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非接触供电的LED照明系统

摘要
本系统由能量发送模块和LED照明模块组成。LED照明模块包括一个带能量接收单元和五个LED灯，LED照明模块不外加任何电源，它的供电来自能量发送模块，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，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。用STC51单片机进行功耗检测。具有电路简单，实用便捷，识别距离远等特点。

Abstract
This system consists of energy to send module and LED lighting modules. LED lighting module includes a band energy receiving unit and five LED lights, LED lighting, plus any power module not only from its power supply module, sending two modules energy between a conductor connection, no electricity transmission through induction coils, send by energy transfer to wirelessly with module LED lighting module, the medium for air between the coil. Among them, the energy by sending unit 12V supply dc. With the simple circuit, practical, identification of distance etc. Characteristics.

一． 系统总体方案与组成框图
系统框图如图1所示。

能量发送模块

LED照明模块
直流稳压电源

图1 无线供电的LED照明系统构成框图
1.发射与接收电路框图

图2 发射电路 图3 接收电路
发射电路包括振荡电路、高频谐振放大器，单片机检测电路，LCD显示电路。
①工作频率的选择：一般可分为低、中、高频的工作频率一般在一百到几百百千赫兹，中频的工作频率为几到十几兆赫兹，高频段打几百兆赫兹甚至更高。高频段有利于远距离传输，但制作的难度较大。低频段仅适合于近距离系统，要求线圈电路电感量高，达到毫亨级，中频段适合于几厘米到一米作用距离，范围属耦合系统，而题目所指定的线圈其电感量测得的结果在10uH左右，正好适用于该频段，故本系统适用中频段工作，选择较低的12MHz工作频率制作，调试较为方便。
②振荡电路可以采用电容、电感的振荡特性来设计，也可加入晶振来简单获得载波信号。我们使用12MHZ无源晶振，通过高频放大器，从而获得更高的发射能量，提高发射距离。
③发射机功率控制：由于控制的对象是五盏白色发光二极管，其中亮度四级可调，因此可以通过用四个的开关来控制与功率管发射极的并联的电阻通断，因此每个开关的接通就代表灯进入到相应的等级。
接收电路里面主要有：天线，整流电路，LED输出等几部分组成。
接收机整流电路的选择：采用桥式整流电路，四个二极管两两并联后对接入输出电压分别进行正负电压整流，在输出时候获得了正负输出的两次的整流电压。

二． 理论分析与计算
1．耦合线圈匹配理论
采用线圈与可变电容组成并联谐振回路，测试得线圈电感为11uH,可变电容容量为5~25PF，谐振频率：
可得谐振频率为：21MHZ到9MHZ之间。
对回路进行谐振频率测量得到谐振频率为12.4MHZ。
因而，发射电路部分采用12MHZ晶振产生接近与谐振频率的能源载波频率。同理接收电路部分天线与电容也调谐在12MHZ。
2.谐振放大器电感的调整与电容的选择
同1
三． 电路与程序设计
1．图4是12MHZ发射机电路原理图，发射机的频率由晶振BC来决定。由于晶体振荡器的频率稳定度不会低于1/1000000，这个指标对电路有较高的稳定度。本电路晶振频率选用12MHZ。

图4
2． 图5是功耗显示与检测模块，从发射机电路原理图VOLT的二个管脚输出信号接入到功率检测与显示模块的VOLT的二个管脚。对该信号用ADC0832采集电压信号并进行模数转换，转换成相应的数字信号，再把数字信号输入到STC51单片机里面，进而通过计算公式测得功率并显示出来。

图5
3． 图6为接收器电路，它是一个频率调谐在12MHz的LC网络。其中包含一个线圈和一只与线圈并联的24pF可变电容以及四只高频二极管1N60组成一个全桥整流器，对RF功率作整流。整流效率大约为50%。要达到3.3V输出电压，线圈脚上需要峰峰值为9V的交流电压。带有5V齐纳二极管的并联稳压器提供大于5V的电压箝位，以避免功率水平随距离而变化。最后，全桥整流器后的一个1nF电容用于电源去耦。两个线圈天线是在的圆形罐头上，用1mm漆包线绕八匝绕成的。
　　如果应用需要更长的距离，可以将电源增加到15V，从而在发射线圈中得到更大的电压摆幅，这得归功于振荡器设计采用的CMOS技术。另外，为发射器和接收器两端设计较大线圈的天线也有助于增加工作距离。

程序流程图：
图6
LCD1602液晶初始化
延时5秒硬件反应时间
显示功率说明
是否断电
A/D转换
计算功率
结束
是
显示功率
延时
否

四．测试方案与测试结果
1．耦合线圈电感量大小与谐振频率
测试方法：直接用LC METER测耦合线圈电感量，用扫频仪测试耦合线圈并联一电容后的谐振频率。
测试数据：（见表1）

测试项目
测试仪器
测试结果
耦合线圈电感量
宽频LCR数字电桥
11.0μH
谐振频率
宽频扫频仪
12.4MHZ

表1耦合 线圈电感量大小与谐振频率
测试结果分析：谐振频率为12.4MHZ，因而采用载波频率为12MHZ，可微调电容实现谐振。
2．整机调试与测试
1．识别距离测试
测试方法：发射电路接上12v电源，接收电路线圈与发射线圈齐高，移动距离，测量接收电路电源两端电流。
测试结果：（见表2）
测试次数
识别距离（cm）
电流（MA）
1
1
5
2
3
0.8

表2距离测试结果

2．识别电压测量
测试结果：（见表3）
测试次数
供电电压U（V）
距离
电压 （V）
1
12.00
10mm
6.8
2
12.00
30mm
6.6
3
12.00
40
4.3

参考文献
[1] 谢嘉奎.电子线路.北京：高等教育出版社，1999.6
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[3] 陈亮,无线射频识别IC卡数字模块的研究和设计.暨南大学学报，2006,6
[4] 游战清.无线射频识别技术（RFID）理论与应用.北京：电子工业出版社,2004,10
[5] 彭伟.单片机C语言程序设计实训100例.北京.电子工业出版社，2009.6

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