▌无线信标功能
在 第十六届全国大学生智能车竞赛 竞速组比赛中，有一组节能信标组。它使用带有无线充电线圈的信号源，能够为比赛的车模提供：
- 最大功率100W无线充电 ；
- 由无线充电高频磁场提供无线导航；
- 红色、红外灯光导航；
- 通过上面的霍尔传感器检测车模是否经过信标。
在最初发布的竞赛比赛规则中，对于信标无线充电的规格初步设定为无线充电频率为200kHz，满载功率为100W。根据 最近公布《无线充电（电力传输）设备无线电管理暂行规定》公开征求意见 给出的 无线充电（电力传输）设备无线电管理 暂行规定 对于无线充电设备，特别是移动、便携式无线充电设备所使用的频率和额定功率给出了要求：
▲ 移动充电设备技术要求
为了满足无线充电设备管理规定，将无线信标的充电频率设定为150kHz，满载功率限制在50W。
下面对有龙邱公司提供的无线信标电路组件进行功能测试。
▲ 有待进行测试的无线充电信标主板和发光盘
▌充电功率测试
1.无线电能接受电路
使用200股的Litz线制作的接收线圈，它的电感大约为29uH。可以计算出对于150kHz频率所对应的LC谐振电容的容量大约为：38.8nF。将接收线圈与发送线圈中心对齐，相距大约2.5厘米。
▲ 用于无线电能接收线圈
使用简单的LC串联再加上全波整流组成接收电路，后面接上有三个30Ω功率电阻并联（10Ω）组成的电阻负载。
▲ 使用简单的LC串联再加上全波整流组成接收电路
2.功率限制
为了测试无线充电电路对于功率的限制，使用 DH1766线性三路可编程直流电源 给无线充电板提供电压可调的工作电压。工作电压从10V逐步调到24V。通过测量10Ω负载上的电压可以达到接收到的电能功率。同时从DH1766中读取输出的电流值，确定电源输出功率。
下图显示了工作电压升高过程中，输出负载上的电压与功率变化曲线。可以看到当电压超过16V时，输出功率开始受到限制。最终当电压升高到24V，负载接受功率大约为38W。
▲ 随着母线电压变化，负载电压与功率变化
下图反映了发送电路板工作电流随着提供的电压升高而变化的情况。从它的变化曲线来看，可以更加直接反映出无线发送对于功率的限制。可以看到当电源输出电压坑啊16V，输出电流便被限制在2.2A一下。当电源电压为24V时，输出电流被限制在2.1A。此时电源输出功率为：2.1×24=50.4W。再由负载的功率为38W，可以计算式此时电能传输效率为：75%左右。
▲ 母线电压与母线电流
如果要保证接受到的功率不小于50W，按照75%的传送效率，需要电源提供的功率应该为66.7W。在24V下，对于工作电流限制应该为2.8A。
▌发光盘功能测试
发光盘将会位于发送线圈的中间，与发送线圈一起摆放在地面上。其上将会由一块圆形缓慢隆起的所料壳覆盖，这样便于无线车模行驶到信标上进行无线充电。
1.发光盘构造与功能
发光盘的结构如下图所示：
▲ 信标灯的灯盘，上面配置有红色LED，红外LED，HALL传感器
（1）光电引导
发光盘上包括有内外两圈LED。内圈是八组发射红色光的LED，红光LED闪烁的频率为5Hz；外圈是12个发送红外光线的LED。红外光线的LED闪烁的频率为40kHz。它们可以为竞赛车模提供可见光与红外光的引导。
如果使用普通的摄像头，通过红外滤波片，可以只对红外光线进行检测，这样便可以提高对于环境光线的适应度。下图是早期参赛同学们使用摄像头对于第一代光电信标拍摄的镜头。
▲ 使用红外滤波片之后摄像头获得信标的图像
（2）霍尔检测
传统的信标使用线圈对车模的触发磁铁进行检测。由于无线信标在平时工作时，发送高强度交变磁场，所以不能够在使用线圈对车模进行检测。在光盘的外圈设置了八个全极性霍尔传感器，用于检测到车模底盘上的磁铁。当车模经过发光盘上面，或者停止在发光盘上面时，任何一个霍尔传感器被触发之后，便可以告知信标控制器切换到下一个信标。
由于车模需要停留在信标上进行无线充电。所以只要检测到霍尔被磁铁触发，无线线圈便会始终工作，直道车模离开信标灯。
2.功能测试
无线信标的功能如下：
- 当信标在接收中控器命令点亮之后，它同时发送无线充电型号；此时无线充电信号与红外、红色光同时为导航信号；
- 当车模进入光盘上，触发HALL之后，信标停止发光。 同时触发中控器点亮下一个信标。这个功能与传统的信标灯功能相同。
- 只要霍尔检测到车模磁铁，无线电能发送始终进行。当车模离开信标，无线发送停止。
下图显示了信标开始被命令点亮，同时发送无线电能信号。手持磁铁触发霍尔时，信标停止。只要霍尔被磁铁触发，无线电能发送始终进行。
▲ 基本功能测试
▌测试总结
通过初步测试了第一版无线信标灯的基本功能，确认了第十六届智能车竞赛无线节能组的基本工作参数和流程。相比与去年11月份公布的比赛规则，其中无线发送的频率改为150kHz，最大充电功率限制在50W。
关于无线信标的最终规格文档，将会根据送交的信标模块进行测试之后最终发布在竞赛网站：
https://smartcar.cdstm.cn
■ 相关文献链接:
- 第十六届全国大学智能汽车竞赛竞速比赛规则
- 100W无线电耦合功率测试实验
- 《无线充电（电力传输）设备无线电管理暂行规定》公开征求意见
- 无线充电（电力传输）设备无线电管理 暂行规定
- DH1766线性三路可编程直流电源
