一種模塊化無線供電書桌的設(shè)計獲獎科研報告摘

要：現(xiàn)如今插排的大量的使用，造成了家庭中的電路過于凌亂，最終可能會有比較大的安全隱患。與導(dǎo)線連接的供電方式相比，無線充電更加的安全方便。本文提供了一種基于QI無線充電系統(tǒng)的模塊化無線充電式書桌的設(shè)計思路。

關(guān)鍵詞：無線充電;模塊化

一、無線充電的簡介

無線充電技術(shù)其實并不是一項新興的技術(shù)。早在1890年在尼古拉·特斯拉就已經(jīng)做了有關(guān)無線充電的設(shè)想，早期的交流發(fā)電技術(shù)其實就是現(xiàn)代化無線充電技術(shù)的雛形。但是當時由于交流電沒有廣泛的被人們所接受，無線充電技術(shù)也便沒有受到人類的重視。

近幾年來，由于蘋果手機推出了自己的具有無線充電功能的手機，又重新將這一技術(shù)引入了大眾們的視野，受到了社會各界的廣泛關(guān)注。

現(xiàn)在常用的無線充電技術(shù)主要有兩種方式。一種是小功率的電磁感應(yīng)式無線充電，其基本原理是首先在初級線圈產(chǎn)生一定頻率的交流電，通過電磁感應(yīng)在次級線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從發(fā)射端傳送到接收端。另一種為大功率的諧振式無線充電技術(shù)，諧振式充電利用的磁共振原理，首先使供電線圈的處于自諧振狀態(tài)，諧振頻率與受電線圈的諧振頻率一致時，受電線圈也處于自諧振狀態(tài)，則兩個線圈就會交換彼此的能量，從而進行供電。

二、QI無線充電系統(tǒng)簡介

QI無線充電系統(tǒng)屬于利用電磁感應(yīng)原理進行近距離小功率的無線供電的方式。它主要由基站和移動設(shè)備兩大部分組成?；究梢园粋€或多個發(fā)射端，發(fā)射端將提供用以接收的能量。移動設(shè)備包含一個接收端用來提供電能給用電器，接收器還將為發(fā)射器提供信息。發(fā)射器內(nèi)有能量轉(zhuǎn)換單元，將電能轉(zhuǎn)換為無線能源信號，接收器內(nèi)的能量收集單元則將無線能源信號轉(zhuǎn)換為電能。接收器將根據(jù)需要將電能輸送至負載，發(fā)射器根據(jù)接收器的需要適配能量傳遞。

三、無線充電書桌的設(shè)計

（一）結(jié)構(gòu)部分

該書桌主要由主體部分和可更換模塊部分兩部分構(gòu)成。

1.主體部分

書桌主體部分上方由一塊可以進行翻轉(zhuǎn)的非導(dǎo)磁性蓋板，蓋板在翻轉(zhuǎn)時可將書桌上方進行完全覆蓋，蓋板下方是有矩陣式切割盲孔的書桌主體，每一個盲孔上有兩個同心環(huán)形電級。書桌內(nèi)部設(shè)有總開關(guān)，變壓模塊，單片機，藍牙模塊，n*m的矩陣電路，以及繼電器模塊。每一個矩陣電路的節(jié)點處接入繼電器的輸入端，盲孔上的電級接入繼電器的輸出端。選通單片機的輸出口接入與繼電器輸入端相連的矩陣電路，選通單片機的輸入口接入藍牙模塊。

2.可更換模塊部分

另外一部分為內(nèi)部鑲嵌了QI發(fā)射端的可更換模塊部分，木塊的形狀與孔洞相匹配。木塊的下方是QI發(fā)射端的兩同心環(huán)形電極，在可更換模塊部分放入主體部分后，QI發(fā)射端的兩極可以與孔洞上的兩極對應(yīng)相連。在書桌上的盲孔可以根據(jù)需要來進行含有QI發(fā)射端的可更換模塊的接入。

（二）控制原理

打開總開關(guān)后，變壓器將220V的交流電轉(zhuǎn)換成5V直流電進而實現(xiàn)對矩陣電路與單片機的供電。

使用時人們將書桌上的蓋板掀開，同時將所需要的可更換模塊部分置于書桌的主體部分孔洞的內(nèi)部，關(guān)閉蓋板后孔洞上的兩極將與可更換模塊上的兩極對應(yīng)相連。之后通過藍牙的連接，進而通過手機APP對書桌上的可更換模塊中的QI發(fā)射端進行選通，進而進行對無線供電區(qū)域的選通。同時將小燈泡，小風(fēng)扇等用電器與QI接收端相連接，將QI接收端置于用電器底部，從而只要將用電器放在選通區(qū)域上即可通過QI無線充電裝置的輸入輸出端的感應(yīng)來完成對家具的無線供電或者將支持無線充電的手機放在書桌上從而對支持無線充電手機進行供電。

在QI發(fā)射器損壞時，僅僅需要將蓋板掀開，然后對含有QI發(fā)射端的可更換模塊部分進行更換即可。

四、創(chuàng)新點及應(yīng)用

1、通過模塊化的設(shè)計思路，使得在某一QI線圈損壞后可以直接對其進行更換，從而大大減低的檢修的成本。

2、由于供電部分與用電裝置之間以磁場的方式傳送能量，兩者之間不用導(dǎo)線連接，因此充電器及用電的裝置都可以做到無導(dǎo)電接點外露，保證了使用上的安全。

3.該設(shè)計采用了藍牙模塊的選通性的控制，可以通過APP控制所需要進行無線供電的區(qū)域，從而可以實現(xiàn)對小家電的遠程操控。