1. 研究目的与意义（文献综述）

目前供电现状，供电网，高压线已经遍布全球的各个角落，越来越多的电器给我们的生活带来了极大的便利，不知不觉中，“理不清”的电源线、数据线给生活带来了许多困扰，人们每天会花很多时间在整理各种设备的数据线，电源线上。这个困扰，逐渐演变为人们生活中的一大痛点，无线电能信息传输可以从根源上解决这一生活痛点，以此说明这一项课题研究的意义。本课题以意法半导体公司的stm8为微处理器，结合软件硬件的相关设计，开发一个基于qi协议的无线能量/信息传输系统。

相比国外的研究，国内的研究处于萌芽阶段，研究无线电源产品的公司比较少。国外对于无线充电技术研究比较早，最早的研究始于20世纪60年代，主要用于人工心脏系统的供电。这一环节基本上是围绕松耦合变压器构造的一个“直流-交流-直流”的变换器，能量通过松耦合变压器的初级传输到松耦合变压器的次级没并且次级线圈置于身体内，初级线圈置于身体外。2006年11月，美国麻省理工研究人员发起了一项代号为witricity的研究计划。2007年6月在美国《科学》杂志上发表了他们的研究成果：可以通过无线的方式点亮2米外的60w灯泡，麻省理工学院的研究员利用了一种名为电磁谐振的方式将能量从一个线圈传输到另一个线圈。2010年6月，日本富士通展示了一项无线充电技术。该设备可以完全不需要输电线的情况下为多个电器设备进行无线充电。同时，无线充电的距离可以达到几米远。在一个房间里面，只要在某一个角落安装该设备，就可以为这个房间的所有小型电气设备进行无线充电。2010年8月，无线充电联盟在北京发布qi无线充电标准。无线充电联盟是世界上第一个提出无线充电技术标准的组织，包括美国国家半导体、德州仪器、三星电子、深圳桑菲等公司。qi标准的提出，将有希望帮助我们摆脱各种杂乱无章的手机充电器，并且qi标准可以广泛用于手机、mp3、照相机等小功率用电设备。同时，随着技术发展，未来qi还将用于笔记本电脑、上网本等中等功率的电器设备。目前，无线充电技术主要有三种方式：电磁感应式、微波式和电磁谐振式，qi采用了目前最为流行的感应耦合式无线电源技术。

感应耦合式无线电园的应用领域非常广泛，小到几十毫瓦，大到上千瓦的电动汽车。下面我列些几种常见的生活应用场景。1.生物医学方面，科学家们逐渐研制出来的各种弥补人身体缺陷用的人造器官，这些设备都需要电源进行供电，如果采用无线充电技术，对设备记性定期充电，就可以为病人减小很多痛苦和烦恼，同时也可以节省很多的医疗费用。2.无线电源也适用于一些经常在潮湿环境下使用的电器。例如电动剃须刀，电动牙刷。在这些设备上使用无线电源，可以大大提高可靠性和安全性。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：通过感应式电磁谐振的方式，进行两个线圈之间的能量与信息的传输，具体形式是，一块电路板通电，作为能量的发送板，以电磁谐振的方式，通过初级线圈，不断的给次级线圈传输能量，让次级线圈所在的电路能够保证正常工作。而次级线圈作为能量的接收板，以及信息的发送板，次级部分，会连接一个传感器，将传感器的数据进行采集，并且通过两个线圈相互感应的方式，将传感器数据从次级线圈传递到初级线圈，以及初级电路板，并且可以通过串口等其他方式，将数据进行继续的传递，本次课题，为了显示的方便，本课题拟采用串口的方式，将数据传递到上位机--电脑上面进行显示。

目标：本课题主要是关于两块电路板的调试，以及qi协议的编写问题。对于能量发射板兼信息接收板，需要做到的是，能够给次级电路提供够传感器正常工作，以及次级电路板微处理器正常工作的电能，并且能够对于次级线圈传输过来的信息，进行无误码解码，以及串口数据的及时显示。对于能量接收板兼信息发射板而言，需要做到的事，能够正确的采集传感器的数据，并且能够把数据通过负载调制的方式，发送到初级线圈。从qi协议的角度，整个系统除了要完成上面这些基本的功能之外，还需要完成这些操作，在没有识别到充电线圈的时候，整个系统应该处于一种低功耗的状态，能量发送板的能耗应该要极小才行，可以进行异物识别。在识别到次级线圈的时候，需要进行校验操作，即根据发送的数据进行初步解析，观察次级电路部分的状态，信息，以及序列号，id号这些东西，然后就是传输能量阶段，即正常的工作，让次级电路板进行信息的传输，以及能量的接收。当次级线圈移除的时候，可以快速将能量发射电路板的功耗降低，避免不必要的能量浪费。

技术方案及措施：在这个课题开发中，主要的难点，是在于初级、次级的谐振电路的设计，这个主要是关于两边线圈的选材问题，在选择合适的电感过程中，需要关注电感的感值，两者之间的耦合系数，耦合系数又和很多具体的参数有着关系，比如两边电感有无磁芯，磁芯的磁感应强度，以及两边线圈的线圈的大小，长宽，两边导线的粗细等等，当电感确定好了之后，基本上电容值则是根据理论计算的谐振频率去进行选择即可，根据qi协议的要求，一般情况下，通信频率在132khz，在这个频率下，两个板子进行通信，进行传输能量。关于初级线圈，需要进行产生具有足够交流信号的信号，根据傅里叶公式的推导和计算，可以发现，只有不断的修改lc电路两端的正负导通的导通时间的比例，便可以得到传输不同功率的效果。关于能量发送板，还有一个比较难的一点是关于电路的解码问题，在这次课题中，我抛弃了以前大家所喜欢使用的集成芯片的方法，采用的是普通放大器电路的解码方式，通过纯粹的放大器，二极管，电容，电阻值得不同配置，来进行解码。对于信息发射板兼能量接收板，需要负载调制式的发送电路，以及传输的编码方式。防止数据传输过程中因为读取错位而导致的数据完全读取错误，本课题采用的是在每发一段信息的时候，先采用前导码将数据进行对齐，然后再发送相应数据，这样可以确保发送的数据的正确无误性。

3. 研究计划与安排

第1周—第3周 搜集资料，撰写开题报告；

第4周—第5周 论文开题；

第6周—第12周 撰写论文初稿；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 程鹏天.基于感应耦合电能传输方式的电动汽车充电装置研究[d].北京交通大学 2014.

[2] 孙轩.非接触式手机充电平台的设计[d].浙江大学 2010.

[3] 孙跃,赵志斌,苏玉刚,唐春森.非接触电能传输系统参数非线性规划[j].浙江大学学报(工学版),2013,02:353-360.