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四川多功能救災(zāi)帳篷的設(shè)計(jì)
編輯： 時(shí)間：2024-08-15 瀏覽：327
多功能救災(zāi)帳篷的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)出一款多功能的四川救災(zāi)帳篷。應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù),光電技術(shù)和電氣技術(shù)。通過太陽能電池發(fā)電,滿足帳篷內(nèi)的照明；用負(fù)離子發(fā)生器來清新空氣。解決災(zāi)民供水、供電問題，使災(zāi)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(shù)已超過6000萬。為了可以快速解決難民的居住條件，設(shè)計(jì)一個(gè)多功能救災(zāi)帳篷。主要分為兩部分：一是設(shè)計(jì)太陽能蓄電池發(fā)電系統(tǒng)，為帳篷提供一個(gè)穩(wěn)定和方便的節(jié)能電源。二是設(shè)計(jì)以負(fù)離子發(fā)生器為基礎(chǔ)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(fù)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(shè)計(jì)
多功能帳篷主要分為2個(gè)系統(tǒng)。首先，蓄電池充電控制器采用STC80C51單片機(jī)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(jī)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，根據(jù)采集數(shù)據(jù)充電控制器輸出PWN脈寬調(diào)制控制信號，此信號通過功率放大，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整?？刂破魍瑫r(shí)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(dāng)前的電量,從而防止過充或過放。其次，空氣凈化器主要由負(fù)離子發(fā)生器和活性炭組成。負(fù)離子發(fā)生器是將輸入的電信號經(jīng)EMI處理及保護(hù)電路處理后，轉(zhuǎn)換后將直流負(fù)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(chǎn)生高電暈，進(jìn)而釋放出大量電子(e-)[2]。然后在凈化器中的電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)，使得凈化器的內(nèi)部與外部形成氣壓差，使的外部空氣迅速進(jìn)入到凈化器內(nèi)部。由于負(fù)離子電子固有的特性，它會(huì)主動(dòng)結(jié)合空氣中的灰塵、PM2.5顆粒、細(xì)菌等極小的顆粒，結(jié)合后會(huì)使得結(jié)合物的質(zhì)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(dá)到空氣的二次凈化，正是基于這一特性，來達(dá)到空氣凈化、消毒殺菌的目的。

圖1 總體設(shè)計(jì)方案

2 硬件設(shè)計(jì)
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(chǔ)存到蓄電池中。與此同時(shí)蓄電池的電壓檢測開始工作，將光電信號通過MSP430F1611模數(shù)轉(zhuǎn)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(jī)來控制負(fù)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(shè)計(jì)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(fù)極作為整個(gè)檢測電路的零電位點(diǎn)，如圖2所示。由于蓄電池充滿時(shí)的電壓為12V，即蓄電池最大輸出電壓為12.8V，因此利用2個(gè)固定電阻R1和R2分壓，并通過可變電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以使加在運(yùn)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(shí)時(shí)電壓數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后經(jīng)過控制器的分析，從而判斷蓄電池當(dāng)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(shè)計(jì)。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(dāng)蓄電池電壓高于10V時(shí)，

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(fù)載開光電路。首先用單片機(jī)控制負(fù)載通斷，再用MOS管在開啟狀態(tài)下DS壓降。最后當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，硬件關(guān)閉，保護(hù)電路。在控制凈化器中，51單片機(jī)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(fù)離子發(fā)生器，來保證空氣凈化器的運(yùn)行穩(wěn)定，然后在用兩個(gè)IO口連接風(fēng)扇。最后在P3口上連接按鍵用來控制電壓檢測電路的和負(fù)離子發(fā)生器的控制。
3 軟件設(shè)計(jì)
采用C語言編寫軟件程序，圖3為主程序設(shè)計(jì)流程圖，圖4為蓄電池子程序流程圖。其中選用PWN脈寬調(diào)制充電法，PWN脈寬調(diào)制充電方式首先對電池充電一段時(shí)間，然后讓電池停止充電一段時(shí)間，如此循環(huán)往復(fù)，這種PWN脈寬調(diào)制充電方式使蓄電池有充分的反應(yīng)時(shí)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(qiáng)的白天，若蓄電池發(fā)生過充，充電控制器會(huì)根據(jù)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(shí)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(dòng)控制過程將使蓄電池達(dá)到最佳充電效果。軟件設(shè)計(jì)中，在太陽能電池的子程序中探測是否有陽光進(jìn)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(shí)紅色指示燈亮起，并且需要關(guān)閉外接負(fù)載。如果蓄電池過壓，直接關(guān)閉太陽能電池板，那么停止充電綠燈亮起，此時(shí)可以向外接負(fù)載輸出電壓。在負(fù)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(fù)離子發(fā)生器開始工作，同時(shí)風(fēng)扇電機(jī)按鍵制為1，電機(jī)風(fēng)扇延時(shí)20秒打開工作。然后繼續(xù)檢測按鍵，關(guān)閉按鍵是否為0，如果為0，此時(shí)負(fù)離子發(fā)生器模塊和風(fēng)扇同時(shí)停止工作。
4 結(jié) 論
多功能救災(zāi)帳篷設(shè)計(jì)是以STC80C51為核心，主要包含了供電和凈化空氣兩部分。設(shè)計(jì)出的蓄電池充放電控制器完全滿足實(shí)用的要求，使蓄電池不會(huì)發(fā)生電壓過高或者過低，也不會(huì)發(fā)生過充或過放。可以安全保護(hù)蓄電池的使用，延長蓄電池的使用壽命。與此同時(shí)，單片機(jī)控制的另一個(gè)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(shè)計(jì)，可以使兩個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定安全的運(yùn)行。經(jīng)過實(shí)踐證明，可以將此設(shè)計(jì)推廣至多種應(yīng)用場合。