一、硬件设计方案

1. 无线充电发射模块

主控芯片：采用高性能的微控制器，如 STM32H7 系列，负责整个系统的控制和协调。

驱动电路：选用高效的无线充电专用驱动芯片，如 IDT P9242 ，能产生稳定的高频交流信号。

功率放大器：采用基于 GaN（氮化镓）的功率放大器，以提高效率和功率输出能力。

谐振网络：由高品质的电感和电容组成，工作在 100 - 205kHz 的标准无线充电频率。

大面积发射线圈阵列：由多个小型线圈组成的阵列，均匀分布在 1 平方米的充电区域下方。每个线圈都通过独立的开关与驱动电路连接。

位置检测传感器：在充电区域周围安装多个红外接近传感器和磁场传感器，用于检测手机的位置和方向。

2. 无线充电接收模块

接收线圈：采用与发射频率匹配的小型接收线圈，安装在手机背壳内。

整流滤波电路：由高效的肖特基二极管和陶瓷电容组成，将接收的交流信号转换为直流。

充电管理芯片：如 Dialog Semiconductor 的 DA9318 ，负责控制充电过程，确保安全和高效充电。

3. 电源管理模块

交流 - 直流电源：采用高效率的开关电源，将市电转换为适合系统工作的直流电压。

稳压电路：为各个模块提供稳定的直流电源，降低电源噪声对系统的影响。

4. 通信模块

蓝牙低功耗（BLE）模块：用于与手机进行通信，获取手机的充电需求和状态信息。

二、软件设计方案

1. 发射端软件

初始化与配置：对主控芯片、驱动电路、传感器和通信模块进行初始化设置。

位置检测算法：

实时读取红外接近传感器和磁场传感器的数据。

通过算法分析数据，确定手机在充电区域的位置和方向。

根据位置信息，控制相应位置的发射线圈开关接通。

功率控制算法：

根据手机的充电需求和位置，动态调整发射功率。

采用反馈控制机制，确保充电效率和安全性。

通信协议处理：

与接收端（手机）建立蓝牙连接，接收充电请求和状态信息。

按照约定的协议格式进行数据解析和处理。

故障监测与处理：

实时监测系统的温度、电压、电流等参数。

当出现异常时，及时采取保护措施，如降低功率、关闭部分线圈或停止充电，并通过通信模块向手机发送故障提示。

2. 接收端软件（手机端）

充电应用程序：

与无线充电发射端建立蓝牙连接，发送充电需求和手机电池状态信息。

显示充电状态，如充电进度、预计充满时间等。

接收发射端的故障提示，并进行相应的处理，如提醒用户调整手机位置。

三、硬件和软件的细节

1. 硬件细节

发射线圈阵列的设计要考虑线圈之间的互感影响，通过合理的布局和屏蔽措施减少干扰。

传感器的安装位置和角度要经过精心设计，以确保准确检测手机的位置。

电源管理模块要具备过压保护、过流保护和短路保护功能。

选择低损耗的磁性材料和电子元件，以提高系统的整体效率。

2. 软件细节

位置检测算法要具有快速响应和高精度的特点，能够适应不同大小和形状的手机。

功率控制算法要考虑不同手机的充电特性和电池健康状况，优化充电策略。

通信协议要确保数据的可靠传输和安全性，防止恶意攻击和干扰。

故障监测与处理程序要有完善的错误代码和日志记录功能，便于后续的故障诊断和维护。

以上方案仅为一个初步的设计框架，实际开发中可能需要根据具体的技术要求和性能指标进行进一步的优化和调整。