預(yù)定計(jì)劃執(zhí)行情況，項(xiàng)目研究和實(shí)踐情況，研究工作中取得的主要成績(jī)和收獲，研究工作有哪些不足，有哪些問題尚需深入研究，研究工作中的困難、問題和建議。（字?jǐn)?shù)不限，可加頁面）
一、 預(yù)定計(jì)劃執(zhí)行情況
2014年3月，我們自發(fā)成立項(xiàng)目小組，選定研究課題，并向?qū)W校申請(qǐng)了湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目，在校領(lǐng)導(dǎo)和專家的認(rèn)真審核下獲準(zhǔn)立項(xiàng)，立項(xiàng)后便立即開展對(duì)該項(xiàng)目的研究。
前期通過對(duì)該項(xiàng)目的廣泛調(diào)研和明確應(yīng)用背景，預(yù)先對(duì)擬設(shè)計(jì)的無線充電系統(tǒng)提出了如下設(shè)計(jì)目標(biāo)：充電距離在5mm左右，產(chǎn)品能適用于鹽霧等海上環(huán)境，充電效率達(dá)到70%以上，同時(shí)具備異物檢測(cè)、金屬物檢測(cè)、指示燈指示工作狀態(tài)等功能，項(xiàng)目預(yù)計(jì)在九個(gè)月內(nèi)完成，并發(fā)表論文一篇，申請(qǐng)專利一項(xiàng)。
本項(xiàng)目無線充電系統(tǒng)采用電磁感應(yīng)原理，實(shí)現(xiàn)電能到磁能再到電能的轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到無線傳輸?shù)哪康?，擺脫了物理連線所帶來的一系列麻煩。在發(fā)送和接收部分各有一線圈，當(dāng)發(fā)送端線圈流過高頻振蕩的電流，將產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，根據(jù)楞次定理，接收線圈中的電流會(huì)產(chǎn)生阻礙主線圈磁通量的變化的磁場(chǎng)，接收線圈中的電流經(jīng)整流、濾波后變?yōu)橹绷麟妷杭纯山o用電設(shè)備進(jìn)行直流供電。
依據(jù)要求及實(shí)現(xiàn)方法項(xiàng)目的實(shí)施最初討論方案從現(xiàn)有無線電源聯(lián)盟（WPC）現(xiàn)有無線充電標(biāo)準(zhǔn)Qi開始研究，從中選定合適的芯片bq500212a，bq500212a的選型方案是針對(duì)全部WPC1 5V 解決方案的所需器件數(shù)量最少，完全WPC 兼容，其中包括經(jīng)改進(jìn)的外來物體檢測(cè)方法，具有充電狀態(tài)和故障狀態(tài)的發(fā)光二級(jí)管(LED) 指示，基本符合最初設(shè)定的要求。
選定方案后參考現(xiàn)有資料開始無線充電系統(tǒng)的實(shí)際制作，逐步實(shí)現(xiàn)其無線充電功能，在初步實(shí)現(xiàn)無線充電功能后，對(duì)異物檢測(cè)功能進(jìn)行調(diào)試，異物檢測(cè)部分通過芯片識(shí)別線圈中傳遞的阻抗信息來判別，當(dāng)待充電物體電阻過小時(shí)則會(huì)被視為異物；當(dāng)待充電物體電阻為無窮大時(shí)，則表示沒有待充電物體，一旦檢測(cè)到長(zhǎng)時(shí)間沒有待充電物體則芯片需要進(jìn)入休眠狀態(tài)。最終依照其基本原理完成了異物檢測(cè)功能，防鹽霧部分具體實(shí)施為通過調(diào)研，采用那兩種材質(zhì)進(jìn)行耐鹽霧包裝，并對(duì)線圈加封裝進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)不影響兩線圈之間的耦合系數(shù)。
現(xiàn)完成的無線充電系統(tǒng)能夠?qū)?.2V左右的電池充電，充電距離在5mm左右，但效率低于預(yù)期，為60%左右，能夠?qū)崿F(xiàn)異物檢測(cè)、指示燈指示工作狀態(tài)等功能。
針對(duì)海上特殊的鹽霧環(huán)境，考慮到鹽霧環(huán)境較難制造和模擬，選擇通過研究耐鹽霧材料對(duì)該無線充電系統(tǒng)進(jìn)行封裝，并利用Maxwell軟件進(jìn)行有限元分析仿真，研究耐鹽霧材料的封裝對(duì)該無線系統(tǒng)性能上的影響。由于對(duì)電路調(diào)試部分難度較大，耗費(fèi)了較長(zhǎng)的時(shí)間，因此整個(gè)項(xiàng)目周期較預(yù)期處于滯后狀態(tài)，耗時(shí)約一年兩個(gè)月。已申請(qǐng)專利一項(xiàng)《適用于海上等鹽霧環(huán)境的無線充電系統(tǒng)》，專利申請(qǐng)?zhí)枺?/span>2015203948025
二、 項(xiàng)目研究和實(shí)踐情況
該無線充電系統(tǒng)主要分為發(fā)射和接收兩個(gè)部分。
發(fā)射部分電路主要包括主芯片BQ500212A及外圍電路、 全橋驅(qū)動(dòng)電
路、通信電路、電源電路。
主芯片BQ500212A及外圍電路如圖2-1所示，主要是根據(jù)LED_MODE和LOSS_THR外接不同的電阻來選擇不同的顯示模式狀態(tài)/轉(zhuǎn)換閾值(具體選擇需根據(jù)芯片手冊(cè))，通過COMM+和COMM-來檢測(cè)負(fù)載的不同情況，根據(jù)負(fù)載不同輸出不同的LED的顯示電平、PWM信號(hào)和snooze/sleep信號(hào)。
圖2-1 主芯片BQ500212外部電路
全橋驅(qū)動(dòng)和通信部分電路如圖2-2，BQ500212A通過COM+/-端來采集信號(hào)區(qū)分不同狀態(tài)從而執(zhí)行各種操作。電路中4個(gè)100nf的電容與發(fā)射線圈組成諧振，其值大小需根據(jù)具體的線圈進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，否則系統(tǒng)的效率會(huì)受到影響，值得注意的是，通信部分的信號(hào)采集在它們的下面，連接它們的導(dǎo)線不宜過長(zhǎng)。
圖2-2 全橋驅(qū)動(dòng)部分和通信
電源部分電路設(shè)計(jì)見圖2-3，可以看出電路中有snooze和sleep兩個(gè)控制端通過電阻電容接到主芯片上，電容電阻的阻值大小決定了定時(shí)的時(shí)長(zhǎng)，功能相同。當(dāng)芯片需斷開供電時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，此時(shí)MOS管導(dǎo)通，電容儲(chǔ)存的電荷釋放，穩(wěn)壓芯片使能端變?yōu)榈碗娖?，穩(wěn)壓芯片失能，輸出電壓為0V，主芯片不工作，MOS管斷開，電容充電，當(dāng)電容兩端電壓達(dá)到穩(wěn)壓芯片使能閾值時(shí)，芯片使能，主芯片工作，檢測(cè)是否還需休眠，重復(fù)上述步驟。
圖2-3 電源部分電路
芯片正常工作時(shí)對(duì)外界不同情況有以下幾種工作狀態(tài)：
（1） 接收部分正常且位置正確，負(fù)載已接上：當(dāng)接收線圈放在發(fā)射線圈
上時(shí)，由待機(jī)狀態(tài)切換到充電狀態(tài)，電路指示LED由LED1、LED2常亮變?yōu)?/span>LED1較慢的閃爍。實(shí)現(xiàn)電路原理為：接收線圈放在發(fā)射線圈上時(shí)芯片通過通信端的COMM+和COMM-端采集到由接收端負(fù)載帶來的映射電阻變化的信號(hào)，確認(rèn)后改變工作狀態(tài)，LED顯示變化，PWM輸出端輸出一組3.3V互補(bǔ)的PWM（頻率在100kHz到200kHz內(nèi)）信號(hào)來驅(qū)動(dòng)H橋，而后H橋?qū)?span style="font-family: Times New Roman;">5V的PWM輸出到發(fā)射線圈，促使發(fā)射部分工作。
（2） 無負(fù)載或是其他絕緣物體放在發(fā)射線圈上：此時(shí)芯片通過通信部分
檢測(cè)到接收部分映射電阻過大，將切換到待機(jī)狀態(tài)，snooze端周期性的輸出脈沖以失能穩(wěn)壓芯片切斷供電，在恢復(fù)通電后芯片產(chǎn)生一個(gè)PWM波，以檢測(cè)接收端是否變化，此狀態(tài)下指示燈表現(xiàn)為LED1、LED2常亮。
（3）金屬異物放在發(fā)射線圈上: 此時(shí)芯片通過通信部分檢測(cè)到接收部分的映射電阻過小，此時(shí)損耗很高，芯片將切換到異物警告狀態(tài)，芯片內(nèi)置的蜂鳴器發(fā)出聲音，同時(shí)LED1不亮，LED2快速閃爍指示當(dāng)前為異物警告狀態(tài)。若此狀態(tài)持續(xù)，芯片sleep端發(fā)出脈沖來失能穩(wěn)壓芯片，主芯片將進(jìn)入休睡眠狀態(tài)，直至金屬異物移開才恢復(fù)為待機(jī)狀態(tài)。
接收部分主要實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)功能：
（1） 整流，濾波
（2）與發(fā)射部分進(jìn)行通信，使之區(qū)分不同狀態(tài)。
圖2.4為接收部分的電路圖。
圖2.4 接收部分的電路圖
下圖2.5為接收芯片的內(nèi)部部分電路，接收芯片根據(jù)負(fù)載的情況來控制Comm的電平高低，進(jìn)而是MOS管導(dǎo)通或斷開，這兩種狀態(tài)的阻值差別很大，經(jīng)接收線圈映射到發(fā)射線圈上，來表明狀態(tài)。
圖2.5 接收芯片的內(nèi)部
二、研究中取得的主要成就以及尚需完善的地方
1.主要成就
（1）完成無線充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及成品制作
（2）申請(qǐng)一項(xiàng)實(shí)用新型專利
（3）撰寫一篇論文（修改中，暫未發(fā)表）
2.尚需完善的地方
（1）本項(xiàng)目在防鹽霧設(shè)計(jì)方面僅進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)其現(xiàn)實(shí)情況未進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
（2）經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析，本無線充電系統(tǒng)的充電效率最高為60%，并未達(dá)到初期設(shè)想中的70%。
（3）實(shí)際充電過程中，接收端對(duì)電池充電的輸入電流較低，實(shí)際充電時(shí)間較長(zhǎng)。
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