微生物燃料电池测试装置研制
本文选题:自动测试 切入点:微生物燃料电池 出处:《哈尔滨工业大学》2017年硕士论文
【摘要】:微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,简称MFC)是一个微生物催化有机化学能直接转化为电能的生物反应器。MFC在工作过程中不仅能够净化污水,而且还能收获电能,在一定程度上降低了污水处理的成本,因而近些年受到广泛关注。目前市面上还没有专门用于MFC的自动测试装置,大多采用变阻箱搭配现成数据采集卡的手动或半自动测试方法,不仅测试过程繁琐,而且不利于测量数据的后期分析与处理,因此有必要研制一套专门用于MFC的自动测试装置。基于上述背景,针对MFC参数测试环节对仪器设备的使用要求,研制了专门用于MFC的自动测试装置。本文总结了目前MFC国内外的发展现状,系统介绍了影响MFC产电能力的因素,分析了MFC的测量原理,选用合适的测量方法,完成了总体方案设计。本文按照低成本、高性能以及易操作等设计思想,硬件方面采用基于Cortex-M3的STM32作为控制单元,采用稳态放电法和中断电流法对MFC内阻及其构成进行测量与分析,采用DS18B20对环境温度进行测量,采用BH1750光强感应模块对环境光照强度进行测量,采用PS-LCD智能液晶屏实现人机交互及测试数据的显示,设计USB和RS232两种通讯接口与上位机进行通讯。软件程序分为控制测量过程的仪器控制程序、用于测量结果分析的LabVIEW上位机程序和PS-LCD显示程序。测量过程由程序控制,无需人为干预,仪器操作简单快捷。本论文对该装置的电压、温度和光照强度测量通道进行了测试,并对测试结果进行分析。测试结果表明,仪器性能稳定、工作可靠,可以方便的测出MFC的表观内阻及其构成、环境温度和光照强度,为提高MFC产电能力提供合理的建议。
[Abstract]:Microbial Fuel cell (MFCs) is a bioreactor that can directly convert microbial catalytic organic chemistry into electric energy. In the process of operation, microbial fuel cell can not only purify sewage, but also harvest electric energy.The cost of sewage treatment has been reduced to a certain extent, so it has been paid more and more attention in recent years.At present, there is no automatic test device specially used for MFC. Most of them adopt manual or semi-automatic test method of resistive box with ready-made data acquisition card, which is not only cumbersome in testing process, but also unfavorable to the later analysis and processing of measurement data.Therefore, it is necessary to develop a set of automatic test equipment for MFC.Based on the above background, an automatic testing device for MFC is developed to meet the requirements of MFC parameter testing.This paper summarizes the current development of MFC at home and abroad, systematically introduces the factors that affect the power generation capacity of MFC, analyzes the measurement principle of MFC, selects appropriate measurement methods, and completes the overall scheme design.In this paper, according to the design idea of low cost, high performance and easy to operate, the STM32 based on Cortex-M3 is used as the control unit in hardware, and the internal resistance and its composition of MFC are measured and analyzed by using steady state discharge method and interrupt current method.The environmental temperature is measured by DS18B20, the environmental light intensity is measured by BH1750 light intensity induction module, and the man-machine interaction and test data are displayed by PS-LCD intelligent LCD screen. Two communication interfaces, USB and RS232, are designed to communicate with the host computer.The software program is divided into the instrument control program for controlling the measurement process, the LabVIEW upper computer program and the PS-LCD display program for the analysis of the measurement results.The measurement process is controlled by program, without human intervention, the instrument operation is simple and fast.In this paper, the voltage, temperature and light intensity measurement channels of the device are tested, and the test results are analyzed.The test results show that the instrument is stable in performance and reliable in operation. It can conveniently measure the apparent internal resistance and composition of MFC, ambient temperature and light intensity, and provide reasonable suggestions for improving the power generation capacity of MFC.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM911.45
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