王小妮+胡菡靜+江艷飛+成曉男

【摘要】 本文應(yīng)用無線充電技術(shù)實現(xiàn)近距離非接觸式充電，設(shè)計出無線充電觀賞魚緩解人們對觀賞魚類喂養(yǎng)的繁瑣過程，美觀而不失科技感。利用CD4017芯片作為核心控制設(shè)計了觀賞魚的主體驅(qū)動電路。通過對受控馳張振蕩源產(chǎn)生的時序脈沖進行調(diào)節(jié)，進而控制分別置于魚胸鰭和魚尾部的獨立電機來驅(qū)動觀賞魚在水缸的自主游動。觀賞魚采用鋰電池作為供電源，選取集成IC芯片DW01配MOSFET8205A設(shè)計保護板，通過對閾值電壓監(jiān)測實現(xiàn)過充、過放、過電流/短路等工作狀態(tài)下的保護?？紤]到觀賞魚在水下的運動，采用電磁感應(yīng)理論來設(shè)計近距離的感應(yīng)式無線供電系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】 無線充電 CD4017 鋰電池

隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，導致自由空閑時間壓縮，工作的繁忙往往會使人們忽略對家里養(yǎng)殖魚的喂養(yǎng)。

本課題設(shè)計的游水觀賞魚無需喂養(yǎng)，可以在水缸里自由游動極具觀賞性，也可用于家用裝飾的門店商業(yè)裝飾，美觀而不失科技感。

該設(shè)計具有無線充電功能，當觀賞魚游動耗盡電量后在水缸底部充電區(qū)域可通過無線充電技術(shù)給鋰離子聚合物蓄電池實現(xiàn)無線充電。

本課題的設(shè)計主要由魚體驅(qū)動電路、鋰電池充放電保護電路和電磁感應(yīng)無線供電電路三大模塊構(gòu)成。

一、設(shè)計的技術(shù)難點

1.1機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

觀賞魚在水下的游動由兩個獨立電機進行驅(qū)動，電機轉(zhuǎn)軸的圓周運動要轉(zhuǎn)為左右擺動，觀賞魚尾鰭擺動推動魚體運動。這種運動方式的轉(zhuǎn)變涉及到機械鏈桿機構(gòu)，設(shè)計合適的鏈桿機構(gòu)對驅(qū)動魚體前進不可或缺。

1.2防水密封問題的處理

水下推進系統(tǒng)必須合理的處理好內(nèi)部各類電子元器件的靜態(tài)和動態(tài)防水密封問題。開發(fā)的過程中，必須考慮不同部位的密封特點，針對不同密封部位采用不同密封方式，分類處理，完好的防水密封處理將影響魚體整體運動效果。

二、魚體驅(qū)動電路的設(shè)計

魚體驅(qū)動電路設(shè)計作為本課題的三大模塊之一，合理的設(shè)計對實現(xiàn)觀賞魚水下游動至關(guān)重要。CD4017是一款計數(shù)分頻器集成IC，配合受控馳張振蕩電路提供的時序脈沖信號通過對繼電器觸頭的控制間接控制魚體驅(qū)動電機，實現(xiàn)魚體自由游動。

魚體驅(qū)動功能的實現(xiàn)將由四個不同模塊配合工作，包括受控馳張振蕩源、計數(shù)分頻器、前進驅(qū)動模塊和轉(zhuǎn)向控制模塊組成。魚體頭部放置一個輕觸開關(guān)，當魚體游動碰觸水缸壁后將觸發(fā)受控馳張振蕩電路并產(chǎn)生時序信號，隨后時序信號通過CD4017芯片計數(shù)分頻控制轉(zhuǎn)向電機使魚體轉(zhuǎn)向繼續(xù)游動，同時在魚尾設(shè)有獨立電機驅(qū)動魚體前進游動。

三、鋰電池充放電保護板設(shè)計

觀賞魚設(shè)計中電源模塊采用鋰電池供電。鋰電池具有很高的能量密度可大容量的儲存電能，這也導致其安全性能的不穩(wěn)定。

通常發(fā)生的自燃或破裂的險情就是當鋰電池處于過充電狀態(tài)時，因能量過剩使電池發(fā)熱溫度上升促使電解液分解，內(nèi)部壓強急劇升高而引發(fā)；鋰電池的使用壽命縮短就是受其處于過放電情況影響，引發(fā)內(nèi)部離子傳輸載體超量分解造成性能惡化。

故此利用鋰電池作為電源時必須設(shè)計合理的保護電路確保安全性以及性能穩(wěn)定。

四、電磁感應(yīng)無線供電電路設(shè)計

考慮到觀賞魚在水下的運動，所以電源模塊將應(yīng)用電磁感應(yīng)原理設(shè)計近距離感應(yīng)式無線供電系統(tǒng)為鋰電池充電。選取XKT-412高頻大功率無線供電IC和T335濾波整流IC設(shè)計無線充電發(fā)射模塊；選取T3168關(guān)斷型穩(wěn)壓IC設(shè)計無線充電接收模塊。

五、結(jié)語

觀賞魚的外形體積直接影響到無線充電模塊體積的大小，而本次設(shè)計的無線充電觀賞魚將用作商業(yè)用途其體積較小，所以在選取芯片設(shè)計整個系統(tǒng)時應(yīng)盡可能選擇封裝較小且以滿足系統(tǒng)功能為前提下的高度集成芯片。

參 考 文 獻

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