锌空电池连续发电装置的嵌入式控制系统研究

发布时间：2017-09-21 19:14

  本文关键词：锌空电池连续发电装置的嵌入式控制系统研究

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【摘要】：锌空燃料电池作为金属空气电池的一种,是当前电池领域中的最新科技,被称为是“面向21世纪的绿色能源”,有着比能量高、无污染、放电电压平稳等独特的优势。但由于受锌电极自放电问题的困扰,锌空电池在国内并未得到广泛应用。在深入研究相关知识的基础上,文章运用极片与发电环境脱开隔离的思路开发了锌空电池连续发电装置,并基于该装置的功能需求完成了控制系统的研究,为解决锌空电池自放电问题开辟了新的研究途径。首先,本文从整体上介绍了锌空电池连续发电装置的机械结构特点及工作流程,分析了发电装置的功能需求,在确定被控对象及选择核心控制器后确立了本课题嵌入式控制系统的总体方案。其次,根据总体控制方案,按功能类型将硬件系统划分为电源电路、最小系统、输入电路、输出电路及通讯电路五个模块。结合硬件开发总体原则及本系统特殊性,完成了各模块硬件电路的控制原理的研究及电路板结构的开发,实现了硬件系统的低功耗、抗干扰以及高采样精度等性能。再次,在完成硬件电路的开发的基础上,对相应的软件系统进行了研究。进行了触摸屏脚本驱动程序及操作界面的编制,开发了PIC单片机与触摸屏的通讯程序;对步进电机的平稳控制、模拟量的高精度采集及编码器信号的准确接收部分,以流程图及关键程序段的形式进行了详细的分析说明。针对本系统特点对工艺流程中的低速放卷部分进行了控制算法的研究,达到了通过电池放电电压、放电电流及电解液温度的采集与记录调整放卷速度,进而控制装置平稳发电的目的。最后,对基本硬件电路进行了测试,确保了硬件的可靠性。利用现有条件,基于触摸屏与单片机对电机控制模块、采集模块及编码器输入模块进行了联合调试,验证了各模块软硬件的正确性与稳定性,校对了自行开发的通讯协议对各类数据处理的精确性,为下一步结合机械设备进行实际操作奠定了基础。
【关键词】：锌空电池 连续发电 嵌入式系统 软硬件 触摸屏
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.41
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 本课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 锌空电池发电技术研究现状及发展趋势11-14
• 1.2.1 国外锌空电池发电技术研究现状11-13
• 1.2.2 我国锌空电池发电技术研究现状13-14
• 1.2.3 锌空电池发电技术的发展趋势14
• 1.3 嵌入式控制系统概述14-16
• 1.3.1 通用嵌入式控制系统概述14-15
• 1.3.2 用于电池模块的嵌入式控制系统现状15-16
• 1.4 课题主要研究内容16-18
• 第二章 锌空电池发电装置控制系统总体方案18-24
• 2.1 锌空电池发电装置的结构及工作流程分析18-20
• 2.1.1 锌空电池的结构分析18-19
• 2.1.2 锌空电池发电装置工作流程分析19-20
• 2.2 系统功能需求分析20
• 2.3 控制系统总体方案确定20-22
• 2.3.1 被控对象确定20-21
• 2.3.2 控制核心选择21-22
• 2.3.3 控制系统总体方案建立22
• 2.4 本章小结22-24
• 第三章 嵌入式控制系统硬件电路开发24-40
• 3.1 嵌入式系统硬件开发的总体原则24-25
• 3.1.1 低功耗原则24-25
• 3.1.2 抗干扰原则25
• 3.1.3 可扩展性原则25
• 3.2 嵌入式系统硬件电路控制原理研究25-38
• 3.2.1 电源电路25-27
• 3.2.2 最小系统27-28
• 3.2.3 输入电路28-34
• 3.2.4 输出电路34-37
• 3.2.5 通讯电路37-38
• 3.3 嵌入式系统电路板结构38
• 3.4 本章小结38-40
• 第四章 嵌入式控制系统软件系统开发40-66
• 4.1 软件系统的总体分析40-42
• 4.1.1 开发环境选择40
• 4.1.2 单片机引脚分配40-42
• 4.2 主程序模块的软件开发42-52
• 4.2.1 通讯协议设定42-44
• 4.2.2 上位机程序开发44-48
• 4.2.3 单片机通讯协议开发48-52
• 4.3 步进电机控制模块软件开发52-56
• 4.3.1 步进电机运动过程52
• 4.3.2 步进电机控制算法52-53
• 4.3.3 步进电机运动控制的软件实现53-56
• 4.4 编码器输入模块的软件开发56-58
• 4.4.1 锌极片运动位置与速度反馈的实现原理56-57
• 4.4.2 编码器双相计数的软件实现57-58
• 4.5 模拟量采集模块的软件开发58-62
• 4.5.1 主控方SPI模式配置59-60
• 4.5.2 从动方驱动模块开发60-61
• 4.5.3 中断模块及对应主函数程序开发61
• 4.5.4 数据处理程序开发61-62
• 4.6 锌空电池连续发电装置锌卷运动速度算法研究62-64
• 4.6.1 锌卷运动速度理论推导62-63
• 4.6.2 锌空电池放电终止电压确定63
• 4.6.3 锌卷速度实际控制过程63-64
• 4.7 本章小结64-66
• 第五章 嵌入式控制系统的调试与试验66-76
• 5.1 硬件电路测试66-69
• 5.1.1 电源系统测试66-67
• 5.1.2 最小系统测试67-68
• 5.1.3 通讯模块测试68-69
• 5.2 基于MCGS与PIC16F877A单片机的联合调试69-74
• 5.2.1 步进电机控制模块调试69-71
• 5.2.2 模拟量采集模块调试71-73
• 5.2.3 编码器输入模块调试73-74
• 5.3 本章小结74-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 6.1 总结76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-82
• 附录A82-84
• 附录B84-86
• 附录C86-94
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果94-96
• 致谢96

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本文编号：896373