基于STM32微控制器的无线充电装置

方婷婷 ,宋元浩 ,陆妍彤 ,张仲文 ,王飞 ,王洪艳指导老师

宿州学院 机械与电子工程学院  安徽宿州  234000

摘要：本设计是基于STM32微控制器的无线充电装置，是由STM32F103C8T6单片机作为核心板，LCD1602液晶显示、锂电池充电检测、无线充电模块、锂电池充电保护TP4056、升压稳压模块等共同组成。这是一种根据无线充电系统和电磁感应原理，以及利用线圈进行能量耦合来实现电能的传输，将电能以无线方式传输给锂电池，实现了一种实用便捷的无线传能充电装置的制作，本设计具有携带方便和成本低的优点，具有可应用于实际生产的价值。

关键词: 无线充电模块；LCD1602液晶；STM32F103C8T6单片机

1 设计背景及目的

伴随着科技的发展及应用,我们生活中的电子产品种类日益增多，但不同厂商给电子产品电池充电时都有各自的充电设备，而且大部分接口互不兼容。除此以外,频繁的插拔数据线还可能会引起设备接口的损坏,而且充电接口长期暴露在外,会引起接口潮湿，导致产生漏电现象,无法保障其安全性，数据线种类的繁多的和充电的频繁让人们感到很不方便，所以更加需要一种安全便捷的充电方式。

2 基本设计思路

本系统由STM32F103C8T6单片机作为核心板，由LCD1602液晶显示、锂电池充电检测、无线充电模块、锂电池充电保护TP4056、升压稳压模块等共同组成。本项目电磁转换电路图和无线充电原理图是由220V市电经过变压器变压后得到15V交流电压，进行整流滤波后得到的电压约为21V的直流电压，作为主供电电压。进行能量传输的电磁场的频率为1MHz,由一块1MHz的有源晶体模块产生,晶体模块用LM317将21V 1MHz信号电压可以达到4.8Vpp,所以直接用来推动功率电压进行稳压后得到5V电压为其供电，从晶体模块输出的场效应管IRF630进行谐振放大。

3 硬件设计

3.1 STM32F103C8T6单片机

STM32F103C8T6单片机是一款由意法半导体公司（ST）推出的基于Cortex-M3内核的32位微控制器，硬件采用LQFP48封装，属于ST公司微控制器中的STM32系列。单片机工作频率范围在0~72MHz之间，通用I/O口(36/40/44个)，2.0-3.6V供电电压，2个12-bitA/D转换器（1µs转换时间，16个通道），DMA（7通道），37个I/O（可以映射到16个外部中断，可以容忍5V信号），3个通用定时器，1个定时器，3个串口，2个IIC，2个SPI，1个USB，CAN（2.0B Active），根据以上描述，该单片机具有高灵活，且能完全实现功能的特点，所以将其作为本设计的主控芯片。

3.2 无线充电系统

无线充电系统主要采用电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。系统工作时输入端将交流市电经全桥整流电路变换成直流电，或用24V直流电端直接为系统供电。经过电源管理模块后输出的直流电通过2M有源晶振逆变转换成高频交流电供给初级绕组。通过2个电感线圈耦合能量，次级线圈输出的电流经接受转换电路变化成直流电为电池充电。

3.3 锂电池充电保护TP4056

TP4056是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器。其底部带有散热片的SOP8封装与较少的外部元件数目使得TP4056成为便携式应用的理想选择。TP4056可以适合USB电源和适配器电源工作。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10时，TP4056将自动终止充电循环。当输入电压（交流适配器或USB电源）被拿掉时，TP4056自动进入一个低电流状态，将电池漏电流降至2uA以下。TP4056在有电源时也可置于停机模式，以而将供电电流降至55uA。

4 系统原理图和程序设计

4.1 系统原理图

本设计是通过无线充电器给锂电池无线充电，同时通过单片机判断是否在给锂电池进行充电。锂电池经过升压模块，给整个单片机系统及显示进行供电。显示充电时累计时间为：检测到在充电时进行计时，检测不到时自动停止计时，计时格式时/分/秒/0.1秒。1602液晶屏显示是否在充电状态。

系统原理图如下图2所示：

图2：总体系统原理图

4.2 程序设计

在本设计的程序设计中，我们将在KEIL5软件上进行编写并进行模块化处理，程序的开始，我们要对PWM/ADC以及无线充电模块，降压升压模块和LCD1602屏等进行初始化，之后再接通220V电源后，磁感应通过线圈磁生电传输给单片机供电，单片机对电压进行简单的采集，若达到稳定且数值正常电压则在进行锂电池的充电，并且锂电池给整个单片机供电的同时，LCD屏上显示正在充电并且显示已充电的时间，若线圈离开，没有采集到电压时，屏上显示不在充电，程序结束。

附录部分程序源码

void WriteDataLCD(uchar WDLCD)//写数据

{

      ReadStatusLCD(); //检测忙

      LCD_RS = 1;

      LCD_RW = 0;

      LCD_Data = WDLCD;

      LCD_E = 1;

      LCD_E = 1;

      LCD_E = 1;

      LCD_E = 0;

}

5 结束语

我们设计出一种基于STM32微控制器的无线充电装置，可以适应科技生产的需求，解决人们日常生活因为有线充电而带来的不便，我们利用电磁感应技术，以此为基础通过对电磁感应技术的原理、电路、通信以及线圈耦合等方面的研究，提高设备的利用率，同时增加生产运行的可靠性。此外还可以利用数字化控制提高其充电的效率，其中各模块单元的控制核心均为微处理器，所利用的元件少，动态响应快，可靠性高，主要利用低成本实现了无线充电的控制方案。本文设计思路清晰，具备创新性和实用经济价值，方案合理可行。

参考文献

[1]范兴明,莫小勇,张鑫.磁耦合谐振无线电能传输的研究现状及应用[J].电工技术学报,2013,28(12)

[2]吴亮.基于电磁感应的无线充电装置的设计[J].山西大同大学学报(自然科学版),2020,36(05)

[3]陈鹏飞,毛春刚,赵佳勇,叶继英.一种无线充电装置的设计与研究[J].福建电脑,2016,32(03)

[4]何锡武,罗雷君,包艳涛,陈月华.一种手机无线充电装置的研制[J].数字技术与应用,2013(04)

项目：“宿州学院省级大学生创新创业训练计划项目资助” 项目编号：S202110379047