务要求，最大爬坡角度达到了55度，效果较理想。
作者简介：黎有好（1983-），男，汉族，广西南宁人，研究生学历，广西理工职业技术学院电气自动化专业讲师，研究方向为自动控制技术、电子信息技术、传感器技术。
【基金项目】2018年度广西壮族自治区中青年教师基础能力提升项目课题“糖厂离心泵巡检机器人的研制与开发”（课题立项号：2018KY1230）
（作者单位：广西理工职业技术学院）