采用MCU控制的藍牙無(wú)線(xiàn)充電系統設計

　　目前市場(chǎng)上的電子產(chǎn)品層出不窮，各種電子產(chǎn)品的充電器也多種多樣，這樣既浪費資源，又不利于環(huán)保，更重要的是這些充電器不具備通用性，不方便用戶(hù)的使用。日常生活中，經(jīng)常會(huì )遇到手機、電腦等電量不足，急需充電的情況，而且不可能隨時(shí)攜帶充電器，導致手機充電很麻煩。有了無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)就可以在很大程度上減少這種麻煩。因此，設計基于MSP430F149的藍牙無(wú)線(xiàn)充電系統，擺脫以往電線(xiàn)的束縛，解決電子產(chǎn)品充電接口不兼容的問(wèn)題。該設計具有攜帶方便、成本低、無(wú)需布線(xiàn)等優(yōu)勢，適用于各手持移動(dòng)設備以及小型用電器，不但環(huán)保并且方便了廣大的用戶(hù)。

　　1 整體方案設計

　　方案的主要任務(wù)是利用MCU MSP430F149控制藍牙模塊，實(shí)現藍牙手機與藍牙模塊的匹配，或者藍牙模塊之間的匹配。通過(guò)發(fā)射電路的單片機控制AD9851產(chǎn)生PWM波，控制IR2110產(chǎn)生100kHz的方波作為激勵信號，驅動(dòng)功率放大電路放大功率，并且其激勵信號頻率與線(xiàn)圈設定好的固有頻率接近時(shí)便產(chǎn)生諧振，能量便可以由發(fā)送端向接收端傳送，接收到的能量經(jīng)過(guò)整流穩壓電路實(shí)現恒壓輸出。當匹配成功后，通過(guò)接收電路的單片機控制TP4056充電管理模塊實(shí)現為鋰電池充電，電能充滿(mǎn)后給出提示且自動(dòng)停止充電。并通過(guò)電壓電流檢測模塊，實(shí)時(shí)檢測充電時(shí)的電壓與電流。整個(gè)充電過(guò)程可以通過(guò)按鍵進(jìn)行控制，實(shí)現藍牙配對連接、斷開(kāi)和藍牙關(guān)閉功能，并具有液晶顯示功能。

　　2 硬件電路設計

　　2.1 硬件總體設計

　　整個(gè)系統主要由藍牙發(fā)射與接收模塊、磁耦合諧振模塊、電壓電流檢測模塊、顯示與按鍵控制模塊、充電管理模塊、單片機控制電路和系統供電組成。藍牙發(fā)射與接收模塊采用BC04MM藍牙模塊;磁耦合諧振模塊由AD9851產(chǎn)生PWM波電路、IR2110驅動(dòng)電路、線(xiàn)圈發(fā)射及接收電路和整流穩壓電路組成;充電管理模塊采用TP4056產(chǎn)生4.2 V/500 mA的恒定電流/恒定電壓輸出;無(wú)線(xiàn)發(fā)送部分和無(wú)線(xiàn)接收部分的單片機控制電路主要完成藍牙模塊的控制、電壓電流的采集和實(shí)現按鍵模塊的控制功能等。藍牙無(wú)線(xiàn)充電系統設計框圖如圖1所示。

　　圖1 藍牙無(wú)線(xiàn)充電系統設計框圖

　　2.2 藍牙發(fā)射與接收模塊

　　BC04MM藍牙模塊支持UART，USB，SPI等接口，并支持SPP藍牙串口協(xié)議，可以方便與PC機的藍牙設備相連，也可以實(shí)現兩個(gè)模塊之間的數據互通。而且由于體積小、功耗低，可以集成到其他設備中或隨身攜帶。

　　2.3 磁耦合諧振模塊

　　磁耦合諧振技術(shù)是一種以電磁場(chǎng)為媒介，利用兩個(gè)或多個(gè)具有相同諧振頻率、高品質(zhì)因素的電磁諧振系統。該模塊是無(wú)線(xiàn)充電系統的關(guān)鍵，可分為發(fā)射電路和接收電路。其中發(fā)射電路由驅動(dòng)電路和功率放大電路構成。通過(guò)單片機控制AD9851產(chǎn)生PWM信號，控制IR2110工作，產(chǎn)生100kHz的方波作為激勵信號，驅動(dòng)諧振功率放大電路。

　　諧振功率放大電路由IRF540開(kāi)關(guān)管和LC并聯(lián)諧振電路構成。其中振蕩線(xiàn)圈選用直徑為3.8 cm，電感值為30μH的線(xiàn)圈，發(fā)射電路如圖2所示。

　　圖2 驅動(dòng)電路和功率放大電路

　　磁耦合諧振模塊中的接收電路由LC串聯(lián)電路、整流電路和穩壓電路構成。LC串聯(lián)電路中的接收線(xiàn)圈型號與發(fā)射線(xiàn)圈相同，當激勵信號頻率和線(xiàn)圈設定好的固有頻率接近時(shí)便會(huì )發(fā)生諧振，能量便可以由發(fā)送端向接收端傳送。整流電路選用肖特基管SS34構成全波整流電路，將交流信號轉化成直流信號。穩壓電路由LM2596及其外圍電路構成，因經(jīng)過(guò)全波整流后輸出電壓過(guò)高并且帶負載時(shí)不穩定，所以需要通過(guò)LM2596降壓實(shí)現8V的恒壓輸出，為后級電路提供穩定的電源。

　　2.4 充電管理模塊

　　該模塊采用充電管理芯片TP4056，該芯片是一款完整的單節鋰離子電池采用恒定電流/恒定電壓線(xiàn)性充電器，具有充電提示和自動(dòng)停止充電功能。將該芯片的使能端與單片機上的P5.3腳連接，通過(guò)單片機控制該芯片工作，在PROG腳接一個(gè)1.5kΩ的電阻接地設定BAT腳的輸出電流。通過(guò)實(shí)際電路測試，BAT腳可實(shí)現4.2 V/500 mA輸出。