基于Ti-MSP430的无线充电小车设计与实现

摘 要：电动汽车如今成为整个汽车行业关注的对象。随着电动汽车技术的快速发展，传统式电动汽车充电方式的一系列问题都被暴露出来，阻碍了电动汽车市场快速发展。随着无线充电传输技术被引入电动汽车充电领域，尤其是自动泊车和自动驾驶的技术逐渐成熟，人们对无线充电的需求也越来越强烈。文章提出了一种基于Ti-MSP430的无线充电小车设计。

关键词：MSP-EXP430F5529LP;无线充电;电动小车

1 设计方案

本设计以MSP-EXP430F5529LP为核心，利用电磁感应原理，线圈与发射线圈配合对超级电容进行充电并为MSP430供电，并通过DC-DC升压模块得到稳定电压为驱动电机供电。将充电小车放置在发射线圈上，自动充电一分钟，充电完成后能自启动并完成相应功能。本设计把能够实现无线充电并能自动识别充电时间的车模和控制器看作一种自动控制系统，该系统由单片机、无线充电、电机驱动和法拉电容蓄电4个部分组成。其中，5 V/1 A的直流电源为无线发射端提供电源，使用TI无线充电发射模块（BQ500211）和接收模块（BQ51013A）进行无线充电。使用BOOST结构设计稳压电路，使法拉电容输入输出稳定的电压，以延长其使用寿命，再由驱动电路控制电机的运转。系统框架如图1所示。

2 硬件电路设计

2.1 主控电路的设计

由于赛题要求只能选用TI公司的处理器作为主控，在综合了几款TI的处理器后，结合本组的知识储备，选用TI MSP430芯片。控制原理如图2所示。

2.2 单元电路的设计

2.2.1 无线充电发射接收模块

TI公司提供了一种无线电源发射器和接收器的控制芯片，可支持WPC联盟Qi协议标准。本设计采用了TI的一款BQ500211新型发射器控制芯片，同时该芯片也符合Qi标准，能实现对基站和移动设备进行智能化控制[1]。另一块为BQ51013A的集成性接收器控制芯片，由低压降稳压器、低阻抗全同步整流器、电压和电流环路组成，整个功耗保持了高效率和低功耗耗散，为相应设备提供了稳定的DC输出和具有稳定性的控制反馈[2]。

BQ51013A接收器控制芯片能够便携地应用在无线电源传输的集成型高接收器IC，该芯片不仅能够提供AC/DC电源转换，而且还具有Qiv1.0通信协议标准的数字控制功能。BQ5101X与BQ500210发送器控制器相结合，能够为无线充电方案提供相对完整的非接触式电力传感系统。

2.2.2 充电电路的设计

本系统依据赛题的要求，采用电容器作为系统的储能和供电电路，依据体积、重量、充电时间等因素，可选择以下两种。

第一种：选择2.7 V/25 F的法拉电容，该电容体积、质量小，但蓄电量大。

第二种：选择2.7 V/500 F的超级电容，该电容体积大，质量大，蓄电量也大。

在该小车设计中，由于只需要充电1 min，通过计算和试验比较，发现第一种电容容量更合适，且质量价格适中。第二种容量、质量过大，且价格高，太耗费电量。故选择第一种。通过实验验证，采用两个25 F的法拉电容串联，搭建了储能充电电路。

2.2.3 稳压电路设计

由于无线接收线圈（BQ51013A）负载后输出不稳定，本设计采用了BOOST升压稳压模块，该模块支持大功率，输入电流最大可到15 A，输出电流4 A，输入3.7 V时，输出功率可到45 W;输入12 V时，输出功率可达80 W。同时該模块输出波纹为双极滤波、低纹波输出，此电路连接在充电法拉电容后端[3]。

3 系统软件设计

3.1 系统主程序设计

系统充电稳压处理器工作后，首先要完成系统的初始化，其中，包括时钟的设置、IO口的设置、定时器的配置等，主程序流程如图3所示。

3.2 寻迹程序设计

执行寻迹功能，执行过程中，通过采集两组左右两边的光电传感器的高低电平，进而控制电机驱动的转换速率。

3.3 充电定时程序设计

定时器主要完成充电时间的设置，本系统首先打开定时器1进行定时60 s，同时断开电机驱动，定时达到60 s后，主控打开电机驱动进行工作，执行寻迹功能。

4 系统测试

4.1 测试仪器及测试方法

电源适配器为赛道无线线圈提供5 V/1 A。无线充电线圈跑道为小车发射电感。

4.2 测试过程及结果分析

在调试好硬件之后，把软件下载到系统进行充电时间检测，存在计时不准确、不计时的现象。改进计时的方法，将定时器计时的误差尽量减小到每分钟差零点几秒。对于小车充电不计时这一问题，对无线充电模块的对接的准确度进行了校准，保证小车一处于充电的状态下就开始进行计时。当实现小车充电检测自检功能后，根据要求会在充电1 min后自动启动行驶。在完成后，本设计改进了小车启动模式，不仅可以自动启动，也可以手动启动。结果表明，小车能很好地完成充电一分钟后自动运行，运行路程大于1 m，即使路面发生改变也不影响。

5 结语

本设计对目前电动小车无线充电系统中普遍存在负载发生变化和互感的情况，分别从控制方式、电路拓扑和磁传输部件等方面，针对现有无线充电系统进行理论分析和优化设计，使该控制系统能够应对负载变化，增强了互感能力，也从中得到了可以应用到工程实践中的方法。

作者简介：陈威（1998— ），男，重庆人，本科生;研究方向：物联网开发。

[参考文献]

[1]胥佳琦.电动汽车动态无线供电的N型磁耦合机构电磁兼容研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2017.

[2]戴欣，孙跃.单轨行车新型供电方式及相关技术分析[J].重庆大学学报（自然科学版），2003（1）：50-53.

[3]翟渊，孙跃，戴欣，等.磁共振模式无线电能传输系统建模与分析[J].中国电机工程学报，2012（12）：155-160.

Design and realization of wireless charging vehicle based onTi-MSP430

Chen Wei

（School of Mathematics and Computer Science， Northwest Minzu University， Lanzhou 730000， China）

Abstract：Electric vehicles are increasingly the focus of the entire auto industry.With the rapid development of electric vehicle technology， a series of problems of traditional electric vehicle charging methods have been exposed， hindering the rapid development of electric vehicle market.Therefore， wireless charging transmission technology has been introduced into the field of electric vehicle charging. In particular， the technology of automatic parking and automatic driving is gradually mature， and peoples demand for wireless charging is increasingly strong.

Key words：MSP-EXP430F5529LP; wireless charging; electric car