Grensesnitt for trådløs kommunikasjon og energioverføring

Abstract

Bacheloroppgaven gikk ut på å utvikle et grensesnitt for trådløs kommunikasjon og energioverføring over spoler. Systemet består av to noder, en primær- og en sekundærnode. Hver node er inndelt i tre hoveddeler: kraftelektronikk, kommunikasjonselektronikk og mikrokontrollerelektronikk. I denne oppgaven ble kommunikasjonen realisert med Bluetooth, og derfor inngår kommunikasjonselektronikken i mikrokontrollerelektronikken. Inkludert i mikrokontrollerelektronikken er også en sensormodul som skal måle inngangsstrømmen og -spenningen til kraftelektronikken. Det har i tillegg blitt laget et C#-basert grafisk brukergrensesnitt for overvåking og styring av systemet. Systemet kan brukes uavhengig av brukergrensesnittet.

Kraftelektronikken i primærnoden forsynes med 10 V - 24 V og maks 8 A. Den forsynte energien overføres induktivt til kraftelektronikken i sekundærnoden, som bruker energien til å drive seg selv, og en ekstern last. Mikrokontrolleren i hver node forsynes med en egen kraftforsyning som kan levere 5 V og omtrent 100 mA. Kommunikasjonselektronikken består av to enkelte Bluetooth-moduler som er montert på hver sin mikrokontroller. Bluetooth-modulene kobler seg til hverandre automatisk ved oppstart, og står for kommunikasjon mellom primær- og sekundærnoden. Kommunikasjonshastigheten til Bluetooth-modulene er konfigurert til å være 115200 baud. Det er i tillegg montert en sensor på hver mikrokontroller. Ved forespørsel fra mikrokontrolleren foretar sensoren målinger av inngangsstrømmen og -spenningen til kraftelektronikken i den respektive noden. Det grafiske brukergrensesnittet kan kobles til én node om gangen og brukes til å kommunisere med systemet, i tillegg til andre enheter koblet til systemet. Brukergrensesnittet kan også presentere målingene av strøm og spenning som umiddelbare verdier, og i et plott.

Under bacheloroppgaven ble det også prøvd ut forskjellige metoder for å overføre data mellom primær- og sekundærnoden over spolene som er brukt for kraftoverføring, hvor kun prinsippene ble utprøvd. Deriblant ble overlagring av en sinus på kraftsignalet testet for å legge grunnlaget for frekvensskiftmodulasjon (FSK). I tillegg ble prinsippet for dataoverføring ved å amplitudemodulere kraftsignalet utprøvd.

The main task in this bachelor thesis was to develop an interface for wireless communication and energy transfer over coils. The system consists of two nodes, a primary and a secondary node. Each node is divided into three main parts: power electronics, communication electronics and microcontroller electronics. In this task, the communication was realized with Bluetooth, and therefore the communication electronics are included in the microcontroller electronics. Included in the microcontroller electronics is also a sensor module that will measure the input current and input voltage of the power electronics. In addition, a C# -based graphical user interface has been created for monitoring and controlling the system. The system can be used independently of the user interface.

The power electronics in the primary node are supplied with 10 V - 24 V and a maximum of 8 A. The supplied energy is inductively transferred to the power electronics in the secondary node, which uses the energy to drive itself, and an external load. The microcontroller in each node is supplied with a separate power supply that can supply 5 V and approximately 100 mA. The communication electronics consist of two individual Bluetooth modules that are mounted on separate microcontrollers. The Bluetooth modules connect to each other automatically at start-up, and are responsible for the communication between the primary and secondary node. The communication speed of the Bluetooth modules is configured to be 115200 baud. A sensor is also mounted on each microcontroller. At the request of the microcontroller, the sensor makes measurements of the input current and input voltage of the power electronics in the respective node. The graphical user interface can be connected to one node at a time and can be used to communicate with the system, in addition to other devices connected to the system. The user interface can also present the measurements of the current and the voltage as immediate values, and in a plot.

During the bachelor thesis, different methods were also tested for transferring data between the primary and secondary nodes over the coils used for power transmission, however only the concepts were tested. Among other things, superimposition of a sine on the power signal was tested to lay the foundation for frequency shift modulation (FSK). In addition, the principle of data transmission by amplitude modulating the power signal was tested.