非接触供电的LED照明系统报告.doc

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1、E题：非接触供电的LED照明系统非接触供电的LED照明系统摘要：本系统为非接触供电的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（每个LED的平均电流为10mA），LED照明模块没有外加任何电源，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，（两感应线圈内径一样，感应线圈直径6.6cm左右），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。通过对LED灯光强的检测并将数据反馈给能量发

2、送模块，可控制发射模块的功率。LED灯也有多级光照强度控制。关键词：非接触无线供电LED照明一、方案论证与比较1，整体方案选择：该方案的非接触供电的LED照明系统由振荡电路，缓冲级，功率放大电路，单片机控制电路（包括51最小系统、LCD显示、数字电位器和继电器），能量传输电路，，LED照明部分，光强检测与反馈部分组成。整体电路如图：功率放大电路数字电位器信号接收电路整流电路LED照明电路光强检测电路信号发射电路单片机最小系统功率显示缓冲级继电器振荡电路2，振荡电路方案的选择方案一：采用LC谐振回路产生所需的频率。优点是可以产生任意所需载波，

3、缺点是频率稳定度比较低。方案二：采用有源晶振。有源晶振只要加上电源就可以产生频率稳定的载波。优点是电路简单，频率稳定。缺点就是不能产生任意频率的载波。方案论证：本题目对频率没有具体要求，而且无需产生多个频率，所以采用方案一。3,功率放大电路方案的选择方案一，采用集成芯片。现有许多高频大功率的集成放大器(如AD815)可以用来设计高频功放。集成功放具有稳定度高，需要调整的参数少的特点，缺点是效率较低（集成功放一般采用线性放大），不满足系统对功耗及传输距离的要求。方案二，采用分立元件的功率放大器。采用分立元件的高频电路受分布参数影响大，而且不易

4、调整，但其电路结构比较灵活，对应于不同要求的信号，可以设计不同结构的放大器以获得最大的效率，而且输出功率可以设计的较大，价格也相对低廉。采用功放管2SC1971，前级的缓冲级，一是控制能量发射模块的增益，二是给2SC1971提供足够的驱动功率。方案论证：本题目要求不能采用专用芯片和模块。能量发射模块功率上限为5W，需要较大功率的功放管，2SC1971可满足该级功率放大的要求，故选用方案二。4，整流电路方案的选择：整流电路有半波整流、全波整流、桥式整流。半波整流电路最为简单，但是性能较全波整流和桥式整流不好。桥式整流电路与全波整流电路相比，前

5、者电源变压器五中心抽头，结构简单，且伏安容量小。综此比较，整流电路选择桥式整流电路。5，光强信息发射电路和接受电路方案的选择方案一，发射部分采用ASK，主要通过一个模拟开关来实现，由芯片的数据输出口控制模拟开关通断，实现对载频的调制。接收部分采用包络检波法，优点是电路结构简单，方便调试。缺点是灵敏度及线性度不够高。方案二，发射部分采用FSK调制，用调频发射机发射信号方波，接收部分采用单失谐回路斜率鉴频器。电路较为复杂，但是解调效率高。方案三，发射部分直接用有源晶振产生振荡信号发射出去，接收部分通过包络检波送到单片机处理。方案论证，鉴于题目中

6、要求LED照明部分的能量接收和信号发射共用一个线圈，为了防止干扰，且减少电路复杂程度率，采用方案三。二、理论分析与计算1，振荡电路采用8M晶振，其工作电压一般为5V，所用单片机也是工作在5V。所以12V电源加进来后经过7805稳压管提供稳定的5V电源。2，功率放大级。前级采用甲类谐振放大电路作为缓冲级，控制发射极电阻RE可控制整个发射模块的总增益，实现控制LED的亮度。2SC1971需要0.6W的驱动功率，缓冲级的功率不能太小。谐振功放的谐振回路必须谐振在工作频率上输出的幅度才能达到最大。谐振回路的电感为直接绕制的中周，缓冲级和功率放大级各

7、需一个中周，经实测电感量均为3.44uh，，算得谐振回路所需电容大概为116.41uf，。因此在电路中用一个100pf的瓷介电容和5~30pf的可调电容并联。在设计射频放大电路的工作中，还有一个问题就是输入输出阻抗匹配的问题，而匹配网络的设计是解决问题的关键。匹配网络一般有L型匹配网络、T型匹配网络和Π型匹配网络（具体详见《电子线路非线性部分（第四版）》），其中Π型匹配网络可看作由两个L型网络串接而成，实践中使用这种匹配网络很多。3，功率计算：整个能量发射模块的功率P=U*I,U为电路的电源电压VCC，即12V，I为电路的总电流。本系统中，

8、在电源端口旁串接一个0.1欧姆5瓦的电阻，通过测试其上的压降，可计算得总电流，送到单片机计算并显示总功率。三、电路与程序设计1，振荡电路：采用有源晶振，具体图形详见附录一。2，功