1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 研究目的及意义

智能硬件是继智能手机之后的一个科技概念，通过软硬件结合的方式，对传统设备进行改造，进而让其拥有智能化的功能。智能硬件的关键在于提供一个解决方案，帮助人们把某样事物变得比以往简单方便，如可穿戴设备，智能家居等概念，而分布式智能硬件可以使智能硬件的功能更加完善。

尽管分布式智能硬件具有广泛的应用前景，但是能源问题限制了其应用和发展。一般分布式智能硬件都需要一次性电池作为能源，因为其中会涉及到多个传感器，经常更换这些传感器的节点电池有些时候是难以实现的，因此远距离无线能量传输就变得很有必要。无线能量传输技术是一种通过真空或空气介质传播电磁波以实现电能传输的技术。目前，对于长距离的能量传输而言，激光和微波被认为是最有应用前景的两种传输载体。

2. 研究的基本内容与方案

本文以激光无线能量传输为背景，利用激光器和光电池完成电-光-电能量转换，设计并制作一套应用于分布式智能硬件的激光光电能量传输设备，达到可以给短时用电电路供能的目的。发送端主要由STM8单片机模块，3V继电器模块，904nm红外接收模块以及808nm半导体激光器模块组成；接收端主要由GaAs光电池，NCP1422升压模块，5.5V超级电容，STM8单片机模块，燃气灶点火电路以及904nm红外发射模块组成。具体需要设计的硬件电路为：发送端的单片机A最小系统，继电器驱动模块，红外接收模块；接收端的NCP1422升压模块，单片机B最小系统，以及红外发射模块。首先对激光器和光电池部分进行测试，再对升压电路进行设计和调试，完成对超级电容的充电后，再对超级电容电量检测部分进行编程和测试，接着进行红外对射的实验，最后对整个逻辑进行整合。整个系统中，最核心的部分为激光器和光电池的能量转换部分，因此需要对如何提高光电池的输出功率及效率进行测试和分析，例如改变激光器的焦距、两者之间的距离等，以得到较高的输出效果。

工作流程为：一开始，继电器处于闭合状态，激光器正常工作，光电池接收到激光之后会产生电压，经过升压模块给超级电容充电，单片机B通过内部AD检测超级电容两端电压，当充满电后，随即通过红外发射模块发射红外信号，当红外接收管接收到红外信号后，单片机A随即控制继电器断开激光器电源，结束充电过程。由于接收端单片机和点火电路工作都会消耗超级电容的电量，当超级电容电量低于一定值时，单片机B经过同样的路径，给单片机A发送信号，单片机A再控制继电器打开激光器电源，从而继续为超级电容充电。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需理论基础。确定方案，完成开题报告。

第4－5周：熟悉掌握基本理论，完成英文资料的翻译，熟悉开发环境。

第6－9周：编程实现各算法，并进行仿真调试。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 杨鹏.激光无线电力传输效率的研究[d].南京航空航天大学,2012.

[2] 乔良,杨雁南.激光无线能量传输效率的实验研究[j].激光技术,2014,(5):590-594.doi:10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.05.003.

[3] 崔晓阳,洪延姬,金星等.激光辐照下光电电池的极限能量转化效率研究[j].激光与红外,2016,46(4):406-411.doi:10.3969/j.issn.1001-5078.2016.04.005.