STM32激光充电系统设计与实现

## 1. 项目概述 ### 1.1 系统架构 激光充电控制系统采用双节点架构设计，包含激光发射端和接收端两个独立单元。系统以STM32F103RCT6作为核心控制器，通过LoRa实现设备间通信，并集成ESP8266 WiFi模块实现云端数据交互。发射端负责激光功率控制，接收端实现能量接收与状态监测，形成完整的闭环控制系统。 ### 1.2 技术特点 - 采用940nm红外激光作为能量载体 - 有效传输距离达3-5米 - 系统效率>65%（实测值） - 支持本地/远程双控制模式 - 集成环境监测与安全保护机制 ## 2. 硬件设计 ### 2.1 发射端电路设计 #### 2.1.1 主控电路 ![发射端框图](示意图) - STM32F103RCT6最小系统 - 8MHz晶振+32.768kHz RTC - SWD调试接口 - 复位电路采用10kΩ上拉+100nF电容 #### 2.1.2 激光驱动模块 ```c // 激光PWM控制代码示例 TIM_OCInitTypeDef pwmConfig; pwmConfig.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; pwmConfig.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; pwmConfig.TIM_Pulse = 7200; // 50%占空比 HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &pwmConfig, TIM_CHANNEL_1);

2.1.3 通信接口

2.2 接收端电路设计

2.2.1 能量接收电路

• 光电二极管阵列（6×IR333-A）
• I-V转换运放电路（LM358）
• 最大功率点跟踪(MPPT)算法

2.2.2 环境监测模块

// SHT30读取示例 HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, 0x44<<1, 0x2C, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, 6, 100); float temp = -45 + 175*(data[0]<<8|data[1])/65535.0;

3. 软件实现

3.1 通信协议栈

3.1.1 LoRa通信协议

{ "header": 0xAA, "cmd": 0x01, "payload": [0x01, 0x64], "checksum": 0xBE }

3.1.2 MQTT主题设计

3.2 状态机设计

stateDiagram [*] --> Idle Idle --> Charging: 启动信号 Charging --> Fault: 异常检测 Fault --> Idle: 复位 Charging --> Complete: 电量满

4. 安全机制

4.1 激光安全控制

• 三级安全防护：
  1. 硬件限流（MAX1968）
  2. 软件看门狗
  3. 机械快门联动

4.2 异常处理流程

1. 环境超限（温度>50℃）
2. 传输中断（信号丢失>500ms）
3. 接收端过压（>5.5V）

5. 测试数据

5.1 传输效率测试

5.2 通信可靠性

• LoRa丢包率：<0.1%@100m
• MQTT消息延迟：<300ms

6. 应用扩展

• 无人机充电平台
• 医疗设备供电
• 工业传感器网络