本篇论文为电子设计大赛以IAP15F2K61S2单片机为控制芯片的无线充电电动车控制系统的设计，内容和格式可以作为比赛或者课程设计论文的参考，本文为原创，仅供参考请勿抄袭。

《设计报告》
摘要：本文是以IAP15F2K61S2单片机为控制芯片的无线充电电动车控制系统的设计，整个系统包含CPU模块、无线发射器模块、无线接收器模块、电机驱动模块、电源等模块，并运用超级电容作为储能原件进行设计。

本系统采用ATMEL公司的51系列单片机和TI公司TPS63020芯片、LM2596稳压芯片等元件完成无线充电电动车的控制设计要求。

TI公司的TPS63020芯片来进行DC-DC变换可以有效的进行直流电源的电压转换。

关键字：IAP15F2K61S2单片机、无线充电、TPS63020、超级电容。

1.方案选择与论证 (3)
1.1主控制器方案与选择 (3)
1.2电动车部分稳压模块的方案与选择 (3)
2.理论分析与计算系统相关参数设计 (3)
2.1无线充电装置分析与计算 (3)
3.电路与程序设计 (5)
3.1电路设计 (5)
4.测试方案与测试结果 (6)
4.1方案与结果 (6)
4.2测试结果分析: (7)
5.总结 (7)
6.参考文献 (8)
1.方案选择与论证
1.1主控制器方案与选择
方案一：采用可编程逻辑器件CPLD 作为控制器。

CPLD 可以实现各种复杂的逻辑功能，易于进行功能扩展。

采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。

方案二：采用IAP15F2K61S2单片机进行控制。

IAP15F2K61S2结构简单，接线方便，片内大容量2048字节的SRAM ，运行快速、稳定，可在电磁干扰情况下工作。

IAP15F2K61S2单片机编程方便，还可以在线编程、下载、调试。

综合考虑：选择方案二。

IAP15F2K61S2单片机编程更方便合适。

1.2电动车部分稳压模块的方案与选择
方案一：采用XL4061E1稳压模块。

XL4061E1为降压模块，并非升压模块，体积大，并且需要保持输入电压与输出电压差值在2V 以上。

方案二：采用TPS63020升降压转换器。

TPS63020升降压转换器是德州仪器(TI)公司宣布推出业界最小型、最高性能的 4 A 开关升降压转换器，效率高达 96%。

综合考虑：采用方案二。

经过对比分析，采用TI 公司的TPS63020升降压转换器，体积小，质量轻，性能好，效率高，可以更好的进行电压转换。

2.理论分析与计算 系统相关参数设计
2.1无线充电装置分析与计算
接收器与发射器简化等效电路如右图所示
上面左式中:α1，α2分别代表发射、接收线圈的简正模，τ 1、τ 2 ，τ L 分别表示发射、接受线圈以及负载的衰减指数，k 12= k 21 = k 表示发射接受两个线
圈之间的耦合系数，w 1 ，w 2 分别表示发射、接受线圈的固有的谐振频率，s 表
示驱动电压源的驱动项。

对电源的输入功率进行调整，确保系统维持一个较为稳定的谐振状态，保证无线充电系统整体总的能量稳定。

此时无线充电系统的电能传输效率表达式为:。

经计算发射器采用具有恒流恒压模式自动切换的直流稳压电源供电，供电电压
v
为5V，供电电流i i不大于1A。

i
接收器输出端的电流i o=1A,输出电压v o=5V
2.2充电电动车部分分析与计算
经测量设计小车质量m=1kg
接收部分的超级电容选择容量C=12F,电压U=5.5V
充电一分钟后进行直线水平行驶
Q=IT=1A·60s=60As;
依模型要求，电压至少要求为5V,根据U=Q/C;则可选择
12F的电容；
充电一分钟后电动车沿倾斜木工板路面直线爬坡行驶:
设小车斜坡行驶距离为x米。

h=l sinθF f=㎎sinθ + f F f=ma 则拉力T- F f >0;
假设P=UI=TV，根据实际要求，则可选择θ为20°~30°，高度h在35~50cm 之间。

3电路与程序设计
3.1电路设计
无线充电装置
充电电车部分
3.2流程图
3.2.1系统原理图 3.2.2程序图
4.测试方案与测试结果
4.1方案与结果
测试仪器:万用表米尺
通过无线充电装置给小车充电，经超级电容储能来使小车达到测试的要求。

主要测试数据为发射器供电电压和电流，小车充电1分钟后向前水平直线行驶距离l和电动车沿倾斜木工板路面直线爬坡行驶的路面长度l、电动车爬升高度h=l sinθ。

供电电流和电压测试结果如表1所示：
充电一分钟后，向前水平直线行驶距离l测试结果如表2所示：
充电一分钟后，电动车沿倾斜木工板路面直线爬坡行驶的路面长度l、电动车爬升高度h=l sinθ测试结果如表3所示：
4.2测试结果分析:
5.总结
以IAP15F2K61S2单片机为控制芯片的无线充电电动车控制系统的设计，通过自主设计的无线充电装置和无线充电电动车，使我们实现了题目的要求。

但由于时间紧，工作量大，系统还存在许多可以改进的地方，例如电路的布局和电路的抗干扰方面还有很大的提升空间。

相信经过改进，性能还会有进一步的提升。

本次竞赛极大的锻炼了我们，虽然遇到了很多困难和阻碍，但总体上成功与挫折交替，困难与希望并存，我们将继续努力争取更大的进步。

6.参考文献
[1]赵争鸣,刘方,陈凯楠.电动汽车无线充电技术研究综述[J].电工技术学报,2016,10.
[2]刘志峰,刘瑞,黄海鸿,徐国浩.磁耦合谐振串串式无线电能传输研究[J].现代电子技术,2015,9.
[3]邱利莎,黄守道,李中启,磁耦合谐振式无线输电系统的阻抗匹配研究[J].现代电子技术,2015,10.
[4]熊承龙,沈兵,赵宁.基于电磁感应的无线充电技术传输效率的仿真研究[J].电子器件,2014,2.。