小车充电一分钟，到底能跑多远？

我们是来自西北大学信息科学与技术学院的A题参赛队伍（余昊 李承志 惠玉皎），在2019年电赛中获得A题国家一等奖，很高兴受到达尔闻的邀请来给大家分享。

你们队有妹子做车吗？

我们的小车在复测的过程中，基础部分的得分是62.2圈，发挥部分的是73.5圈。在达尔闻之前的推文里，我们看到A题的TOP1跑了45圈，那么很多小伙伴可能会问：“你们跑的圈数那么多，为什么不是TOP1呢？”我们会在后面的部分详细的跟大家说说。

先给大家说说我们作品的实现过程

轨道部分：使用MSP432P401R单片机实现无线充电的控制，由其输出的四路PWM信号分别控制四个无线充电模块，实现最大功率点跟踪、计时、小车位置检测和动态无线充电控制功能。小车采用15F超级电容器作为储能元件，使用MSP430F5529单片机作为主控制器，实现了充电状态检测、循迹和电机驱动的功能。

发射端：

小车端：

经过对题目的研究和交流讨论，我们认为要做好A题的关键在于提高无线充电的效率、电源的利用率和小车的能效这三个方面，接下来我们将为大家介绍我们在针对这三个方面做出的优化方案。

1.如何提高无线充电的效率？

要提高无线充电效率，就得从接收和发射方案选择上下功夫。

我们无线充电发射部分使用的是单管驱动LC谐振回路的方法，使用单片机直接产生PWM波通过场效应管驱动电路驱动场效应管。这个方案相对于半桥、全桥等无线输电方式具有更简单的电路、更便捷的控制和更高的无线充电效率。由于我们队去年选择的也是无线充电电动车的题目，当时也尝试了很多方案，做了足够多的探索，今年就没有在无线充电方案的选择上花费太多的时间。主要的工作是需要做实验测量出驱动场效应管的方波的频率和占空比的最佳关系式，方便自由控制无线充电输出的功率。

无线接收部分我们创新性地将电源中常用的同步整流技术应用在无线输电的半桥整流电路中，我们使用UCC24612同步整流控制器和场效应管替代传统的整流二极管，可以消除二极管正向导通电压降带来的损耗，使无线充电的效率最高可达70%以上，使用了同步整流可以将无线充电效率提高10%左右。

我们发现在不加隔磁片时，由于无线充电时在小车上的金属部分感应出涡流降低了充电效率，因此我们在无线充电线圈的发射和接收线圈背面都粘贴了隔磁片以屏蔽磁场对周围金属的影响，减少额外的能量损耗。

2.如何提高电源的利用率？

在该题中电源以5V，1A供电一分钟最多可提供300J的能量，从电源获得的能量越多，小车跑的越远。我们通过检测电源的输出电压和电流，计算出最大功率点，再通过PID调节输出的PWM频率与占空比，实现最大功率点跟踪的功能。经测试，我们的作品充电60秒可从电源获取约290J的能量，能沿轨道行驶约70圈。

在发挥部分的动态充电过程中，底板通过分别安装在充电线圈旁四个光敏电阻检测小车的位置，以实现“智能充电控制”的功能——当检测到小车在充电线圈上时，开启相应线圈的无线充电功能，否则关闭无线充电，以减少能量浪费。

充电器程序流程图

3.如何提高小车能效？

我们认为电机的选型最能决定小车的能效，由于该题中小车只需要在水平地面上循迹行驶，对电机的扭矩和功率的要求不高。比赛期间我们也购买尝试了许多不同型号、不同减速比的电机，最后我们选用N20微型减速电机，该电机不仅能满足该题的需求，而且对能耗控制十分出色，很适合该题的需求。

小车上的DCDC变换电路也是采用高效率的TPS63020自动升降压方案将超级电容的电压变换为3.3V为小车上所有的电路供电。考虑到小车上单片机的计算量并不大，我们将单片机的时钟频率降低至1MHz并开启低功耗模式进一步降低功耗。

制作过程中遇到的问题、遗憾

先说说电赛的经历吧。我们在去年电赛做过无线充电小车，今年在刚看到A题时就低估题目的难度和工作量，前两天我们都在不紧不慢的做小车和焊接电路，到第三天才开始制作底板，花了一天多的时间在木板上凿槽、铺设线圈和传感器，才发现时间已经不够用了，第四天大家才手忙脚乱的赶在截止时间前把作品调试完成。当时交作品的时候胶水还没干透，在运输过程中轨道又是倾斜摆放的，导致无线输电线圈位置滑移、倾斜，轨道不平整。测试时险些卡住小车，这是当时考虑不周的地方。

此外在作品制作过程中我们没有考虑到小车逆向行驶的情况，因为轨道是一个完整平滑的圆，因此我们通过提前调节左右电机的转速比，外加反射式红外循迹进行微量反馈调整，这就使得我们顺向的循迹足够平滑，损耗也就降到了最低。但在国测时专家要求小车逆向行驶，我们的小车自然也就难以达到预期的效果，当时只行驶了半圈多就冲出轨道，没有拿到TOP1也是我们这次最大的遗憾。

最后总结一下我们电赛的几点感悟，希望能帮到同学们：

1.首先电赛前期准备和训练非常重要。

我们大家赛前都积极训练，根据往年的出题方向准备了很多常用模块。多多动手实践，多积累经验。

2.在电赛期间一定要安排好时间。

提前制定任务计划，尽早将系统搭建完成，要给机械制作和系统调试留出足够多的时间。

3.一定要注意仔细研读题目，考虑问题要全面。

这点确实很难却必须要重视。要多积累和总结往届电赛的经验和注意事项，多练习读题，多和老师、同学们沟通讨论。

4.注重基础能力的训练。

基本功一定要多训练！在做电赛训练的过程中一定不能忽视夯实基础功，注重练习电路设计、焊接和调试的能力。

最后的最后，我们要感谢邓老师、李老师的辛勤指导和学院的大力支持！

END达尔闻 TI杯及国一优秀作品方案解析系列
C题线路负载及故障检测装置（湖南理工学院）F题测多少张纸才能获得国一？（上海海事大学）H题国一电磁炮打靶，做过才知道多心酸(河北地质大学)B题轴距仅210mm的四旋翼有多稳（上海大学）D题简易放大器电路特性仪，拿国一不简易（南京邮电大学）F题纸张计数精准测量出200张纸？！（湖南师范大学）A题无线充电小车，车小能量大（南京邮电大学）达尔闻 2019年电赛培训及猜题，采访集锦国奖出炉！竞赛获奖名单，戳这里>>
9万+直播在看的电赛猜题文字版，戳这里>>2019电赛题目公布，戳这里>>电赛最受关心的问题及解答，戳这里>>国一师兄提前带你终极测评，戳这里>>西电李同学的综测详解，戳这里>>复测现场，达尔闻采访优秀队伍，戳这里>>2019年电赛综合测评TOP作品一览，戳这里>>

达尔闻为参加电赛的同学们准备了以下课程：

10uV的小信号以及频率响应曲线测量

毕业设计开班啦！达尔闻秋季大事件

达尔闻携全球分销商-得捷电子（Digi-key）带来17讲毕设系列线上课程。

讲师：毕设导师，名校博士/硕士，资深工程师，知乎大神，B站Up主

课程内容：从选题、基础知识补足，毕设题目拆解教学到毕设案例分享。

时间：2019年9月-2019年12月

福利：丰富的毕设资料、项目方案，免费开发板等，立即占座：

方式一，毕业设计-得捷 交流qq群：657307701

方式二，识别下方二维码进微信交流，如群满可添加妮姐微信：459888529