磁共振耦合无线电能传输系统空间磁场分布测控系统设计

摘要

磁共振耦合无线电能传输技术是当前电能传输领域的前沿课题，提高传输距离和传输效率是该技术推广应用亟待解决的重要技术问题。国内外对该问题进行了大量研究，本文在对现有研究方法深入分析的基础上，将现有方法归纳为间接反推法和直接分析法两大类。间接反推法主要是在测试系统中，改变收发距离、系统谐振参数及其他关键电路参数，获取不同的参数下的输入输出功率，进而，反推系统传输效率、互感耦合系数，验证现有理论模型。直接分析法则是直接测量空间磁场强度，建立空间磁场分布模型，分析获取磁场参数，从而理解掌握系统，解决目前存在问题。由于空间磁场是磁共振耦合无线电能传输系统的能量传输的媒介，基于空间磁场测量分析的直接分析法是解决该技术问题的最直接有效的方法。
　　针对磁共振耦合无线电能传输系统的空间高频磁场的测量，本文提出了一种分布式高频磁场测量方法，实现空间高频磁场参数的精密测量。针对该方法进行了详细的测控系统方案设计;探讨了数字化磁传感器设计、磁传感面阵设计，分布式总线设计、电机驱动伺服系统设计及测控台结构系统设计;基于电磁感应法制作了磁传感器，详细介绍了其阻抗匹配，程控放大，采样保持等调理电路的制作;组建了由多个磁传感器节点构成的磁传感器面阵;制定了一主多从的上下位机通信协议;编制了上下位机系统软件。
　　实验制作了长度5米的精密平移测控台，并在此基础上，对由36个磁传感子节点组成的面阵系统进行了软硬件验证试验;试验结果表明系统工作正常，软硬件可靠，实现了空间高频磁场的分布式采集，达到了预期目标。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 磁共振耦合无线电能传输技术国内外发展现状

1．2．2 解决传输系统技术问题方法总结

1．2．3 研究目的

1．3 本课题主要研究内容

第二章 系统方案设计

2．1 系统整体方案设计

2．1．1 磁传感器面阵方案设计

2．1．2 上位机系统方案设计

2．1．3 伺服系统方案设计

2．1．4 平移测控台方案设计

2．2 本章总结

第三章 硬件电路设计

3．1 磁传感器节点电路设计

3．1．1 磁传感器线圈设计

3．1．2 调理电路设计

3．1．3 数字电路设计

3．2 通信系统电路设计

3．3 伺服系统电路设计

3．3．1 步进电机选型

3．3．2 步进电机控制

3．4 本章总结

第四章 系统软件设计

4．1 上位机软件设计

4．1．1 上位机界面布局

4．1．2 上位机后面板程序设计

4．1．3 上位机状态机设计

4．1．4 上位机事件处理程序

4．1．5 上位机串口通信设计

4．1．6 上位机界面功能展示

4．2 磁传感器节点软件设计

4．3 通信协议制定

4．3．1 通信协议解析

4．3．2 上位机与下位机通信流程

4．4 伺服系统软件设计

4．5 本章总结

第五章 机械结构设计

5．1 SolidWorks简介

未标题

5．3 磁传感器面阵结构设计

5．4 电机支架结构设计

5．5 测控台结构设计

5．6 本章总结

第六章 系统实验与测试

6．1 硬件电路测试

6．1．1 放大电路实验验证

6．1．2 采样保持电路实验验证

6．2 系统软件测试

6．3 实验结果

6．4 磁传感器标定

6．5 本章总结

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间获取的科研成果