在环保和能源短缺的双重压力下，各国政府和各大汽车厂商都在积极推进电动汽车产业的发展。目前电动汽车充电主要以传统的插座形式进行，无线充电技术也正在研究之中，无线充电系统不含外漏端口，其相对于有线充电方式，具有运行安全、充电智能、方案配置灵活等优点。无线充电的过程中，能量发射装置与能量耦合拾取装置的耦合系数是无线充电系统能量传输效率的关键点之一。电动汽车驾驶员在把车停入可充电停车位时，驾驶员很难做到把充电能量耦合装置原副边准确定位，这就需要充电系统能够实现快速的能量发射接收双方的准确对位，已获得最大的耦合系数，实现最大的能量传输效率。本文设计的基于单片机的电动汽车无线充电自动定位装置设计，采用模糊对比的控制策略，快速实现电动汽车无线充电能量拾取装置的最大耦合和频率匹配，实现能量传输的效率最大化。1系统总体方案设计电动汽车无线充电装置的一个关键性能是能量传输效率，而对能量传输效率影响最大的是无线充电装置松耦合变压器的耦合系数和发送装置和接受装置的振荡频率匹配程度。由现有研究可知，无线充电耦合装置原副边在其他条件相同的条件下，原副边相对位置对耦合系数的影响很大，如图1所示的三种状态，其中图1-B所示的正对状态的耦合系数最高。
图1无线充电耦合装置位置示意图当变压器的耦合系数达到最高时，无线充电装置发送端和接收端是否达到共振频率就是提高传输效率的关键，但是由于负载侧的车辆型号各异，其共振频率也各不相同，这就要求发送端根据负载端来进行调节。
图2系统控制电路结构图系统控制电路结构如图1所示，采用模糊控制的搜索策略，待充电车辆停稳，接收端磁极位置确定后，开始进行最佳耦合系数的位置搜索，利用步进电机带动发送端磁极运动，不断改变磁极位置坐标，在位置坐标变化的同时，电压检测模块和电流检测模块分别不断地扫描发送端电压电流的大小，并将所得的电压电流值存储下来。步进电机每运行一步，单片机就扫描一次电压和电流值，然后将该次的值与上一次的值进行比较，如果新得到的值比上一次的要大，则步进电机继续运行，直至新的值比上一测量值变小，则找到最佳坐标，如果新的测量值比上一测量值小，则电机反向运行，当再一次发生新的测量值比上一测量值小时，则找到最佳坐标点。发送端磁极运行时，驱动电机分为X向驱动和Y向驱动，最佳坐标搜索时，先搜索X点坐标，再沿Y轴运动，搜索Y轴坐标。当耦合装置相对位置定位以后，单片机控制开关频率控制模块，以10HZ的幅度将发送端开关频率从10KHZ往上升，同时不断扫描电流电压值，与位置坐标检索同理，每升高10HZ扫描一次电压电流值，并与上一次的值进行对比，当电压电流值达到最大时，则找到了共振频率，此时系统能量传输效率最高，电动汽车无线充电系统以该频率作为开关频率，进行充电。【第一作者】黄杰（1985－），男，湖南邵阳人，硕士，讲师，研究方向：开关电源技术，自动控制技术。【基金项目】湖南铁道职业技术学院校级课题资助：基于磁共振的电动汽车无线充电装置研究（课题号：K201613）。基于单片机的电动汽车无线充电自动定位装置控制电路设计黄杰，聂蓉（湖南铁道职业技术学院，湖南株洲412001）【摘要】设计一种以MCS-51单片机为控制核心的电动汽车无线充电自动定位装置控制电路，利用单片机读取并判断无线充电装置能量发送端电压电流的大小变化趋势，控制步进电机驱动能量接收端线圈移动，搜索最佳耦合位置坐标；采用升高充电装置能量发送端开关工作频率、同时对比电压电流数据的方式，搜索系统工作时的初始共振频率，有效解决电动汽车无线充电装置因车型不同、停车状态不同而影响充电效果的问题，为电动汽车无线充电设备的推广提供了支撑。【关键词】电动汽车；无线充电；单片机【中图分类号】TM42【文献识别码】A【文章编号】2095-3518（2016）
10-26-022016年10月第10期（总第215期）轻工科技LIGHTINDUSTRYSCIENCEANDTECHNOLOGY机械与电气262系统硬件设计2.1MSC-51单片机控制模块设计AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，8位高性能CMOS微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容[3]。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。单片机的P0口作为电压电流信号速度数据输入口，车辆进入信号采用中断0，即P3.2口输入，P1.0-P1.4为步进电机控制信号，分别为X轴、Y轴、正转一步、反转一步四个信号输出；P1.5、P1.6口分别为开关频率升10HZ、开关频率降10HZ信号；P1.7、P1.8分别为位置定位指示信号，充电开始信号。2.2单片机输出隔离保护电路由于系统中步进电机驱动、开关电源部分有高压和大电流，可能会对单片机的工作造成干扰。如图3所示，本设计采用的保护方式是输出信号从单片机P1口输出后，经过74LS08整形，消除信号抖动造成的干扰，然后通过光耦TLP250进行隔离，将单片机控制模块和主电路隔离，以防止干扰。
图3单片机输出隔离保护电路原理图3系统软件设计控制系统的控制流程图如图4所示。系统启动后，首先检测是否有车辆进入，车辆进入并停止以后，系统开始运行X轴坐标搜索程序，X轴坐标确定后，开始运行Y轴坐标搜索程序，确定Y轴坐标，无线充电耦合装置的位置坐标确定以后，开始进行共振频率搜索，运行共振频率搜索子程序，找到共振频率以后，充电系统以该频率运行，充电开始，充电指示灯点亮，控制系统程序结束。在充电过程中，如果车辆移动，或者车辆离开充电停车位，则由车辆移动中断信号触发单片机运行中断子程序，如图7所示，系统归零频率数据、归零坐标数据，停止扫描电压电流信号，充电系统停止功率输出，停止充电。X轴坐标搜索子程序和Y轴坐标搜索子程序的工作流程是一样的，程序开始后，首先读取电压电流值并储存起来，然后步进电机沿X轴方向运行一步后，再读取一次电压电流值，将两次的值进行比较，如果值变大，则沿着该方向继续移动，每移动一步读一次电压电流值，直到后一次读数比前一次小，则步进电机反向运行一步，回到前一次位置，再反向移动并检测，如果值也是变小，则该点坐标就是最佳坐标点，将该点坐标固定下来，再用同样的方法搜索下一个参数，即Y轴坐标。共振频率是指无线充电发射端的变换器开关频率和接收端的震荡频率一致，当频率达到共振频率时，传输效率会显著提高，否则，能量很难传输到接收端，共振频率搜索子程序如图6所示，共振频率搜索采用读取电压电流数据的方式，首先让发送端以10Khz的频率工作，读取一次电压电流值，然后提高工作频率10HZ，每提高一次读取一次电压电流值，直到后一次电压电流值比前一次的小，这时电压电流最大值的频率即为共振频率，当然，该频率只是初始共振频率，在充电过程中，共振频率也是在不断变化的，充电过程中共振频率会在初始共振频率附近波动，这由充电装置中的锁相环电路解决。
图4控制系统主程序流程图图5X轴坐标搜索子程序
图6共振频率搜索子程序图7车辆移动中断子程序4结语本文设计的电动汽车无线充电自动定位装置，通过快速检测电能发送端电压电流值的方式，确定耦合装置的最佳耦合位（下转第41页）27
图2球料比对平均粒度的影响从图2可看出测出的平均粒度随着球料比的增加，平均粒度随之下降，球湿磨效率提高。这是因随着磨球的增加，球磨时磨球捕捉到粉体颗粒的机会增加，使其传递给粉料的冲击能量增加。但球料比并非越高越好，当球料比升到15∶1、16∶1时，平均粒度反而变粗，这是因为在一定的转速率下均有与其对应的球荷充填率。装球铁多，就变成剧烈的球碰球运动，起不到研磨作用。且过量的球将使介质的磨损上升。从实验得到球料比为12∶1或14∶1的搭配是球湿磨磁粉的最佳球料比。2.3球磨转速快慢对球磨磁粉效果的影响试验条件：配球数：直径为φ3的钢球装1200g，100g的磁粉、150g的水，球磨时间90分钟，转速分别调为100r/min、200r/min、300r/min、400r/min、500r/min。磁粉经过不同的转速研磨后烘干，用WLP-202平均粒度测定仪测出平均粒度。试验结果如图3。
图3转速对平均粒度的影响从图3可看到，测出的平均粒度随着转速的不断升高而下降，球磨效果越好。这是由于QM-ISP球磨机当转盘转动时，球磨罐随转盘绕同一轴心（即中心轴）作行星式运动，罐中磨球在高速运动中研磨和混合样品。主要以研磨的方式对物料进行的细磨，当转速很低时，由于球磨的能量不大，碰击力小，研磨效率极低。随着球磨机转速的提高，磨球与球罐、磨球之间的相对运动速度不断地增大，使磨球与磁粉获取更多的碰撞能量和撞击频率。为此随着球磨机转速的提高，能获得更细更均匀的粒径的磁粉。但转速需控制在一定的范围内，因为转速偏高，罐盖会微量磨蚀。从机械损耗方面考虑，湿球磨磁粉转速定为300至400r/min最为合适。3结语QM-ISP球磨机球湿磨铁氧体磁粉磨球大小、球料比、转速对研磨磁粉效果影响明显，通过试验得出：（1）选择小粒径的钢球研磨磁粉效果高于粒径大的钢球，粒径为φ3的钢球作为QM-ISP球磨机湿球磨铁氧体磁粉效果最好。（2）球料比越大并非研磨磁粉效果越好，球湿磨磁粉的最佳球料比是12∶1或14∶1的搭配。（3）转速越大研磨效果越好。从机械损耗方面的考虑，合适湿球磨铁氧体磁粉转速定为300至400r/min。参考文献[1]吴光瑞,张林进,叶旭初,等.卧式行星球磨机粉磨水泥熟料的试验研究[J].中国粉体技术,2010,16(06):39-43.[2]蔡道林,张林进,朱飞,等.卧式行星球磨机磨水泥熟料的最佳参数研究[J].中国粉体技术,2011,17(05):1-4.[3]朱飞,张林进,蔡道林,等.卧式行星球磨机最佳参数的数值模拟[J].材料工程,2012(05):10-14.[4]颜景平,党根茂.行星球磨机最佳参数的理论分析[J].电子工业专用设备,1990,(3):47-51.[5]王宏联,徐茜,王续宁,等.实验室用行星式球磨机干法制备陶瓷粉料工艺参数优化研究[J].硅酸盐通报,2012,31(6).
（上接第27页）置，确定系统工作的初始共振频率。控制线路以MCS-51单片机为控制核心进行设计，系统成本大大降低，解决了电动汽车无线充电装置车型匹配、停车位置不准确等因素对充电效果的影响，为电动汽车无线充电设备的普及提供了有力的支撑。参考文献[1]黄学良,谭林林,陈中,等.无线电能传输技术研究与应用综述[J].电工技术学报,2013,(10):1-11.[2]李阳,杨庆新,陈海燕,等.无线电能传输系统中影响传输功率和效率的因素分析[J].电工电能新技术,2012,(3):31-34.[3]曹冬,尹成群,何玉钧.基于AT89S51的新型打铃器的研制[J].现代电子技术,2005,(10):79-81.[4]田颖,陈培红,聂圣芳,等.功率MOSFET驱动保护电路设计与应用[J].电力电子技术,2005,39(1):73-74.[5]杨光.模糊自适应控制在非接触感应电能传输系统中的应用[D].上海交通大学,2013.41