CN113985170A - 基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线电能传输装置的传输效率测量技术领域，公开了一种基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***及方法，电压电流测量装置由电压电流测量模块、电源模块、SWD下载接口、485通讯模块和MCU模块组成；用霍尔库伦计测得电流，电压通过电阻分压得到；之后再经过AD转换将数据传送到MCU模块中，MCU模块和PC端之间通过485通讯将数据包传输数据，将接收到的数据包经过代码处理提取有效的电压电流值，PC端通过SWD下载接口显示并保存数据。本发明采用串口通讯的方式，实现了对数据进行自动记录和处理，有利于使用者对数据进行分析对比和保存，使用高精度霍尔库伦计测量数据，提高了***的准确性和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于无线电能传输装置的传输效率测量技术领域，尤其涉及一种基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***及方法。
背景技术
无线电能传输装置中发射端和接收端的电压电流往往需要进行效率测量，现有的效率测量***大都是使用单片机为主控芯片，电压传感器和电流传感器为测量模块，在数码管上显示出测得的物理量。现有的技术虽然可以测量到电压电流，也可以通过计算得到传输效率，但需要人为地观察、记录，比较繁琐，无法实现对数据进行自动记录和处理，这样的技术不利于使用者对数据进行分析对比；其次，现有的技术使用了电压传感器和电流传感器，这些器件存在精度低、受温度变化导致不稳定等缺点。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***及方法,以解决目前无线电能传输装置中发射端和接收端的电压电流不易测量，传输效率需手动计算的的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***及方法的具体技术方案如下：
一种基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***，由无线电能传输装置和电压电流测量模块和PC端三部分组成，所述无线电能传输装置是由发射端和接收端两部分组成，所述发射端和接收端之间通过电磁耦合装置实现电能的无线传输，所述发射端和接收端的电路中，各有一套电压电流测量装置，所述电压电流测量装置由电压电流测量模块、电源模块、SWD下载接口、485通讯模块和MCU模块组成；所述电压电流测量模块中的霍尔库伦计测得电流，电压通过电阻分压得到；之后再经过AD转换将数据传送到MCU模块中，MCU模块和PC端之间通过485通讯将数据包传输到PC端，PC端根据485通讯协议，将接收到的数据包经过代码处理提取有效的电压电流值，PC端通过SWD下载接口显示并保存数据。
进一步的，所述电源模块包括24V转5V降压电路和5V转3.3V降压电路；所述485通讯模块包括USB转485通讯电路和485转TTL通讯电路，USB转485通讯电路和485转TTL通讯电路通过接插件H1和H2连接。
进一步的，所述24V转5V降压电路中的U1的VIN端口连接24V电源、电容C1的正极和电容C2的一端，U1的VOUT端口连接电容C3的一端和电容C4的正极以及输出端；U1的GND端口、C1的负极、C2的另一端、C3的另一端以及C4的负极接地；U1的型号为L7805,C1、C2、C3、C4的电容值分别为220uF、0.1uF、0.1uF、47uF。
进一步的，所述5V转3.3V降压电路中U2的VIN端口连接24V转5V降压电路的输出端以及电容C5的一端，U2的VOUT端口连接电容C6的一端以及输出端；电容C5、电容C6以及U2的GND端口接地；U2的型号为AM1117，电容C5和电容C6的阻值为10uF。
进一步的，USB转485通讯电路的JU1为USB接口，连接到PC端，485转TTL通讯电路的U5通过UTX、URX、PA2与MCU模块的主控芯片UF连接，其中主控芯片UF的PA2端口接MAX485的使能端，决定MAX485的工作状态为发送状态或接收状态。
进一步的，所述USB转485通讯电路中JU1的UBUS端口连接5V电源，JU1的UD-端口连接U3的VD-端口，JU1的UD+端口连接U3的VD+端口，JU1的GND端口接地；U3的GND端口接地，U3的TXD端口连接U4的DI端口，U3的RXD端口连接U4的RO端口，U3的V3端口连接电容C8的一端，电容C8的另一端接地；U3的VCC端口连接5V电源以及电容C9的一端，电容C9的另一端接地；U3的TNOW端口连接U4的RE端口和DE端口；U4的VCC端口连接5V电源和电容C10的一端，电容C10的另一端接地；U4的B端口连接电阻R1的一端以及插件H1的第一端口，U4的A端口连接电阻R1的另一端以及插件H1的第二端口，U4的GND端口接地；U3的型号为CH340B，U4的型号为MAX485，电容C8、C9、C10的电容值为0.1uF，电阻R1的阻值为1k。
进一步的，所述485转TTL通讯电路中的U5的RO端口连接主控芯片UF的URX端口；U5的RE端口和DE端口连接主控芯片UF的PA2端口；U5的DI端口连接主控芯片UF的UTX端口；U5的VCC端口连接5V电源和电容C11的一端，电容C11的另一端接地；U5的B端口连接电阻R4的一端以及插件H2的第一端口；U5的A端口连接电阻R4的另一端以及插件H2的第二端口；U5的GND端口接地；U5的型号为MAX485，电容C11的电容值为0.1uF，电阻R4的阻值为1K。
进一步的，所述主控芯片UF的型号为STM8L151F3-TSS020，J1的第一端口连接电源VCC, J1的SWIN端口连接主控芯片UF的PA0端口，J1的NRST端口连接主控芯片UF的PA1端口；主控芯片UF的PB2和PB1端口分别连接ADC1和ADC2；J1为SWD。
进一步的，电流测量电路中P2的第一端口连接5V电源；P2的第二端口接地，P2的第三端口连接无线电能传输装置，P2的第四端口连接ADC1；所述电压测量电路中的P3的第一端口Voltage-in连接电阻R2的一端，P3的第二端口接地；电阻R2的另一端连接ADC2、电容C7的一端和电阻R3的一端；电阻R3的另一端和电容C7的另一端接地；电阻R2的阻值为10K，电阻R3的阻值为1K，电容C7的电容值为0.1uF。
本发明还公开了一种基于无线电能传输装置的传输效率自动测量方法，包括如下步骤：
第一步，创建串口对象并进行初始化串口号和波特率；
第二步，将读取数据的字符串指令转化为字节形式，发送指令到电压电流测量模块；
第三步，电压电流装置返回数据包到PC端，数据包中的有效数据位包含测量到的电压值和电流值；
第四步，串口验证设备号，接收数据包；
第五步，将接收到的数据包转化为字符串形式；
第六步，根据通讯协议，分割字符串，将字符串中表示电压和电流的有效数据位分割出来；
第七步，对数据进行解析，将数据转化为十进制数，计算得到输入功率、输出功率和传输效率，将数据在PC端显示并保存。
本发明的基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***及方法具有以下优点：本发明采用串口通讯的方式，将测量采集到的数据即时发送并保存至PC端，并且使用代码自动计算出功率和传输效率，实现了对数据进行自动记录和处理，有利于使用者对数据进行分析对比和保存，另外使用高精度霍尔库伦计测量数据，提高了***的准确性和稳定性。
附图说明
图1为本发明的自动测量***工作流程示意图；
图2为本发明的电压电流测量装置结构框图；
图3为本发明的24V转5V降压电路原理图；
图4为本发明的5V转3.3V降压电路原理图；
图5为本发明的USB转485通讯电路原理图；
图6为本发明的485转TTL通讯电路原理图；
图7为本发明的主控芯片及SWD下载接口电路原理图；
图8为本发明的电流测量电路原理图；
图9为本发明的电压测量电路原理图；
图10为本发明的PC端获取和处理数据的程序流程图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***及方法做进一步详细的描述。
本发明的基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***，由无线电能传输装置和电压电流测量模块和PC端三部分组成，其工作流程图如1所示。首先，无线电能传输装置是由发射端和接收端两部分组成，它们之间通过电磁耦合装置实现电能的无线传输，从而实现对负载供电。
在发射端和接收端电路中，各有一套电压电流测量装置，如图2所示，电压电流测量装置由电压电流测量模块、电源模块、SWD下载接口、485通讯模块和MCU模块组成。其中电压电流测量模块中的霍尔库伦计测得电流，电压通过电阻分压得到；之后再经过AD转换将数据传送到以STM8L151F3为主控芯片的MCU模块中，MCU模块和PC端之间通过485通讯将数据包传输到PC端，PC端根据485通讯协议，将接收到的数据包经过代码处理提取有效的电压电流值，PC端通过SWD下载接口显示并保存数据。
电源模块包括24V转5V降压电路和5V转3.3V降压电路。如图3所示，24V转5V降压电路中的U1的VIN端口连接24V电源、电容C1的正极和电容C2的一端，U1的VOUT端口连接电容C3的一端和电容C4的正极以及输出端。U1的GND端口、C1的负极、C2的另一端、C3的另一端以及C4的负极接地。U1的型号为L7805,C1、C2、C3、C4的电容值分别为220uF、0.1uF、0.1uF、47uF。
如图4所示，5V转3.3V降压电路中U2的VIN端口连接24V转5V降压电路的输出端以及电容C5的一端，U2的VOUT端口连接电容C6的一端以及输出端。电容C5、电容C6以及U2的GND端口接地。U2的型号为AM1117，电容C5和电容C6的阻值为10uF。
485通讯模块由两部分组成，分别是USB转485通讯电路和485转TTL通讯电路，两部分通过接插件H1和H2连接，是连通电流电压测量装置和PC端的通信通道。JU1为USB接口，连接到PC端，U5通过UTX、URX、PA2与MCU模块的主控芯片UF连接，其中主控芯片UF的PA2端口连接MAX485的使能端，决定MAX485的工作状态为发送状态或接收状态。如图5所示，USB转485通讯电路中JU1的UBUS端口连接5V电源，JU1的UD-端口连接U3的VD-端口，JU1的UD+端口连接U3的VD+端口，JU1的GND端口接地。U3的GND端口接地，U3的TXD端口连接U4的DI端口，U3的RXD端口连接U4的RO端口，U3的V3端口连接电容C8的一端，电容C8的另一端接地。U3的VCC端口连接5V电源以及电容C9的一端，电容C9的另一端接地。U3的TNOW端口连接U4的RE端口和DE端口。U4的VCC端口连接5V电源和电容C10的一端，电容C10的另一端接地。U4的B端口连接电阻R1的一端以及插件H1的第一端口，U4的A端口连接电阻R1的另一端以及插件H1的第二端口，U4的GND端口接地。U3的型号为CH340B，U4的型号为MAX485，电容C8、C9、C10的电容值为0.1uF，电阻R1的阻值为1k。
如图6所示，485转TTL通讯电路中的U5的RO端口连接主控芯片UF的URX端口。U5的RE端口和DE端口连接主控芯片UF的PA2端口。U5的DI端口连接主控芯片UF的UTX端口。U5的VCC端口连接5V电源和电容C11的一端，电容C11的另一端接地。U5的B端口连接电阻R4的一端以及插件H2的第一端口。U5的A端口连接电阻R4的另一端以及插件H2的第二端口。U5的GND端口接地。U5的型号为MAX485。电容C11的电容值为0.1uF，电阻R4的阻值为1K。
如图7所示，MCU模块的主控芯片UF的型号为STM8L151F3-TSS020。J1的第一端口连接电源VCC, J1的SWIN端口连接主控芯片UF的PA0端口，J1的NRST端口连接主控芯片UF的PA1端口。主控芯片UF的PB2和PB1端口分别连接ADC1和ADC2。J1为SWD。
电流测量电路使用霍尔库伦计，电压测量电路采用电阻分压的方式，其中P3代表无线电能传输装置中发射端和接收端中的任意一端电路。图中的Current-in为无线电能传输装置中发射端或接收端任意一端的电流，Voltage-in为无线电能传输装置中发射端或接收端任意一端的电压。如图8所示，P2的第一端口连接5V电源。P2的第二端口接地，P2的第三端口连接无线电能传输装置，P2的第四端口连接ADC1。如图9所示，P3的第一端口Voltage-in连接电阻R2的一端，P3的第二端口接地。电阻R2的另一端连接ADC2、电容C7的一端和电阻R3的一端。电阻R3的另一端和电容C7的另一端接地。电阻R2的阻值为10K，电阻R3的阻值为1K，电容C7的电容值为0.1uF。
如图10所示，为PC端获取和处理数据的程序流程图。第一步，创建串口对象并进行初始化串口号和波特率；第二步，将读取数据的字符串指令转化为字节形式，发送指令到电压电流测量模块；第三步，电压电流装置返回数据包到PC端，数据包中的有效数据位包含测量到的电压值和电流值；第四步，串口验证设备号，接收数据包；第五步，将接收到的数据包转化为字符串形式；第六步，根据通讯协议，分割字符串，将字符串中表示电压和电流的有效数据位分割出来；第七步，对数据进行解析，将数据转化为十进制数，计算得到输入功率、输出功率和传输效率，将数据在PC端显示并保存。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***，由无线电能传输装置和电压电流测量模块和PC端三部分组成，所述无线电能传输装置是由发射端和接收端两部分组成，所述发射端和接收端之间通过电磁耦合装置实现电能的无线传输，其特征在于，所述发射端和接收端的电路中，各有一套电压电流测量装置，所述电压电流测量装置由电压电流测量模块、电源模块、SWD下载接口、485通讯模块和MCU模块组成；所述电压电流测量模块中采用霍尔库伦计测得电流，电压通过电阻分压得到；之后再经过AD转换将数据传送到MCU模块中，MCU模块和PC端之间通过485通讯将数据包传输到PC端，PC端根据485通讯协议，将接收到的数据包经过代码处理提取有效的电压电流值，PC端通过SWD下载接口显示并保存数据。
2.根据权利要求1所述的基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***，其特征在于，所述电源模块包括24V转5V降压电路和5V转3.3V降压电路；所述485通讯模块包括USB转485通讯电路和485转TTL通讯电路，USB转485通讯电路和485转TTL通讯电路通过接插件H1和H2连接。
3.根据权利要求2所述的基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***，其特征在于，所述24V转5V降压电路中的U1的VIN端口连接24V电源、电容C1的正极和电容C2的一端，U1的VOUT端口连接电容C3的一端和电容C4的正极以及输出端；U1的GND端口、C1的负极、C2的另一端、C3的另一端以及C4的负极接地；U1的型号为L7805,C1、C2、C3、C4的电容值分别为220uF、0.1uF、0.1uF、47uF。
4.根据权利要求3所述的基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***，其特征在于，所述5V转3.3V降压电路中U2的VIN端口连接24V转5V降压电路的输出端以及电容C5的一端，U2的VOUT端口连接电容C6的一端以及输出端；电容C5、电容C6以及U2的GND端口接地；U2的型号为AM1117，电容C5和电容C6的阻值为10uF。
5.根据权利要求2所述的基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***，其特征在于，所述USB转485通讯电路的JU1为USB接口，连接到PC端，所述485转TTL通讯电路的U5通过UTX、URX、PA2与MCU模块的主控芯片UF连接，其中主控芯片UF的PA2端口接MAX485的使能端，决定MAX485的工作状态为发送状态或接收状态。
6.根据权利要求5所述的基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***，其特征在于，所述USB转485通讯电路中JU1的UBUS端口连接5V电源，JU1的UD-端口连接U3的VD-端口，JU1的UD+端口连接U3的VD+端口，JU1的GND端口接地；U3的GND端口接地，U3的TXD端口连接U4的DI端口，U3的RXD端口连接U4的RO端口，U3的V3端口连接电容C8的一端，电容C8的另一端接地；U3的VCC端口连接5V电源以及电容C9的一端，电容C9的另一端接地；U3的TNOW端口连接U4的RE端口和DE端口；U4的VCC端口连接5V电源和电容C10的一端，电容C10的另一端接地；U4的B端口连接电阻R1的一端以及插件H1的第一端口，U4的A端口连接电阻R1的另一端以及插件H1的第二端口，U4的GND端口接地；U3的型号为CH340B，U4的型号为MAX485，电容C8、C9、C10的电容值为0.1uF，电阻R1的阻值为1k。
7.根据权利要求6所述的基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***，其特征在于，所述485转TTL通讯电路中的U5的RO端口连接主控芯片UF的URX端口；U5的RE端口和DE端口连接主控芯片UF的PA2端口；U5的DI端口连接主控芯片UF的UTX端口；U5的VCC端口连接5V电源和电容C11的一端，电容C11的另一端接地；U5的B端口连接电阻R4的一端以及插件H2的第一端口；U5的A端口连接电阻R4的另一端以及插件H2的第二端口；U5的GND端口接地；U5的型号为MAX485，电容C11的电容值为0.1uF，电阻R4的阻值为1K。
8.根据权利要求7所述的基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***，其特征在于，所述主控芯片UF的型号为STM8L151F3-TSS020，J1的第一端口连接电源VCC, J1的SWIN端口连接主控芯片UF的PA0端口，J1的NRST端口连接主控芯片UF的PA1端口；主控芯片UF的PB2和PB1端口分别连接ADC1和ADC2；J1为SWD。
9.根据权利要求8所述的基于无线电能传输装置的传输效率自动测量***，其特征在于，电流测量电路中P2的第一端口连接5V电源；P2的第二端口接地，P2的第三端口连接无线电能传输装置，P2的第四端口连接ADC1；所述电压测量电路中的P3的第一端口Voltage-in连接电阻R2的一端，P3的第二端口接地；电阻R2的另一端连接ADC2、电容C7的一端和电阻R3的一端；电阻R3的另一端和电容C7的另一端接地；电阻R2的阻值为10K，电阻R3的阻值为1K，电容C7的电容值为0.1uF。
10.一种利用如权利要求1-9任一项所述的传输效率自动测量***进行无线电能传输装置传输效率自动测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，创建串口对象并进行初始化串口号和波特率；
第二步，将读取数据的字符串指令转化为字节形式，发送指令到电压电流测量模块；
第三步，电压电流装置返回数据包到PC端，数据包中的有效数据位包含测量到的电压值和电流值；
第四步，串口验证设备号，接收数据包；
第五步，将接收到的数据包转化为字符串形式；
第六步，根据通讯协议，分割字符串，将字符串中表示电压和电流的有效数据位分割出来；
第七步，对数据进行解析，将数据转化为十进制数，计算得到输入功率、输出功率和传输效率，将数据在PC端显示并保存。
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