基于光伏纳米的通航预警系统设计方案.doc

基于光伏纳米的通航预警系统设计方案
摘 要:文章介绍了一种电能补给及水文预警系统。电能部分利用纳米材料摩擦、太阳能等发电技术,实现自身储能和对外界供电。预警部分可提供水流流速等水文信息,实现远程监控以降低进入危险航行区域的风阳能的利用率,避免对原有生态环境的破坏,降低船只失事率,设计了一款将太阳能和潮汐能结合,提高发电率,可为水上交通工具、通讯设备以及其他设备供电,同时向接收方提供灯光警示和海上数据,提前做好保护措施保证生命所需设备正常工作的产品。
因此,本设计将太阳能发电和摩擦纳米发电结合,着力提高发电功率,保证供电可靠。
1 系统整体设计及机理
本设计使用STM32为主控模块,设计了一款可提供能见度,风向,水流流速,定位等准确信息的通航警卫及水况预警系统。该系统由STM32主控模块、无线通讯模块、传感器模块、电源模块构成。系统主要由水波带动纳米小球摩擦生电,再通过以低功耗UCC2813为核心的电能采集转换电路传入储能装置,以提供24小时不间断的供电。利用多种传感器,实时监测水文信息,经GPRS输出数据到服务器,分析显示各种信息以及水域的突发情况,提示过往船只。
本系统实现多种功能集于一体,且可实时刷新数据,传入设备,实现远程监控,符合现代理念——绿色环保低功耗,在航标等海上设备的使用中具有较大的应用前景。
软件流程设计
本设计的软件方面采用 C 语言开发,开发平台为Keiluvision 5软件,利用 ST 公司提供的 STM32库函数对软件程序进行开发[1]。
系统上电后,进行系统内部初始化,初始化完成后,扫描报警按键是否有按下,若报警按键按下则下发报警指令,通过 GPRS 通讯方式上传至中心站。若报警按键没有按下,则按照预先设定的顺序依次采集位置信息,电池容量信息,风速信息。最后配置GPRS 数据包发送采集的本组数据信息给中心站。
滑坡预警终端软件设计流程图如图1所示。
摩擦纳米发电装置设计
引用王中林教授的设计,制作了一种基于弹簧辅助多层结构的球形滕,用于收集水波能量[2]。装置基本结构如2所示,结合柔性弹簧在水波下带动滕结构形成连动。
其主要工作原理是依赖于铝电极和FEP薄膜之间的垂直式分离触发。在水波周期性的运动下,顶部铝箔和FEP薄膜相互接触并摩擦,在其上表面产生正摩擦电荷。顶部电极与FEP膜的分离产生了两个电极之间的电位差,驱动自由电子从底部电极流向顶部,电流产生。直到电流达到峰值,铝箔和FEP薄膜相互分离。当顶部电极和FEP薄膜的两个表面再接近,未完全接触之前,自由电子从顶部回流,顶部电极与底部电极连接,产生反向电流,由此产生周期性的电输出信号。
2 发电效率优化方向
初步实验得出,亚克力球内的潮湿度、水波的频率和振幅都会对球形滕的输出功率产生影响,所以在密封亚克力球壳时,采用水泥对其进行密闭处理。
,,输出电流、转移电荷和输出电压的峰值均是先增大后减小,,如图3所示。,是因为过高的频率使质量块无法充分下落以按压滕单元。
固定水波频率在1Hz时,改变水波函