[A-电动小车动态无线充电系统] 山东赛区_A题_80%_山东大学_三轮结构带循迹

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二氧化硅

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查看: 3865回复: 11 发表于 2019-8-28 17:16:52   只看该作者
从大一刚入学开始,加入了我们学校的电子设计协会,开始接触电赛相关的基础知识,可惜的是去年的我资历尚浅,没敢参赛,一直在犹豫自己是不是应该参加一次。
直到大一暑假结束,第一次参加智能车竞赛,从此走上了科创之路;学长斩获TI杯全国最高奖更是让我兴奋不已。于是从大二就开始在各大QQ群、论坛潜水,疯狂地学习着电赛需要的知识,自学了模电、电力电子等课程,对待知识像如饮甘霖一般。

开赛前一个月,跟着一位去年做电源题的学长开始准备2019年的电赛,我们从MOS管选型开始,准备各种电源题可能用得到的模块,他设计的三半桥板,既可以做DC-DC双向变换,又可以做单相逆变、三项逆变;我们还设计了LM5121升压模块(效率94%);LM5117降压模块(效率96%);可调节PFC;高精度电流监测模块;STM32单片机底座等等,东西太多,已经记不清了,前前后后打板费都花了近2000块。

可让所有人没想到的是,今年电赛没有传统的A题,我们顿时心都凉了,只能硬着头皮选了A题,因为我有一年参加智能车比赛的经历,没想到这成了暑假最大的遗憾。队员花了一上午上手了Tiva,觉得不好用,下午立刻换上了F5529,从0开始,到傍晚已经弄出了完整的底层库,只预留出了函数接口,代码能力非常强。
我们其他人去设计小车机械,买了几公斤的乐高积木,搭起了一辆小车,采用6V100转的减速电机驱动轮子。虽然整车最后只有280g,但是我们采用了四个红外传感器去循迹,双电机驱动的三轮车,功耗极高,最多只能循迹四圈,方案由此宣告失败。后来了解大,山东赛区基本上没人采用传感器循迹,大多依靠小车本身机械结构去实现走圆,怪不得可以跑出几十圈的成绩,这又是我们的一次失败。

总体充放电方案是,线圈给电容组充电,电容放电升压至5V,通过图腾柱式电路驱动电机,5V给5529板子供电,同时给四个传感器供电,后来为了降低功耗,传感器供电采用3.3V,5529开启低功耗模式,不过对于我这个方案来说效果不大,哈哈哈。关于题目上一些定点停车发车的要求,我们采用的是定时器定时,这样成功率非常高。

最后,这次比赛唯一让我感到欣慰的是,解决了一直无法实现充电立即显示充电状态的问题,后来我们想到用工字电感和发射线圈互感获得能量,在两端并联一个LED灯来指示状态,完全满足题意,这个想法让我们足足兴奋了一个晚上,当然我们四天三夜一点没睡,可惜的是测评专家对我们这个不屑一顾,认为不存在这种可能,只需要充电后一段时间亮灯即可,有点小小的失落。

比赛没能取得好成绩,有很多很多,选题错误,方案设计不合理,封箱前一天烧了唯一一对发射线圈,我自己忙着参加智能车国赛没能全身心投入,自己水平尚且不够等等原因。
不念过往,不畏将来,智能车国一给我这个暑假,大学两年画上了一个完美的句号,电赛的失利永远是个遗憾,希望明年TI杯能够满足我的心愿。

最后送给大家一句我喜欢的话:怕什么真理无穷,进一寸有一寸的欢喜!(匆忙发帖,有点啰嗦,想交流技术的同学可以加我QQ:3177033502)



电动小车动态无线充电系统
摘要
本系统采用了电磁感应式无线充电线圈,对超级电容进行充电;由超级电容和boost升压电路为系统供电;系统利用MSP430F5529单片机对小车循迹进行闭环控制,利用红外对管检测赛道,提供小车循迹的控制信号,经过单片机控制小车转向实现循迹。系统实现了充电状态指示、小车循迹、定点检测、动态充电的功能,定点检测误差不超过10cm,充电效率高,充电60s时,未动态充电行进最远可达800cm,动态充电时行进最远可达1000cm。

关键字:电磁感应、超级电容、动态充电、循迹检测、MSP430F5529

一、  方案论证与比较
(一)无线充电模块
方案1:由无线模块接收到的能量产生的电压,经过LM5117稳压给法拉电容进行恒流充电,经过AMS1117给单片机供电,并由单片机对电压信号进行采样,通过DAC8552控制LM5117实现输出电压的稳定。法拉电容的输出经过boost升压电路驱动电机驱动模块。
优点:该方案可实现大电流快速充电,电容组能存储更多电量
缺点:电路复杂,恒流控制不稳定,且输入功率较小,实现困难

方案2:由接收线圈直接给法拉电容组充电,由于充电电流限制,需要多个法拉电容串联,并且串入0.22欧姆水泥电阻限流,使电容组更易充电。
优点:充电回路简单,小电流恒流充电,效率较高
缺点:充电速度较慢,且不可控制,充电起步较困难

综上所述,选择可控恒流充电的方案一

(二)法拉电容供电电路   
方案1:降压电路,采用多个法拉电容串联,充电至较高电压,使用降压控制器,稳定输出5V电压值给主回路供电。
优点:Buck电路电能转化效率较高
缺点:电容组无法短时间内充电到较高电压,且电容组的电压值不得低于5V才能正常工作,至少需要两节以上电容串联,储存能量利用率较低。

方案2:升压电路,采用两个法拉电容并联,最大充电电压为5.4V,采用降压芯片,DPS63020,该芯片转化效率高达95%,最低输入电压为1.8V,电容组电压在1.8V至5V之间,均可稳定输出5V。
优点:电路简单,稳定可靠,宽电压输入,储能电能利用率高
缺点:boost电路效率相对较低;最小输入1.8V电压仍较高,储能电能利用率有待提高。

综上所述,考虑到电路的稳定可靠和电能利用率,所以选择方案二

(三)电机驱动模块
方案1:全桥MOS管驱动
由4个MOS H桥结构,通过电荷泵驱动器2104驱动MOS管栅极,控制MOS管分别导通和关断。

方案2:图腾柱式驱动
采用互补对称的PNP管和NPN管驱动单个MOS,控制其导通和关断,单片机PWM信号实现电机调速。

综上,全桥驱动电路驱动能力强,但整体功耗大,图腾柱式驱动电路简单,稳定可靠,后期且可直接采用PWM信号直接驱动MOS管栅极,进一步降低功耗,选择方案2。

(四)最终方案设计
本系统采用基于电磁感应的无线充电装置,对电动小车搭载的超级电容进行充电,超级电容经由boost电路稳压作为电动小车的供电系统,实现了电动小车的无线充电功能。其中,boost电路输出固定的5V电压对MCU及检测模块进行供电,由电机驱动模块和MCU对电机进行控制。通过4个红外对管对小车进行赛道循迹控制。选用互感传感器检测小车的充电状态。系统结构框图如图1所示。
帖子图片.png

如果同学们想要查看报告完整内容可以下载附件:
010A031.zip (289.07 KB, 下载次数: 215)

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发表于 2019-8-29 11:57:32   只看该作者

学长,TI杯~~   大概知道了, 2018年的模拟专题邀请赛.

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发表于 2019-8-29 13:54:55   只看该作者
可以可以  希望同学你能继续努力!

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发表于 2019-8-31 18:11:47   只看该作者
shengxiang 发表于 2019-8-29 11:57
学长,TI杯~~   大概知道了, 2018年的模拟专题邀请赛.

嘿嘿嘿,一直以学长为榜样

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一粒轻沙

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发表于 2019-9-1 10:05:44   只看该作者
最后复测里面让正反跑,机械结构导向的都不行

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一粒轻沙

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发表于 2019-9-1 12:26:41   只看该作者
杰哥,加油!!!我永远是你的小迷妹

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发表于 2019-9-1 14:37:21   只看该作者
小柏QAQ 发表于 2019-9-1 12:26
杰哥,加油!!!我永远是你的小迷妹

你是???

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一粒轻沙

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发表于 2019-9-1 16:20:20   只看该作者
学弟加油~
18年邀请赛见证了控院大佬夺杯,今年也实现自己的目标,每年准备电赛的时候就是我成长最快的时候

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发表于 2019-9-3 15:55:12   只看该作者
younger1513 发表于 2019-9-1 10:05
最后复测里面让正反跑,机械结构导向的都不行

国赛还是相对公平的

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一粒轻沙

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发表于 2019-11-5 21:02:25   只看该作者
感谢分享!

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二氧化硅

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发表于 2019-11-6 13:23:42   只看该作者
谢谢分享

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一粒轻沙

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发表于 2021-9-11 10:39:57   只看该作者
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