全自动太阳能供电的淡水收集系统设计

【摘要】：在社会飞速发展的今天,人类的足迹已经遍布全球各个角落。有的人攀越高山,有的人徒步行走沙漠,还有人为了祖国而驻守海岛。但是,不管人类的足迹刻印到哪里,有一种资源却是人类不可或缺的,那就是淡水资源。水,是生命之源。在高山之巅、沙漠深处、海洋孤岛上能否获得足够的淡水资源,成为了限制人类足迹前进的一个制约条件。 人们对工业废水的排放严格管制,需要经过处理才能排放,怕污染了现有的水源；对生活用水,争取再回收处理,这一切都说明了人们对于水资源的重视。但是,在特殊环境下,如何制取、收集淡水资源,并加以利用,关注的人却不多。 本文研究的全自动太阳能淡水收集系统,就是针对特殊环境,制取、收集淡水进行的创新研究。本系统包括现场淡水制取、收集设备和上位机监控软件两部分。其中现场淡水制取、收集设备可以独立运行。 现场淡水制取、收集设备上的传感器对环境的温、湿度的数据信息进行采集,把采集到的数据传输给单片机,由单片机进行存储、显示、分析处理,并根据得到的数据计算当前空气露点温度,控制半导体制冷器进行制冷工作,降低设备制冷室的温度,直到温度降到露点温度以下,空气中的气态水就会发生结露(CM: Condensation of Moisture)现象,从空气中分离出来成为液态水。制冷室的温度,也有传感器采集并传输给单片机,整个系统构成一个闭环控制。现场设备在工作时,也通过无线传输的方式将现场的各项数据信息实时传输给上位机监控软件,上位机监控软件可以将各项数据信息显示给操作人员,并且也将这些数据信息存放到数据库中,便于研究人员查阅、分析,以便改进系统,提高效率。 考虑到使用场所的限制,本系统中也设计了太阳能追光云台。户外尤其是野外环境,阳光充足,却少有现成的电源,太阳能成为了最好的选择。本系统中的太阳能追光云台通过安装在不同位置的光照传感器检测光照强度,并且把光照强度度的数据传输给单片机,单片机经过比较分析后,再控制云台转动,使得太阳能电池板始终处在最佳的光照方位,将太阳能高效的转换成电能,给设备提供稳定的电源。 本系统的创新点主要包括： 1、采用半导体制冷结露法在空气中获取淡水资源； 2、基于STC12C5A60S2单片机的太阳能追光云台的控制； 3、基于STC12C5A60S2单片机SPI接口的无线通信技术。 【关键词】：淡水收集 太阳能 结露 2.4GHz 智能控制
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P747;TK519
【目录】：

• 中文摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 縮略词12-13
• 第一章 绪论13-16
• 1.1 课题的背景与意义13
• 1.2 淡水制取、收集的现状及不足13-14
• 1.3 本系统的研究内容14-16
• 第二章 系统总体设计16-21
• 2.1 系统功能及需求16-17
• 2.1.1 大气淡水制取、收集装置的工作原理16-17
• 2.1.2 大气淡水制取、收集装置的系统需求17
• 2.1.3 大气淡水制取、收集装置的系统功能描述17
• 2.2 系统架构17-20
• 2.2.1 系统整体架构17-18
• 2.2.2 系统各子模块功能介绍18-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第三章 系统各子模块的设计21-62
• 3.1 单片机控制模块的设计21-24
• 3.1.1 概述21
• 3.1.2 单片机控制模块硬件选型21-22
• 3.1.3 单片机控制模块的软件设计22-24
• 3.2 STC12C5A60S2单片机SPI通信接口应用24-29
• 3.2.1 概述24-25
• 3.2.2 SPI接口的操作方式25-27
• 3.2.3 SPI接口的通信方式27
• 3.2.4 SPI的特殊功能寄存器介绍27-29
• 3.3 传感器模块的设计29-41
• 3.3.1 概述29-31
• 3.3.2 传感器工作原理31-41
• 3.4 太阳能追光云台模块的设计41-45
• 3.4.1 概述41
• 3.4.2 感光单元硬件选型41-44
• 3.4.3 运动单元机械机构设计44-45
• 3.5 通信模块的设计45-48
• 3.5.1 概述45
• 3.5.2 单片机控制模块与nRF24L01的硬件连接及软件设计45-48
• 3.6 人机交互模块的设计48-51
• 3.6.1 概述48-49
• 3.6.2 显示模块的引脚及功能49
• 3.6.3 显示模块与单片机的硬件连接及软件设计49-51
• 3.7 DS1302日历模块的设计51-54
• 3.7.1 概述51
• 3.7.2 DS1302芯片的引脚及功能51-52
• 3.7.3 单片机控制模块与DS1302的硬件连接及软件设计52-54
• 3.8 半导体制冷模块的设计54-56
• 3.8.1 概述54-55
• 3.8.2 半导体制冷片的基本参数55
• 3.8.3 半导体制冷单元的硬件设计55-56
• 3.9 上位机监控软件的设计开发56-61
• 3.9.1 数据存储58-59
• 3.9.2 监控软件界面59-61
• 3.10 本章小结61-62
• 第四章 系统数据分析和系统优化设计62-69
• 4.1 测试结果及数据分析62-63
• 4.2 低功耗设计63-65
• 4.2.1 LCD模块低功耗的设计64
• 4.2.2 制冷室的节能保温设计64-65
• 4.3 系统稳定性设计65-68
• 4.3.1 硬件稳定性设计65-67
• 4.3.2 软件抗干扰及稳定性设计67-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 总结与展望69-71
• 5.1 总结69-70
• 5.2 展望70
• 5.3 本章小结70-71
• 附录A 系统单片机控制模块部分源程序71-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 学位论文评阅及答辩情况表83

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