一种模块化无线供电书桌的设计

翟亚东 黄泽贤 邵立子

摘  要：现如今插排的大量的使用，造成了家庭中的电路过于凌乱，最终可能会有比较大的安全隐患。与导线连接的供电方式相比，无线充电更加的安全方便。本文提供了一种基于QI无线充电系统的模块化无线充电式书桌的设计思路。

关键词：无线充电;模块化

一、无线充电的简介

无线充电技术其实并不是一项新兴的技术。早在1890年在尼古拉·特斯拉就已经做了有关无线充电的设想，早期的交流发电技术其实就是现代化无线充电技术的雏形。但是当时由于交流电没有广泛的被人们所接受，无线充电技术也便没有受到人类的重视。

近几年来，由于苹果手机推出了自己的具有无线充电功能的手机，又重新将这一技术引入了大众们的视野，受到了社会各界的广泛关注。

现在常用的无线充电技术主要有两种方式。一种是小功率的电磁感应式无线充电，其基本原理是首先在初级线圈产生一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从发射端传送到接收端。另一种为大功率的谐振式无线充电技术，谐振式充电利用的磁共振原理，首先使供电线圈的处于自谐振状态，谐振频率与受电线圈的谐振频率一致时，受电线圈也处于自谐振状态，则两个线圈就会交换彼此的能量，从而进行供电。

二、QI无线充电系统简介

QI无线充电系统属于利用电磁感应原理进行近距离小功率的无线供电的方式。它主要由基站和移动设备两大部分组成。基站可以包含一个或多个发射端，发射端将提供用以接收的能量。移动设备包含一个接收端用来提供电能给用电器，接收器还将为发射器提供信息。发射器内有能量转换单元，将电能转换为无线能源信号，接收器内的能量收集单元则将无线能源信号转换为电能。接收器将根据需要将电能输送至负载，发射器根据接收器的需要适配能量传递。

三、无线充电书桌的设计

（一）结构部分

该书桌主要由主体部分和可更换模块部分两部分构成。

1.主体部分

书桌主体部分上方由一块可以进行翻转的非导磁性盖板，盖板在翻转时可将书桌上方进行完全覆盖，盖板下方是有矩阵式切割盲孔的书桌主体，每一个盲孔上有两个同心环形电级。书桌内部设有总开关，变压模块，单片机，蓝牙模块，n*m的矩阵电路，以及继电器模块。每一个矩阵电路的节点处接入继电器的输入端，盲孔上的电级接入继电器的输出端。选通单片机的输出口接入与继电器输入端相连的矩阵电路，选通单片机的输入口接入蓝牙模块。

2.可更换模块部分

另外一部分为内部镶嵌了QI发射端的可更换模块部分，木块的形状与孔洞相匹配。木块的下方是QI发射端的两同心环形电极，在可更换模块部分放入主体部分后，QI發射端的两极可以与孔洞上的两极对应相连。在书桌上的盲孔可以根据需要来进行含有QI发射端的可更换模块的接入。

（二）控制原理

打开总开关后，变压器将220V的交流电转换成5V直流电进而实现对矩阵电路与单片机的供电。

使用时人们将书桌上的盖板掀开，同时将所需要的可更换模块部分置于书桌的主体部分孔洞的内部，关闭盖板后孔洞上的两极将与可更换模块上的两极对应相连。之后通过蓝牙的连接，进而通过手机APP对书桌上的可更换模块中的QI发射端进行选通，进而进行对无线供电区域的选通。同时将小灯泡，小风扇等用电器与QI接收端相连接，将QI接收端置于用电器底部，从而只要将用电器放在选通区域上即可通过QI无线充电装置的输入输出端的感应来完成对家具的无线供电或者将支持无线充电的手机放在书桌上从而对支持无线充电手机进行供电。

在QI发射器损坏时，仅仅需要将盖板掀开，然后对含有QI发射端的可更换模块部分进行更换即可。

四、创新点及应用

1、通过模块化的设计思路，使得在某一QI线圈损坏后可以直接对其进行更换，从而大大减低的检修的成本。

2、由于供电部分与用电装置之间以磁场的方式传送能量，两者之间不用导线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露，保证了使用上的安全。

3.该设计采用了蓝牙模块的选通性的控制，可以通过APP控制所需要进行无线供电的区域，从而可以实现对小家电的远程操控。

4.QI无线充电系统的标准化使得未来一些加入QI接收端模块的电器如笔记本电脑，数码相机等可以利用该模块化书桌进行无线供电，从而减少了外出人员携带笨重充电器的负担。

参考文献

[1]  单宝灯 谐振式无线充电研究 [J] 科技资讯，1672-3791（2017）06（b）-0030-03

[2]  王国辉 无线充电技术及其特殊应用前景[J]. 电子产品世界，2014（7）：21-24

作者简介：翟亚东（1998-）男，汉族，郑州大学机械工程学院2016级学生。