一、 作品信息

作品名称：“光引活水，无线可能”——基于光伏直驱的农田电磁阀无线电能传输系统设计

参赛单位：石河子大学

指导教师：龚立娇

团队成员：陈海潮、张煜坤、张鹏飞、宋玉津、张旭

获奖信息：第五届象新力杯－开放创新赛道自由选题类－一等奖

二、 作品介绍

粮食安全是国家安全的重要基石，国家持续推进高标准农田建设，大力普及节水智慧灌溉。灌溉电磁阀作为节水灌溉的核心执行单元，其供电可靠性直接决定智慧灌溉落地成效。当前各类供电方案难以适配规模化农田偏远地块，制约智慧节水灌溉大规模推广。

针对以上现实难题，石河子大学聚创未来团队研发了基于光伏直驱的农田电磁阀无线电能传输系统。系统将太阳能就地转化为电能，依靠磁耦合谐振技术实现非接触无线供电，摆脱田间布线束缚，为农田各类灌溉电磁阀提供稳定可靠供电，助力低成本智慧节水灌溉落地大田生产。

三、 核心创新

1、等匝间距耦合线圈多物理场联合优化设计，提升无线传能效率

针对农田复杂安装工况，对谐振线圈开展电磁电路多物理场联合仿真，采用等匝间距绕制方案，确定线圈最优参数。有效改善磁场分布不均问题；同时完成线圈间距、偏转角度扫描分析，明确线圈最佳工作区间，在农田安装存在一定偏移的工况下依旧维持较高传输效率。

2、T 型等效网络建模，实现多规格电磁阀恒压输出适配

针对传统三线圈互感模型交叉耦合效应处理不足的问题，建立 T 型变压器等效网络模型，协同优化补偿电容与等效变比。实现接收端恒压输出，系统输出稳定，满足多种型号田间电磁阀供电需求。

3、光伏直驱 + 三线圈中继谐振架构，农田场景稳定无线供电

采用含中继 S/S/S 三线圈磁耦合谐振 MCR-WPT 系统架构，搭配 STM32 主控、H 桥高频逆变、全桥同步整流、BOOST 变换完整硬件控制链路。光伏板可以布置在光照条件最优位置，发射端与接收端非接触传能，规避田间线缆腐蚀、破损难题；电流纹波≤0.5A，满足农田现场电磁兼容要求，实现模块化部署，故障诊断简单便捷，无需冗长线缆逐段排查。

四、 应用前景

产品面向大田、设施大棚规模化智慧灌溉场景，光伏直驱无线供电方案，大幅削减线缆采购、施工以及后期运维成本。除灌溉电磁阀外，系统还可拓展应用于农田土壤传感器、田间监测终端等农业物联网设备供电。

在高标准农田建设全面推进的时代背景下，该系统为智慧农业终端供电难题提供全新技术路线，市场推广前景广阔。