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四川多功能救災帳篷的設計
編輯： 時間：2024-08-15 瀏覽：370
多功能救災帳篷的設計
設計出一款多功能的四川救災帳篷。應用自動控制技術,光電技術和電氣技術。通過太陽能電池發(fā)電,滿足帳篷內的照明；用負離子發(fā)生器來清新空氣。解決災民供水、供電問題，使災民在帳篷里可以過著安全舒適的生活。

目前全球難民和流離失所人數已超過6000萬。為了可以快速解決難民的居住條件，設計一個多功能救災帳篷。主要分為兩部分：一是設計太陽能蓄電池發(fā)電系統(tǒng)，為帳篷提供一個穩(wěn)定和方便的節(jié)能電源。二是設計以負離子發(fā)生器為基礎的空氣凈化裝置。難民營里集中了特別多的人，垃圾遍地，公共衛(wèi)生管理極度混亂，危害著人的身體健康?？諝鈨艋到y(tǒng)，主要由負離子器和活性炭組成，使用者可以呼吸到清新空氣。
1 總體設計
多功能帳篷主要分為2個系統(tǒng)。首先，蓄電池充電控制器采用STC80C51單片機為核心，如圖1所示。充電電路主要由DC/CD變換電路組成，采用Buck電路作為變換電路,通過采樣電路采集太陽能蓄電池的端電壓和電流，把采集信號送到單片機進行模數轉換，根據采集數據充電控制器輸出PWN脈寬調制控制信號，此信號通過功率放大，實現電壓調整。控制器同時也要檢測蓄電池的端電壓和充電電流，以此來判段蓄電池當前的電量,從而防止過充或過放。其次，空氣凈化器主要由負離子發(fā)生器和活性炭組成。負離子發(fā)生器是將輸入的電信號經EMI處理及保護電路處理后，轉換后將直流負電壓釋放到載體的尖端，通過尖端放電原理，利用尖端直流高壓產生高電暈，進而釋放出大量電子(e-)[2]。然后在凈化器中的電機帶動風扇高速旋轉，使得凈化器的內部與外部形成氣壓差，使的外部空氣迅速進入到凈化器內部。由于負離子電子固有的特性，它會主動結合空氣中的灰塵、PM2.5顆粒、細菌等極小的顆粒，結合后會使得結合物的質量升高，在重力的作用下沉降。之后在排除空氣的過程中，利用壓力差將空氣通過活性炭，活性炭可以有效的去除空氣中的異味和病菌，達到空氣的二次凈化，正是基于這一特性，來達到空氣凈化、消毒殺菌的目的。

圖1 總體設計方案

2 硬件設計
首先，太陽能板將吸收到的電能通過DC/CD變換電路，將太陽能的光電信號通過成電能儲存到蓄電池中。與此同時蓄電池的電壓檢測開始工作，將光電信號通過MSP430F1611模數轉換模塊，來控制蓄電池中的蓄電池的電壓高低。通過STC80C51單片機來控制負離子發(fā)生器和LED照明系統(tǒng)和支持USB充電。

圖2 部分電壓檢測及控制電路


圖3 主程序設計流程圖

蓄電池電壓檢測電路主要是采集蓄電池的端電壓信號，選擇蓄電池的負極作為整個檢測電路的零電位點，如圖2所示。由于蓄電池充滿時的電壓為12V，即蓄電池最大輸出電壓為12.8V，因此利用2個固定電阻R1和R2分壓，并通過可變電阻進行調節(jié)，可以使加在運算放大器同相輸入端的電壓穩(wěn)定在12.8V以下，完全滿足要求。通過PCI口讀入實時電壓數據，通過內部模數轉換器轉換為數字信號，然后經過控制器的分析，從而判斷蓄電池當前的電量狀態(tài)。蓄電池從二極管DD6的陽極接入，DD6為防電源反接的回路設計。Q3、R16、DW2為一級降壓電路，將蓄電池的電壓鉗位在9.4V左右。DW2為10V穩(wěn)壓管，當蓄電池電壓高于10V時，

圖4 蓄電池子程序流程圖

通過Q3降壓到9.4V。再通過R17二級降壓，然后用Q3將電壓輸出為5V。R25、R26和二極管DD8將測電壓電池板的電壓值。R12、R13、R14、R15、DW1、Q2、T1為控制電路負載開光電路。首先用單片機控制負載通斷，再用MOS管在開啟狀態(tài)下DS壓降。最后當負載短路時，硬件關閉，保護電路。在控制凈化器中，51單片機的P1.2、P1.3、P1.4口，分別連接中間繼電器，在由中間繼電器連接負離子發(fā)生器，來保證空氣凈化器的運行穩(wěn)定，然后在用兩個IO口連接風扇。最后在P3口上連接按鍵用來控制電壓檢測電路的和負離子發(fā)生器的控制。
3 軟件設計
采用C語言編寫軟件程序，圖3為主程序設計流程圖，圖4為蓄電池子程序流程圖。其中選用PWN脈寬調制充電法，PWN脈寬調制充電方式首先對電池充電一段時間，然后讓電池停止充電一段時間，如此循環(huán)往復，這種PWN脈寬調制充電方式使蓄電池有充分的反應時間，提高了蓄電池充電效率[3，4]。對于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池來說，在光照較強的白天，若蓄電池發(fā)生過充，充電控制器會根據蓄電池的電壓來控制太陽能極板與蓄電池的通斷占空比，并保持一段時間激活蓄電池，最后降到浮充電壓并保持,若未發(fā)生過充，就無需提升充電電壓，以免蓄電池失水，這些自動控制過程將使蓄電池達到最佳充電效果。軟件設計中，在太陽能電池的子程序中探測是否有陽光進入，然后詢問蓄電池電壓是否欠壓，如果欠壓那么檢測電池板是否打開，如果打開保持充電狀態(tài)同時紅色指示燈亮起，并且需要關閉外接負載。如果蓄電池過壓，直接關閉太陽能電池板，那么停止充電綠燈亮起，此時可以向外接負載輸出電壓。在負離子發(fā)生器的子程序中，首先檢測按鍵是否打開，如果為1負離子發(fā)生器開始工作，同時風扇電機按鍵制為1，電機風扇延時20秒打開工作。然后繼續(xù)檢測按鍵，關閉按鍵是否為0，如果為0，此時負離子發(fā)生器模塊和風扇同時停止工作。
4 結 論
多功能救災帳篷設計是以STC80C51為核心，主要包含了供電和凈化空氣兩部分。設計出的蓄電池充放電控制器完全滿足實用的要求，使蓄電池不會發(fā)生電壓過高或者過低，也不會發(fā)生過充或過放。可以安全保護蓄電池的使用，延長蓄電池的使用壽命。與此同時，單片機控制的另一個空氣凈化系統(tǒng)，可以使空氣中的PM2.5、灰塵、有毒有害的氣體，吸附在活性炭上，或者落在地上清除掉。通過對程序的優(yōu)化設計，可以使兩個系統(tǒng)穩(wěn)定安全的運行。經過實踐證明，可以將此設計推廣至多種應用場合。