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消防員終端嵌入式無線充電設計

消防員終端包含的內容很多,呼救器即是消防員目前進入火災現場必須攜帶的一個終端設備,此項目以目前已有產品(消防員呼救器)為基礎,就可充電電池的無線充電做一方便用戶使用的更改設計,當然對于所有便攜式設備的能量供應也都能如此應用。(本項目采用的是IDT 5W無線充電開發套件)

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團隊成員

謝振 經理

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項目簡介
消防員終端包含的內容很多,呼救器即是消防員目前進入火災現場必須攜帶的一個終端設備,此項目以目前已有產品(消防員呼救器)為基礎,就可充電電池的無線充電做一方便用戶使用的更改設計,當然對于所有便攜式設備的能量供應也都能如此應用。(本項目采用的是IDT 5W無線充電開發套件)
硬件說明

       火災與消防是一個非常古老的命題, 在各類自然災害中,火災是一種不受時間、空間限制,發生頻率很高的災害。這種災害隨著人類用火的歷史而伴生;以防范和治理火災的消防工作(古稱“火政”),也就應運而生。我國有文字以來,就有火災記錄。 事實上,文字出現之前,先民們早已遭到火災的焚掠,為了生存的需要,我們的祖先早就開始了防范和治理火災的消防工作。面對防范和治理火災,古代的思想家、政治家、法家和史家,則一向十分看重, 春秋早期在齊國任宰相并使齊國富強起來,一躍成為春秋“五霸”中第一位“霸主”的政治家管仲,他就把消防作為關系國家貧富的五件大事之一,提出了“修火憲”的主張;春秋晚期儒家的創始人孔子,是我國歷史上最著名的思想家,他所作的《春秋》及其后世門人所撰的《左傳》,記載了火災23次,數量之多,居所記各類災害的前列,開了國史記載火災的先河。

     今天,隨著經濟、社會的發展,火災也隨之增加,而消防治理、消防技術又都與時俱進,不斷發展。 數千年的人類歷史證明,消防是世界文明進步的產物,社會愈頻繁,防范和治理火災的消防工作愈顯重要,中國政府對于消防的強制性政策和法規的制定實施和監督力度前所未有,各級政府和部門對于消防的支持力度明顯加大,消防經費投入大幅增加,消防產品的需求日益增長,消防已形成一個巨大的產業,而其中消防員裝備占極大的市場份額,這些裝備的能源均為電池供電,有的是一次性電池,有的是可充電電池,都是有線充電模式,在一個只有幾個人的微型消防站中,消防員終端僅消防員呼救器的充電就是如圖(一)的情形,雜亂無章,緊急情況時不能快速地投入工作中,對于多個設備的充電更是如此。

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(圖一)雜亂無章的消防員呼救器充電現場

   

而使用無線充電方式就簡單可靠得多,如圖(二)所示。當然如做一個一體化的消防站無線充電臺,將更是漂亮簡潔、方便設備的充電使用。這也是很容易的事情,只要根據消防員便攜裝備(這里是呼救器)需無線充電的設備數量一一對應加上充電模塊即可。設備平常就放在無線充電發送端上,使用時拿走即可。消防員終端包含的內容很多,呼救器即是消防員目前進入火災現場必須攜帶的一個終端設備,此項目以目前已有產品(消防員呼救器)為基礎,就可充電電池的無線充電做一方便用戶使用的更改設計,當然對于所有便攜式設備的能量供應也都能如此應用。

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(圖二)消防員呼救器無線充電現場


一. 產品概述

該消防員呼救器技術指標符合國家標準GB27900-2011《消防員呼救器》。可充電,配有充電短路保護的充電箱,具有防水、防爆、耐擠壓、耐高低溫等性能。 

1.符合《消防員呼救器》的標準要求。具有時實溫度顯示功能,當外界溫度高于80℃時,提示消防員撤出火場,呼救器兩側具有專業照明鍵,呼救器可當臨時照明燈使用。 

2.方位燈功能:方位燈亮度為1.52×105cd/㎡,可視距離很遠(約2000米)。 

3.連續開機時間大于12小時。預報警聲響強度:≥85db(1m遠),強報警聲響強度:≥100dB(3m遠)。

4.具有與空呼系統配套的計時功能 

5.具有良好的防水防爆性能 ,呼救器在1米深水中放置2小時無滲漏、水氣等現象;呼救器自由落體1.2米4次無損壞,不影響正常使用。 

6.可充電電池供電。 

 

二.充電電路工作原理

    見圖(三),使用可充電電池提供能源,每一設備內均有各種保護功能的智能充電電路,外配有一個直流穩壓電源(俗稱手機充電器)。充電時,恒流充電,即電流一定,而電池電壓隨著充電過程逐步升高,當電池端電壓達到4.2V(±50mV),改恒流充電為恒壓充電,即電壓一定,電流根據電芯的飽和程度,隨著充電過程的繼續逐步減小,最后轉入涓流充電,從而保護電池不受傷害。

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圖(三)有線充電方框圖

 

三.充電部分整改方案

從產品概述中可看出,工作時呼救器的耗電量是較大的,特性1、2、3中高亮度照明燈和高分貝報警器這兩項消耗大量的能量,由于這種產品在火災現場使用,使用率不高但需要隨時保證電量充足,因此如何保證充電安全及方便隨時使用是該產品能否成功的關鍵因素。


原產品是經過長期現場考驗的成熟產品,實際效果滿足現場需要,所配鋰離子電池容量為550mAh,開始充電時為接近1C的高倍率恒流充電,1個多小時即可充滿。


為了測試驗證IDT 5W無線充電套件模塊,在呼救器內部充電保護電路單元做了一些改動,另外加了兩檔充電恒流源(接近0.5C和接近0.25C兩檔),電路方框圖見圖(四)。

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圖(四) 無線充電方框圖



軟件說明

不涉及到軟件

演示效果

人為改變恒流輸出時的測試圖如下:

充電電流為0.47A(接近1C)時,無線充電模塊的接收端輸出電壓為4.874V,見(圖五) 無線充電測試1。

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(圖五) 無線充電測試1

改變充電電流為一半時即為0.24A(接近0.5C)時,無線充電模塊的接收端輸出電壓為5.053V,見(圖六) 無線充電測試2。

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(圖六) 無線充電測試2

繼續降低充電電流為0.19A(接近0.25C)時,無線充電模塊的接收端輸出電壓為5.119V,見(圖七) 無線充電測試3。

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(圖七) 無線充電測試3

涓流充電充電電流為0.64uA時,無線充電模塊的接收端輸出電壓為5.252V,見(圖八) 無線充電測試4。

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(圖八) 無線充電測試4

涓流充電充電電流為0.06uA時,無線充電模塊的接收端輸出電壓為5.296V,見(圖九) 無線充電測試5。

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(圖九) 無線充電測試5

經過實測, IDT 5W無線充電套件模塊供電穩定,在所用的最大輸出范圍內長時間輸出時用手觸摸TX模塊和RX模塊沒有明顯發熱的感覺,后取消中間兩個輸出的恒流源恢復原內部充電電路,與外接有線電源同時測試設備進行比較, 經過反復長時間測試兩種供電特性沒有差別,都能夠很好滿足這個項目供電使用要求。



四.總結

我們知道,任何一個成功的產品最重要的因素就是安全、效率以及成本,無線充電技術的發展已解決了這幾個問題,安全問題,用戶使用便捷性問題,成本問題等等都已不成問題, 無線充電市場的巨大潛力將很快被強力的市場需求引爆。


經過我們的親身測試,我們感覺IDT無線充電模塊(5W)質量非常好,容錯性、安全可靠性、穩定性都是很好的,自拿到模塊后一直通電,這兩個月來環境溫度變化很大,但其性能很穩定,RX板輸出端短接好幾次都能很正常工作。邀請我們產品的客戶現場觀看,也都是很贊賞,都覺得很有實用價值,都愿意使用這種產品。


這兩個月來的測試和設計,使我們有信心使用IDT的無線充電產品,有信心IDT Inside的產品肯定能夠取得巨大的成功。下一步將把IDT的無線充電產品全面發展運用到消防員終端設備上,手持萬用表上,以及其它不同類別的便攜式產品中。


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