基于MSP430的远程无线监控模块设计

工作研究基于MSP430的无线动态充电电动汽车系统的研究关壮壮 傅品翰 米双芊 武盛豪 杜江勇（吕梁学院，山西 吕梁 033000）摘 要：本文研究系统主要包括无线充电装置、无线充电电动车和超级电容储能装置。首先，在试验阶段中，先将5V的直流电经过LC自激振荡电路道变成高频800kHz的交流电，在一次侧，通过德州TI公司MSP430系列单片机控制舵机动作隔离副边电路，此时维电器常闭触点动作，电容不充电，按下按键维电器恢复，同时定时分钟，交流电经过发射线圈向接收线圈传递能量，通过磁耦合请振式无线电能传输方式，接收线圈与接收线圈发生活振隅合，将电能转换成磁场能量进行传输，从一次侧化送到一次侧的能量经过全桥整流环节后供给超级电容储能，定时结束后，电器动作发射线圈停止向接收线圈传能量，同时电机动作使得系统电路接通，小车自启，沿着规定线路行驶直至停车。此系统动态充电效率高，快捷智能，对节能减排，新能源利用的科研和发展有创新型价值。关键词：LC自激振荡逆变；磁感应谐振式无线传能；全桥整流；超级电容；德州TI公司MSP430单片机；动态充电引言：无线电动汽车受到了许多国内外专家的研究和实践。其中科学家特斯拉早在1901年的时候已经完成了大功率无线传输技术，他去世后，研究迫不得以停下来。100多年后的今天，无线充电技术再一次达了高潮。万物互联时代下，无线充电应用领域将不断拓展。作为新一代移动通信技术，5G网络能支持高达100万个/平方千米的连接数密度，有效支持海量设备接入，是万物互联时代的一组通信标准。万物互联时代下用电设备数量实现数倍增长，不同设备采用不同标准的充电接口，为这些装置供电将成为一大挑战。无线充电采用统一的充电标准，具备方便、安全、空间利用率高等特点，同一无线充电底座能同时为不同设备充电，省去携带多种充电线材的麻烦；随放随充的特点有助于实现设备的碎片化充电，用户能在办公室、咖啡馆、机场、快餐店等场所轻松方便地获得电力支持。目前，电动汽车的充电主要有三种方式：更换电池、有线充电和无线充电。1、更换电池，更换电池方案需要存储大量电池，电池体积较大，运输和存储极其不便，而且建设和维护成本极高不适合多次利用，电池寿命耗尽后，将成为高度污染垃圾，不利于环境保护和环境友好型发展。2、有线充电，有线充电方案相比电池来说，有着很大进步。有线充电减少了电池的报废数量，而且，简单便捷的充电方式，方便了更多的人使用汽车，有线充电也增加了汽车的续航能力，在加油站的旁边已经建立了很多充电桩，充电桩的有线快充让电动汽车像燃油车那样得到动力，长途跋涉。但有线充电汽车同样存在线路破损、插座老化等问题，有较大的安全隐患。3、无线充电，与更换电池与有线充电方案相比，无线充电汽车就完美的解决了前两种的内在缺陷。由于无线充电不需要线，则减少了用户的插线插电操作，避免了人与电的接触，提高了用户的自身安全性，同时也使得电动汽车的电能补给更加方便与安全。人类即将进入无线充电汽车的新时代。总体设计方法：本无线动态充电系统采用MSP430超低功耗单片机作为核心控制芯片，并采用了一块Openmv 4高清智能摄像头、一块Arduino umo单片机，彼此相互配合控制小车智能循迹。无线发射装置中，产生两路互补的PWM，输入EG2104驱动全桥电路，产生谐振电流，完成DC-AC的变换，再通过发射线圈与接收线圈来传递电能。超级电容组中会接收并存储能量，之后通过滤波电路，整流电路完成交流电转直流电给电动车自启动电路，电压转换变换电路和行驶供电。硬件设计：1 主控制器件的论证与选择1.1控制器选用方案一：采用stm32f103系列单片机。主频高，但同时也使它的耗能较高，工作电压2.0V-3.6V。而且主芯片引脚复杂，stm32，适合较复杂算法，也不符合本题需求。方案二：采用以增强型MSP430内核的AVR系列单片机，AVR单片机其显著的特点为高性能、高速度、低功耗、无需外部晶振，工作电压2.7V-5.5V外围电路简单，非常适合本系统的设计。通过比较，我们选择方案二。1.2控制系统方案选用方案一：PCB印刷电路板—自制印刷电路耗时耗力，会影响整体进度，不宜采用该方案。方案二：手工焊电路板—由于需要的电路结构较简单，自己焊能缩短实现周期。通过比较，我们选择方案二。2逆变电路的论证与选择方案一：半桥式电路—具有一定的抗不平衡能力，对电路对称性要求不很严格；成本比全桥电路低。但电源利用率比较低，损耗大。同时与驱动信号的连接比较麻烦。方案二：全桥式电路—与推挽结构相比，原边绕组减少了一半，开关管耐压降低一半。但使用的开关管数量多，且要求参数一致性好，驱动电路复杂，实现同步比较困难。方案三：LC自激振荡电路—不需要外部控制信号的驱动，能够完全依靠自身实现振荡，因而控制电路极其简单，极大地提高了整个系统的效率。综合以上三种方案，选择方案三。3无线电能传输方式对比方案一：电磁感应式传输功率数瓦，传输距离数毫米-数厘米，充电效率80%。适合短距离充电，转换效率较高；但需要特定摆放位置，才能精确充电，金属感应接触会发热；方案二：磁场共振式传输功率数KW，传输距离数厘米-数米，适合远距离大功率充电，转换效率适中；方案三：无线电波式传输功率大于100mW，传输距离大于10m，远距离小功率充电，自动随 时随地充电；限制转换效率较低，充电时间较长，传输功率小；方案四：电场耦合式传输功率1-10W，传输距离数毫米-数厘米，适合远适合短距离充电，转换效率较高，发热较低，位置可不固定；限制体积较大，功率小；综合考虑采用方案二。4谐振耦合线圈绕法的论证与选择方案一：螺线管式线圈结构螺旋管式谐振耦合线圈结构，磁场强度较大，空间磁场分布比较均匀，有较好的方向性，适合中等距离的无线电能传输，但是容易受周围环境的影响，传输效率较低。方案二：可分离变压器结构可分离变压器结构，磁耦合性比较强，系统的传输功率较大，并且传输效率也高。但是由于原边线圈与副边线圈距离较近，传输距离比较短。《装备维修技术》2021年第7期方案三：平板式线圈结构虽然电感值仅有几微亨或几十微亨，但体积小，比较薄，发射面积和接收面积均比其他方式大，节省空间，提高收发线圈的效率，适用于固定位置进行充电的无线电能充电装置中。综合考虑采用方案三。5整流电路的论证与选择方案一：单相半桥整流—开关管数量少，成本相对较低，抗不平衡能力强。方案二：单相全桥整流—驱动电路较复杂，但在相同的开关电流和电源输入电压下，全桥式的输出功率是半桥式的两倍。综合考虑采用方案二。6充电后小车自行启动方案对比方案一：用抽绝缘片的方式控制小车立即启动用绝缘片隔绝电路，但是需要在每次出发前人为插绝缘片，1分钟计时到后，再人为抽离，使得电路接通，小车得电启动。方案二：用舵机配合继电器的方式控制小车立即启动在一次侧，继电器控制发射线圈所在电路，用舵机进行绝缘片的抽拔，实现自动化。另外，充电时继电器不工作，断电时继电器工作，有效节省电能，提高用电效率。综上采用方案二。7小车循迹方式对比方案一：前驱型—动力传递直接，减少了损耗，运转效率更高，但是操控性较差，转向不足。方案二：后驱型—操控性好，起步加速好，有利于起步、转向，缺点是动力损耗较大。综合考虑采用方案二。系统理论分析与计算：7.1无线电能传输方式的分析 7.1.1磁感应谐振式无线电能传输原理磁感应谐振式无线电能传输系统的发射线圈和接收线圈有着相同的频率，当发射线圈和接收线圈中产生相同的驱动信号时，两线圈发生谐振，当产生谐振时磁耦合回路中的阻抗最小，一次侧的发射线圈能高效率的将电能通过磁场耦合将电能传送到二次侧的接收线圈。7.2无线充电电路的计算 7.2.1频率线圈电阻 R、线圈分布电容 C、线圈电感 L 构成了 RLC 谐振电路，谐振频率为：f = 7.2.2电感一般情况，线圈绕制紧密、线圈匝数多，线圈的电感值就比较大；线圈内部加入铁心比无铁心的线圈电感值大[2]。对于谐振耦合线圈来说，电感值的大小要根据整个磁耦合谐振式无线电能系统来确定，谐振耦合线圈电感计算公式为：L = 经过测量，r=4.5cm，N=4，a=0.2cm，计算得到L = 3×10-6H7.2.3电容将绕制谐振耦合线圈的每匝导线当作均匀的圆柱体，两匝线圈之间的匝间电容为：式中，a为线圈导线的界面半径，r为谐振线圈的平均半径，[图片]为空气介数，h为谐振耦合相邻线圈圆心之间的距离。N 匝谐振耦合线圈的分布电容为：C=C1/（N-1）7.2.4磁感应谐振式无线电能传输拓扑为了提高磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输功率和传输效率，需要对一次侧和二次侧电路加入谐振补偿[3]。本设计选用S-P补偿，即一次侧串联电容、二次侧并联电容进行补偿。7.3超级电容选值的计算电容值C=10-6εA/（3.6πF），它所储存的能量为E=0.5CU2[4]电路设计：1.系统总体框图（如图1.1）2.无限传能子系统框图（如图1.2、1.3、1.4）

基于ZigBee技术的酒店安全监控设计

摘要:本文介绍的是一种基于ZigBee技术的酒店安全监控设计,采用传感器实时监测环境变化,监测点接入ZigBee通信网络,当发生灾情时候能迅速的进行灾情上传,开启报警设备。文中还给出了相应的系统设计方案。

关键词:ZigBee技术 低功耗 安全监控

目前,人员聚集密度较高场所的安全隐患问题一直是我们关心的。基于此,本文针对酒店火灾、盗抢安全隐患提出以无线传感器网络技术为基础,构建酒店全方位无线传感器监测网络,结合ZigBee通信技术,实现对酒店区域的智能化信息管理、实时监控,并通过采集数据、分析和处理数据,达到酒店安全监控实时报警。

1 ZigBee通信技术

Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词,这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌人各种通信数传设备。

Zigbee技术突出优势:(1)低成本:免协议专利费、免执照频段使用;(2)低功耗,两节普通5号干电池可使用6个月到2年;(3)低速率,只有10kbps到250kbps专注于低传输应用;(4)近距离,其传输范围一般介于10m～100m之间,在增加射频(RF)发射功率后,亦可增加到1km～3km;(5)短时延,Zigbee的响应速度较快,通常时延都在15毫秒至30毫秒之间;(6)大容量,Zigbee可采用星状、树状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254个子节点,同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000个节点的大网;基于上述特点可看出Zigbee主要应用于短距离范围内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间,因此Zigbee技术十分适合应用于智能化信息管理系统之中。

2 监控系统设计

现有设计基本上是采用有线接入方式,对综合布线工程要求较高,施工复杂,且有诸多安全隐患。本文设计思想为传感设备进行信息采集通过无线传输单元(Zigbee)进行信息汇集,可视系统规模设定管理区域,汇集后的数据送至控制中心,控制中心可实行有人与无人值守,完成相关必要操作。本文设计系统可分三个部分:无线传感监控单元、无线网络数据传输单元、远端管理单元。

序号：

编码：

双臂可移动式遥控机器人

双臂可移动式遥控机器人

II

摘 要

本项目是一台远距离遥控的履带式双机械臂机器人,主要执行地震救援,排爆,危险环境监测和侦查等人难以接近的危险场所的工作。双机械臂采用电动推杆进行驱动，使得单臂负载力达到30kg。采用两种不同的无线数据传输技术，实现了机械臂和机械手动作信息采集无线数据传送，以及机器人运动参数及动作控制命令的无线数据传送，结合短距离传输和中远距离数据传输两种无线传输方式，保障机器人在1500m范围内的无线控制。双机械臂结构，既可以单臂独立工作，又可以双臂配合工作，利用机器人运动学方程的正、逆解，结合控制算法巧妙地解决了双臂干涉问题。采用拟人化的控制方式，使得本机器人具有较好的可控性。 关键词： 双臂 电动推杆 遥控 机器人 双臂可移动式遥控机器人

III

Abstract

This project is a distance remote caterpillar robot with double-arm manipulator, which mainly takes the dangerous jobs on the certain inaccessible hazardous location instead of people, such as earthquake rescue, explosive ordnance disposal and dangerous environmental monitoring and detection. The double-arm manipulator driven by electric rod makes the single arm bear up to 30 kg .The application of two kinds of different wireless data transmission technology realizes the wireless data transfer for action information collection between the mechanical arm and manipulator and for the motion parameters and action control command, meanwhile, combined with short and medium-long distance data transmission, it guarantees the wireless control of robot within the 1500 meters. Double mechanical arm structure can work independently and arm with arms. Arms interference can be avoided skillfully by solution of robot kinematics equations to the positive and inverse work and in combination with the control algorithm. The anthropomorphic control mode makes this robot a better controllability. Keyword: double-arm linear actuator remote control robot 双臂可移动式遥控机器人

科技信息　高校理科研究　

基于ＭＳＰ４３０和ＤＳ　１　８Ｂ２０晌智鹾温度趁测系统晌设计　

郑０＇１１牧业工程高等专科学校信息工程系　焦阳　张彤　

［摘要］介绍了一种以１６位单片机ＭＳＰ４３０Ｆ１４９为控制核心，利用数字化温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０实现温度测量的智能温度检测系　

统．详细论述了该系统的硬件组成和软件设计，给出了关键部分的电路图，相应的ＭＳＰ４３０Ｆ１４９单片机温度测量程序．实验结果表明　

该智能温度检测系统具有低成本、可靠性高、结构简单、・巨能稳定、经济实用等特点，可根据不同需要可应用于多种工农业温度检测　

领域．　

【关键词］ＭＳＰ４３ＯＦ１４９　ＤＳ１８Ｂ２０温度检测系统　

１、引言　

随着设备的电气化和自动化程度不断提高，对设备和环境进行实　

时监控显得尤为重要。传统的测温器件热敏电阻测出的～般是电压，需　

要再转化为相应的温度，这就要有其它的外部硬件的支持。因此硬件电　

路比较复杂，设计成本也比较高。本智能温度检测系统采用的是一种改　

进型智能温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０，数字温度传感器通过单总线与单片机　

连接，系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度　

测量，也可应用于仓库测温、高层空调控制和农业生产过程监控等领　

域。　

２、温度检测系统硬件构成　

该温度检测系统由主控制器ＭＳＰ４３０Ｆ１４９、存储模块ＡＴ２４Ｃ０２、液　

晶显示模块ＨＴＭＩ６０２Ａ、语音报警模块ＩＳＤ１４２０、矩阵键盘和单总线接　

若干温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０组成。系统硬件框图如图１所示。由图可见，　

多点温度测量电路只占用了ＭＳＰ４３０Ｆ１４９的一个普通ＩＯ口，系统资源　

利用率较高。　

图１系统硬件总体电路图　

２．１　ＤＳ１８Ｂ２０　

２．１．１　ＤＳ１８Ｂ２０的内部结构　

ＤＳ１８Ｂ２０的内部结构如图２所示【１，主要由四部分组成：光刻ＲＯＭ、　

温度传感器、非易失性的温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ配置寄存器。　

ＤＳＩ８Ｂ２０可以有多种封装形式，在ＴＯ一９２封装中，如图２（ａ）所示，ＧＮＤ