摘  要： 隨著科技不斷進(jìn)步，個(gè)人擁有的充電設(shè)備越來(lái)越多，便攜式設(shè)備的充電問(wèn)題也逐漸呈現(xiàn)各種弊端。智能無(wú)線(xiàn)充電器不僅具備基本無(wú)線(xiàn)充電器利用電磁感應(yīng)進(jìn)行充電的功能，而且其發(fā)送端能自動(dòng)識(shí)別接收端需要的電壓和電流。無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)由子陣充電電感、子陣激活識(shí)別電感和識(shí)別用戶(hù)低壓電感三部分組成。整個(gè)無(wú)線(xiàn)充電過(guò)程采用全自動(dòng)智能識(shí)別，無(wú)需人工干預(yù)，自動(dòng)進(jìn)行充電要求匹配，使得充電過(guò)程更靈活、安全，更適用于日常生活中小功率設(shè)備。

　　關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)；無(wú)線(xiàn)充電；交互式；智能

0 引言

　　生活中常常發(fā)生手機(jī)充電不及時(shí)而關(guān)機(jī)的尷尬，加上各種類(lèi)型手機(jī)充電設(shè)備接口不盡相同、手機(jī)電池需要的充電標(biāo)準(zhǔn)不同而無(wú)法通用；還有一些用戶(hù)手機(jī)用久了USB接口多次拔插接觸不良而只能拔出電池來(lái)充電。除了手機(jī)，還有很多像擴(kuò)音器、電動(dòng)牙刷、電動(dòng)剃須刀、無(wú)線(xiàn)電話(huà)等充電移動(dòng)設(shè)備同樣面臨著以上兩個(gè)問(wèn)題。本文旨在研發(fā)一種可以隨時(shí)隨地方便進(jìn)行充電，且能自動(dòng)識(shí)別設(shè)備用電標(biāo)準(zhǔn)而進(jìn)行充電的無(wú)線(xiàn)充電設(shè)備?，F(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)充電標(biāo)準(zhǔn)均是專(zhuān)用設(shè)備，不具有通用性，同類(lèi)型號(hào)設(shè)備充電器和充電模塊是成對(duì)匹配出現(xiàn)的，從而限制了其他類(lèi)設(shè)備的使用，本研究意在通用及智能判斷。

1 無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)概述

　　1.1 無(wú)線(xiàn)充電原理和當(dāng)前現(xiàn)狀

　　目前無(wú)線(xiàn)充電主要可以采用電磁感應(yīng)、磁場(chǎng)共振和電波輻射三種方法完成。電磁感應(yīng)方式理論基礎(chǔ)較為完備，相對(duì)較為簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)充電的電路結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，成本相比于其他兩種方式要偏低，但其供電距離有限，對(duì)位置、工藝等有較大的依賴(lài)；磁場(chǎng)共振方式理論上傳輸效率較高，距離比電磁感應(yīng)增加，但調(diào)試難度和成本也相應(yīng)較高，不容易實(shí)現(xiàn)；電波輻射方式理論上傳輸功率和距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前兩種方式，但是要實(shí)現(xiàn)這種大功率的傳輸，技術(shù)要求和成本也相應(yīng)增加[1]。本文結(jié)合無(wú)線(xiàn)充電應(yīng)用設(shè)備的特點(diǎn)，采用基于電磁感應(yīng)原理的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)[2]，電流流過(guò)線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，靠近該磁場(chǎng)的線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生電流，充電原理如圖1所示。

　　固定的無(wú)線(xiàn)充電器設(shè)有兩端，一個(gè)發(fā)送端一個(gè)接收端[3]，在發(fā)送和接收端各有一個(gè)線(xiàn)圈，發(fā)送端線(xiàn)圈連接有線(xiàn)電源產(chǎn)生電磁信號(hào)，接收端線(xiàn)圈感應(yīng)發(fā)送端的電磁信號(hào)從而產(chǎn)生電流給電池充電。智能無(wú)線(xiàn)充電器也設(shè)有兩端，同樣是一個(gè)發(fā)送端一個(gè)接收端，但是發(fā)送端能自動(dòng)識(shí)別接收端需要的電壓和電流，從而具有智能性、便捷性和通用性[4]。

　　目前已有的無(wú)線(xiàn)充電器和被充電設(shè)備均使用單個(gè)線(xiàn)圈，充電器的輸出電壓和電流是固定的，被充電設(shè)備的輸入電壓和電流也是固定的，此時(shí)無(wú)線(xiàn)充電設(shè)備不存在通用性，均是專(zhuān)用的。

　　1.2 智能多子陣無(wú)線(xiàn)充電模塊設(shè)計(jì)原理

　　一個(gè)子陣主要是由一個(gè)充電電感構(gòu)成；多子陣是由多個(gè)子陣按一定方陣構(gòu)成；無(wú)線(xiàn)充電器和被充電模塊均由多個(gè)子陣按一定方陣構(gòu)成，例如無(wú)線(xiàn)充電器/被充電模塊原理圖如圖2所示。

　　1.3 無(wú)線(xiàn)充電器/被充電模塊的構(gòu)成

　　如圖2所示，無(wú)線(xiàn)充電器/被充電模塊由三部分組成：子陣充電電感、子陣激活識(shí)別電感和識(shí)別用戶(hù)低壓電感[5]。

　　（1）子陣充電電感主要用于向被充電設(shè)備充電，其輸出固定的電壓b3和電流a3；多個(gè)子陣間通過(guò)串聯(lián)和并聯(lián)電路組合成被充電設(shè)備需要的電壓b2和電流a2或者默認(rèn)輸出5 V、500 mA。

　?。?）子陣激活識(shí)別電感用于識(shí)別并開(kāi)啟充電器的充電子陣電感。每個(gè)子陣中設(shè)計(jì)4個(gè)識(shí)別電感，一旦充電器中大于等于3個(gè)子陣激活識(shí)別電感互相對(duì)正，則激活該子陣充電電感；一部分子陣激活識(shí)別電感的電壓和電流是固定的，電壓b4=10 mV和電流a4=10 mA均非常小，一部分子陣激活識(shí)別電感的電壓和電流大點(diǎn)，電壓b5=0.5 V，電流a5=200 mA。兩種子陣是為了用最少的子陣數(shù)適應(yīng)接收端電壓和電流。

　?。?）識(shí)別用戶(hù)低壓電感用于被充電設(shè)備向充電器發(fā)送配置消息。被充電設(shè)備的識(shí)別用戶(hù)低壓電感輸出的電壓b1和電流a1是固定的，充電器收到后則識(shí)別出被充電設(shè)備的充電電壓和電流需求，從而調(diào)整整個(gè)充電器總輸出電壓和電流，表1為識(shí)別用戶(hù)低壓電感配置匹配表。

2 智能無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)工作原理

　　本文在設(shè)計(jì)智能無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)時(shí)，采用電感進(jìn)行配置信息匹配，充電器和被充電器間可以互相通信，充電子陣獨(dú)立控制，電感可以被激活和去激活[6]。

　　智能無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)采用全自動(dòng)智能識(shí)別，無(wú)需人工干預(yù)，自動(dòng)進(jìn)行充電要求匹配。按照系統(tǒng)不同的工作狀態(tài)給予不同的系統(tǒng)狀態(tài)指示：

　　（1）充電指示燈：不亮——充電器未工作；綠色——充電器工作。

　　（2）工作狀態(tài)指示燈：不亮——充電器未工作；黃色閃爍——默認(rèn)電壓5 V和電流500 mA輸出；黃色常亮——設(shè)備被識(shí)別但是未對(duì)正充電器和被充電設(shè)備；綠色——按照被識(shí)別設(shè)備電壓和電流需求輸出；藍(lán)色閃爍——正在識(shí)別被充電設(shè)備充電標(biāo)準(zhǔn)。

　?。?）電感激活和去激活：在電感電路中增加開(kāi)關(guān)電路串接大阻值電阻成功則電感去激活[7]；開(kāi)關(guān)電路將串聯(lián)電阻去除則是激活狀態(tài)。

　　2.1 被充電設(shè)備電量大于5%的系統(tǒng)工作原理

　　當(dāng)被充電設(shè)備仍然保有5%及以上電力的情況下，其有能力識(shí)別用戶(hù)低壓電感[8]，此時(shí)充電器可以通過(guò)識(shí)別收到的電壓和電流從而識(shí)別出需要的總輸出電壓和電流，然后綜合已經(jīng)對(duì)正的充電子陣進(jìn)行串并聯(lián)調(diào)整，從而輸出被充電設(shè)備需要的輸出電壓和電流，充電流程如圖3所示。

　　2.2 被充電設(shè)備電量低于5%的系統(tǒng)工作原理

　　當(dāng)被充電設(shè)備電力低于5%或者關(guān)機(jī)狀態(tài)下，充電器優(yōu)先使用默認(rèn)輸出電壓5 V和電流500 mA對(duì)其進(jìn)行充電。當(dāng)被充電設(shè)備電力大于等于5%時(shí)啟動(dòng)識(shí)別和調(diào)整過(guò)程，后續(xù)流程同2.1所述。流程圖如圖4所示。

3 結(jié)論

　　本文所設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)充電器可以智能識(shí)別被充電設(shè)備的充電電壓和電流，從而控制所有子陣的輸出，充電子陣間采用并聯(lián)或者串聯(lián)后組成被充電設(shè)備的需求電流和電壓，充電器和被充電設(shè)備硬件架構(gòu)相同，充電器可以容納多個(gè)子陣，則可以對(duì)多個(gè)被充電設(shè)備進(jìn)行充電。本研究基于電感原理，輻射小而且具有安全、可靠、靈活、通用等特點(diǎn)，可以用于智能手機(jī)等小電器的充電，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

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