无线充电观赏鱼的设计

王小妮+胡菡静+江艳飞+成晓男

【摘要】 本文应用无线充电技术实现近距离非接触式充电，设计出无线充电观赏鱼缓解人们对观赏鱼类喂养的繁琐过程，美观而不失科技感。利用CD4017芯片作为核心控制设计了观赏鱼的主体驱动电路。通过对受控驰张振荡源产生的时序脉冲进行调节，进而控制分别置于鱼胸鳍和鱼尾部的独立电机来驱动观赏鱼在水缸的自主游动。观赏鱼采用锂电池作为供电源，选取集成IC芯片DW01配MOSFET8205A设计保护板，通过对阈值电压监测实现过充、过放、过电流/短路等工作状态下的保护。考虑到观赏鱼在水下的运动，采用电磁感应理论来设计近距离的感应式无线供电系统。

【关键词】 无线充电 CD4017 锂电池

随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，导致自由空闲时间压缩，工作的繁忙往往会使人们忽略对家里养殖鱼的喂养。

本课题设计的游水观赏鱼无需喂养，可以在水缸里自由游动极具观赏性，也可用于家用装饰的门店商业装饰，美观而不失科技感。

该设计具有无线充电功能，当观赏鱼游动耗尽电量后在水缸底部充电区域可通过无线充电技术给锂离子聚合物蓄电池实现无线充电。

本课题的设计主要由鱼体驱动电路、锂电池充放电保护电路和电磁感应无线供电电路三大模块构成。

一、设计的技术难点

1.1机械结构设计

观赏鱼在水下的游动由两个独立电机进行驱动，电机转轴的圆周运动要转为左右摆动，观赏鱼尾鳍摆动推动鱼体运动。这种运动方式的转变涉及到机械链杆机构，设计合适的链杆机构对驱动魚体前进不可或缺。

1.2防水密封问题的处理

水下推进系统必须合理的处理好内部各类电子元器件的静态和动态防水密封问题。开发的过程中，必须考虑不同部位的密封特点，针对不同密封部位采用不同密封方式，分类处理，完好的防水密封处理将影响鱼体整体运动效果。

二、鱼体驱动电路的设计

鱼体驱动电路设计作为本课题的三大模块之一，合理的设计对实现观赏鱼水下游动至关重要。CD4017是一款计数分频器集成IC，配合受控驰张振荡电路提供的时序脉冲信号通过对继电器触头的控制间接控制鱼体驱动电机，实现鱼体自由游动。

鱼体驱动功能的实现将由四个不同模块配合工作，包括受控驰张振荡源、计数分频器、前进驱动模块和转向控制模块组成。鱼体头部放置一个轻触开关，当鱼体游动碰触水缸壁后将触发受控驰张振荡电路并产生时序信号，随后时序信号通过CD4017芯片计数分频控制转向电机使鱼体转向继续游动，同时在鱼尾设有独立电机驱动鱼体前进游动。

三、锂电池充放电保护板设计

观赏鱼设计中电源模块采用锂电池供电。锂电池具有很高的能量密度可大容量的储存电能，这也导致其安全性能的不稳定。

通常发生的自燃或破裂的险情就是当锂电池处于过充电状态时，因能量过剩使电池发热温度上升促使电解液分解，内部压强急剧升高而引发；锂电池的使用寿命缩短就是受其处于过放电情况影响，引发内部离子传输载体超量分解造成性能恶化。

故此利用锂电池作为电源时必须设计合理的保护电路确保安全性以及性能稳定。

四、电磁感应无线供电电路设计

考虑到观赏鱼在水下的运动，所以电源模块将应用电磁感应原理设计近距离感应式无线供电系统为锂电池充电。选取XKT-412高频大功率无线供电IC和T335滤波整流IC设计无线充电发射模块；选取T3168关断型稳压IC设计无线充电接收模块。

五、结语

观赏鱼的外形体积直接影响到无线充电模块体积的大小，而本次设计的无线充电观赏鱼将用作商业用途其体积较小，所以在选取芯片设计整个系统时应尽可能选择封装较小且以满足系统功能为前提下的高度集成芯片。

参 考 文 献

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