無線充電觀賞魚的設(shè)計(jì)

王小妮+胡菡靜+江艷飛+成曉男

【摘要】 本文應(yīng)用無線充電技術(shù)實(shí)現(xiàn)近距離非接觸式充電，設(shè)計(jì)出無線充電觀賞魚緩解人們對(duì)觀賞魚類喂養(yǎng)的繁瑣過程，美觀而不失科技感。利用CD4017芯片作為核心控制設(shè)計(jì)了觀賞魚的主體驅(qū)動(dòng)電路。通過對(duì)受控馳張振蕩源產(chǎn)生的時(shí)序脈沖進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而控制分別置于魚胸鰭和魚尾部的獨(dú)立電機(jī)來驅(qū)動(dòng)觀賞魚在水缸的自主游動(dòng)。觀賞魚采用鋰電池作為供電源，選取集成IC芯片DW01配MOSFET8205A設(shè)計(jì)保護(hù)板，通過對(duì)閾值電壓監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)過充、過放、過電流/短路等工作狀態(tài)下的保護(hù)?？紤]到觀賞魚在水下的運(yùn)動(dòng)，采用電磁感應(yīng)理論來設(shè)計(jì)近距離的感應(yīng)式無線供電系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】 無線充電 CD4017 鋰電池

隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，導(dǎo)致自由空閑時(shí)間壓縮，工作的繁忙往往會(huì)使人們忽略對(duì)家里養(yǎng)殖魚的喂養(yǎng)。

本課題設(shè)計(jì)的游水觀賞魚無需喂養(yǎng)，可以在水缸里自由游動(dòng)極具觀賞性，也可用于家用裝飾的門店商業(yè)裝飾，美觀而不失科技感。

該設(shè)計(jì)具有無線充電功能，當(dāng)觀賞魚游動(dòng)耗盡電量后在水缸底部充電區(qū)域可通過無線充電技術(shù)給鋰離子聚合物蓄電池實(shí)現(xiàn)無線充電。

本課題的設(shè)計(jì)主要由魚體驅(qū)動(dòng)電路、鋰電池充放電保護(hù)電路和電磁感應(yīng)無線供電電路三大模塊構(gòu)成。

一、設(shè)計(jì)的技術(shù)難點(diǎn)

1.1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

觀賞魚在水下的游動(dòng)由兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的圓周運(yùn)動(dòng)要轉(zhuǎn)為左右擺動(dòng)，觀賞魚尾鰭擺動(dòng)推動(dòng)魚體運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)方式的轉(zhuǎn)變涉及到機(jī)械鏈桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)合適的鏈桿機(jī)構(gòu)對(duì)驅(qū)動(dòng)魚體前進(jìn)不可或缺。

1.2防水密封問題的處理

水下推進(jìn)系統(tǒng)必須合理的處理好內(nèi)部各類電子元器件的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)防水密封問題。開發(fā)的過程中，必須考慮不同部位的密封特點(diǎn)，針對(duì)不同密封部位采用不同密封方式，分類處理，完好的防水密封處理將影響魚體整體運(yùn)動(dòng)效果。

二、魚體驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

魚體驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)作為本課題的三大模塊之一，合理的設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)現(xiàn)觀賞魚水下游動(dòng)至關(guān)重要。CD4017是一款計(jì)數(shù)分頻器集成IC，配合受控馳張振蕩電路提供的時(shí)序脈沖信號(hào)通過對(duì)繼電器觸頭的控制間接控制魚體驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)魚體自由游動(dòng)。

魚體驅(qū)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)將由四個(gè)不同模塊配合工作，包括受控馳張振蕩源、計(jì)數(shù)分頻器、前進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊和轉(zhuǎn)向控制模塊組成。魚體頭部放置一個(gè)輕觸開關(guān)，當(dāng)魚體游動(dòng)碰觸水缸壁后將觸發(fā)受控馳張振蕩電路并產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)，隨后時(shí)序信號(hào)通過CD4017芯片計(jì)數(shù)分頻控制轉(zhuǎn)向電機(jī)使魚體轉(zhuǎn)向繼續(xù)游動(dòng)，同時(shí)在魚尾設(shè)有獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)魚體前進(jìn)游動(dòng)。

三、鋰電池充放電保護(hù)板設(shè)計(jì)

觀賞魚設(shè)計(jì)中電源模塊采用鋰電池供電。鋰電池具有很高的能量密度可大容量的儲(chǔ)存電能，這也導(dǎo)致其安全性能的不穩(wěn)定。

通常發(fā)生的自燃或破裂的險(xiǎn)情就是當(dāng)鋰電池處于過充電狀態(tài)時(shí)，因能量過剩使電池發(fā)熱溫度上升促使電解液分解，內(nèi)部壓強(qiáng)急劇升高而引發(fā)；鋰電池的使用壽命縮短就是受其處于過放電情況影響，引發(fā)內(nèi)部離子傳輸載體超量分解造成性能惡化。

故此利用鋰電池作為電源時(shí)必須設(shè)計(jì)合理的保護(hù)電路確保安全性以及性能穩(wěn)定。

四、電磁感應(yīng)無線供電電路設(shè)計(jì)

考慮到觀賞魚在水下的運(yùn)動(dòng)，所以電源模塊將應(yīng)用電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)近距離感應(yīng)式無線供電系統(tǒng)為鋰電池充電。選取XKT-412高頻大功率無線供電IC和T335濾波整流IC設(shè)計(jì)無線充電發(fā)射模塊；選取T3168關(guān)斷型穩(wěn)壓IC設(shè)計(jì)無線充電接收模塊。

五、結(jié)語

觀賞魚的外形體積直接影響到無線充電模塊體積的大小，而本次設(shè)計(jì)的無線充電觀賞魚將用作商業(yè)用途其體積較小，所以在選取芯片設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)盡可能選擇封裝較小且以滿足系統(tǒng)功能為前提下的高度集成芯片。

參 考 文 獻(xiàn)

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