本作品主要包括無線充電裝置、無線充電電動車和超級電容儲能裝置。首先先將5V的直流電經(jīng)過LC自激振蕩電路逆變成高頻800kHz的交流電，然后在一次側(cè)，通過ATmega16單片機控制舵機動作隔離副邊電路，此時繼電器常閉觸點動作，電容不充電，按下按鍵繼電器恢復(fù)，同時定時1分鐘，交流電經(jīng)過發(fā)射線圈向接收線圈傳遞能量，通過磁耦合諧振式無線電能傳輸方式，接收線圈與接收線圈發(fā)生諧振耦合，將電能轉(zhuǎn)換成磁場能量進行傳輸，從一次側(cè)傳送到二次側(cè)的能量經(jīng)過全橋整流環(huán)節(jié)后供給超級電容儲能，定時結(jié)束后繼電器動作，發(fā)射線圈停止向接收線圈傳遞能量，同時舵機動作，使得副邊電路接通，小車立即啟動。通過測試，小車可滿足全部要求。

　　本系統(tǒng)主要由單片機最小系統(tǒng)、諧振逆變電路、超級電容儲能電路、單相全橋整流裝置、繼電器、舵機、電動小車運動裝置組成，下面分別論證這幾個部分的選擇。

　　1、主控制器件的論證與選擇

　　1.1.1控制器選用

　　方案一：采用stm32f103系列單片機。主頻高，但同時也使它的耗能較高，工作電壓2.0V-3.6V。而且主芯片引腳復(fù)雜，stm32，適合較復(fù)雜算法，不符合本題需求。

　　方案二：采用以增強型ATmega16內(nèi)核的AVR系列單片機，AVR單片機其顯著的特點為高性能、高速度、低功耗、無需外部晶振，工作電壓2.7V-5.5V外圍電路簡單，非常適合本系統(tǒng)的設(shè)計。通過比較，我們選擇方案二。

　　1.1.2控制系統(tǒng)方案選擇

　　方案一：PCB印刷電路板—自制印刷電路耗時耗力，會影響整體進度，不宜采用該方案。

　　方案二：手工焊電路板—由于需要的電路結(jié)構(gòu)較簡單，自己焊能縮短實現(xiàn)周期，通過比較，我們選擇方案二。

　　2、逆變電路的論證與選擇

　　方案一：半橋式電路—具有一定的抗不平衡能力，對電路對稱性要求不很嚴格；成本比全橋電路低。但電源利用率比較低，損耗大。同時與驅(qū)動信號的連接比較麻煩。

　　方案二：全橋式電路—與推挽結(jié)構(gòu)相比，原邊繞組減少了一半，開關(guān)管耐壓降低一半。但使用的開關(guān)管數(shù)量多，且要求參數(shù)一致性好，驅(qū)動電路復(fù)雜，實現(xiàn)同步比較困難。

　　方案三：LC自激振蕩電路—不需要外部控制信號的驅(qū)動，能夠完全依靠自身實現(xiàn)振蕩，因而控制電路極其簡單，極大地提高了整個系統(tǒng)的效率。綜合以上三種方案，選擇方案三。

　　3、控制系統(tǒng)的論證與選擇

　　1.3.1無線電能傳輸方式對比

　　方案一：電磁感應(yīng)式

　　傳輸功率數(shù)瓦，傳輸距離數(shù)毫米-數(shù)厘米，充電效率80%。適合短距離充電，轉(zhuǎn)換效率較高；但需要特定擺放位置，才能精確充電，金屬感應(yīng)接觸會發(fā)熱

　　方案二：磁場共振式

　　傳輸功率數(shù)KW，傳輸距離數(shù)厘米-數(shù)米，適合遠距離大功率充電，轉(zhuǎn)換效率適中；

　　方案三：無線電波式

　　傳輸功率大于100mW，傳輸距離大于10m，遠距離小功率充電，自動隨時隨地充電；限制轉(zhuǎn)換效率較低，充電時間較長，傳輸功率小；

　　方案四：電場耦合式

　　傳輸功率1-10W，傳輸距離數(shù)毫米-數(shù)厘米，適合遠適合短距離充電，轉(zhuǎn)換效率較高，發(fā)熱較低，位置可不固定；限制體積較大，功率較小。

　　綜合考慮采用方案二。

　　1.3.2充電后小車自行啟動方案對比

　　方案一：用抽絕緣片的方式控制小車立即啟動

　　用絕緣片隔絕電路，但是需要在每次出發(fā)前人為插絕緣片，1分鐘計時到后再人為抽離，使得電路接通，小車得電啟動。

　　方案二：用舵機配合繼電器的方式控制小車立即啟動

　　在一次側(cè)，繼電器控制發(fā)射線圈所在電路，用舵機進行絕緣片的抽拔，實現(xiàn)自動化。另外，充電時繼電器不工作，斷電時繼電器工作，有效節(jié)省電能，提高用電效率。綜上采用方案二。

　　1.3.3小車爬坡驅(qū)動方式對比

　　方案一：前驅(qū)型—動力傳遞直接，減少了損耗，運轉(zhuǎn)效率更高，但是操控性較差，轉(zhuǎn)向不足。

　　方案二：后驅(qū)型—操控性好，起步加速好，有利于起步、加速和爬坡，缺點是動力損耗較大。

　　綜合考慮采用方案二。

　　4、諧振耦合線圈繞法的論證與選擇

　　方案一：螺線管式線圈結(jié)構(gòu)

　　螺旋管式諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)，磁場強度較大，空間磁場分布比較均勻，有較好的方向性，適合中等距離的無線電能傳輸，但是容易受周圍環(huán)境的影響，傳輸效率較低［2］。

　　方案二：可分離變壓器結(jié)構(gòu)

　　可分離變壓器結(jié)構(gòu)，磁耦合性比較強，系統(tǒng)的傳輸功率較大，并且傳輸效率也高。但是由于原邊線圈與副邊線圈距離較近，傳輸距離比較短［2］。

　　方案三：平板式線圈結(jié)構(gòu)

　　雖然電感值僅有幾微亨或幾十微亨，但體積小，比較薄，發(fā)射面積和接收面積均比其他方式大，節(jié)省空間，提高收發(fā)線圈的效率，適用于固定位置進行充電的無線電能充電裝置中［2］。

　　綜合考慮采用方案三。

　　5、整流電路的論證與選擇

　　方案一：單相半橋整流—開關(guān)管數(shù)量少，成本相對較低，抗不平衡能力強。

　　方案二：單相全橋整流—驅(qū)動電路較復(fù)雜，但在相同的開關(guān)電流和電源輸入電壓下，全橋式的輸出功率是半橋式的兩倍。綜合考慮采用方案二。

　　二、系統(tǒng)理論分析與計算