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[導(dǎo)讀]摘要:對(duì)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),闡述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。系統(tǒng)中所涉及的關(guān)鍵技術(shù),包括有機(jī)太陽(yáng)能電池的原理及應(yīng)用、無線通信技術(shù)和數(shù)字大功率音頻技術(shù)等相關(guān)技術(shù),控制上以MSP430低功耗單片機(jī)為CPU,進(jìn)行了系統(tǒng)的

摘要:對(duì)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),闡述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。系統(tǒng)中所涉及的關(guān)鍵技術(shù),包括有機(jī)太陽(yáng)能電池的原理及應(yīng)用、無線通信技術(shù)和數(shù)字大功率音頻技術(shù)等相關(guān)技術(shù),控制上以MSP430低功耗單片機(jī)為CPU,進(jìn)行了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)及開發(fā),并就系統(tǒng)的整體架構(gòu)進(jìn)行了闡述,介紹了系統(tǒng)的應(yīng)用情況,提出了系統(tǒng)應(yīng)改進(jìn)的地方。
關(guān)鍵詞:太陽(yáng)能;防空防災(zāi);警報(bào);控制;單片機(jī);低功耗;D類功放

0 引言
    我國(guó)是世界上受自然災(zāi)害影響最為嚴(yán)重的國(guó)家之一,近年來由于濫砍濫伐嚴(yán)重,自然資源過度開采,造成地質(zhì)災(zāi)害和自然災(zāi)害發(fā)生的頻率增多,破壞程度也越來越嚴(yán)重,2008年的四川汶川大地震、2010年的貴州玉樹地震都造成了嚴(yán)重的人員死亡和經(jīng)濟(jì)損失,還有各地頻發(fā)的各種泥石流、山體滑坡和水災(zāi)等都造成了不同程度的破壞,隨時(shí)威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。每年國(guó)家在防災(zāi)、抗災(zāi)和救災(zāi)方面都要花費(fèi)大量的人力物力。如果能在災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警方面下大力氣,做到準(zhǔn)確預(yù)測(cè)災(zāi)害的來臨,災(zāi)前做好充分的準(zhǔn)備工作,可以將災(zāi)害所造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失減到最低,也為國(guó)家節(jié)省大量的救災(zāi)資金。
    太陽(yáng)能防空防災(zāi)電聲警報(bào)器為各自獨(dú)立的功能部件用積木形式集成安裝在可移動(dòng)的防水機(jī)箱內(nèi)外,形成獨(dú)立完整的整機(jī)結(jié)構(gòu)。采用直流供電,無線信號(hào)傳輸,對(duì)安裝條件無特殊要求,既可以分拆運(yùn)輸、快速組裝,也可以整體搬運(yùn)或直接推行,體現(xiàn)出安裝簡(jiǎn)單、使用方便、機(jī)動(dòng)靈活的優(yōu)點(diǎn),具有多點(diǎn)分布,覆蓋范圍廣泛,軍地結(jié)合、平戰(zhàn)兩用的特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)組成
    太陽(yáng)能防空防災(zāi)電聲警報(bào)系統(tǒng),包括太陽(yáng)能發(fā)電電池的直流供電部分、警報(bào)器主機(jī)、警報(bào)控制器、揚(yáng)聲器組件和機(jī)箱體,其中,警報(bào)器主機(jī)由警報(bào)信號(hào)處理電路和數(shù)字音頻功放電路組成,警報(bào)控制器由MSP430單片機(jī)及其外圍電路組成的警報(bào)控制模塊、無線通訊模塊、手動(dòng)控制面板、保護(hù)電路、太陽(yáng)能充電控制模塊等電路組成。由自供電直流電源系統(tǒng)為警報(bào)器提供工作電源,在警報(bào)信號(hào)語(yǔ)音模塊中儲(chǔ)存警報(bào)信號(hào),警報(bào)信號(hào)有多種,如消防和救護(hù)等防災(zāi)警報(bào),可一種或多種。安裝在機(jī)箱上的天線接收到控制信號(hào)后,經(jīng)過無線通信模塊進(jìn)行解調(diào),傳送至控制模塊進(jìn)行控制指令分析,警報(bào)控制模塊由MSP430低功耗單片機(jī)組成,控制警報(bào)信號(hào)語(yǔ)音模塊輸出相應(yīng)的警報(bào)信號(hào)至大功率數(shù)字功放模塊,經(jīng)過功率放大后,驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器組發(fā)聲單元。另外為了提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性,還增加保護(hù)電路對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況和核心功能部件等進(jìn)行自檢反饋和保護(hù)控制。



2 太陽(yáng)能供電系統(tǒng)
    近年來,光伏發(fā)電成為發(fā)展最為迅速的產(chǎn)業(yè)之一,各國(guó)紛紛出臺(tái)相關(guān)的政策和規(guī)劃,積極發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)。我國(guó)政府也出臺(tái)了《可再生能源法》,該政策的頒布和實(shí)施,為光伏發(fā)電的發(fā)展提供了政策保障;京都議定書的簽訂,環(huán)保政策的出臺(tái)和中國(guó)對(duì)國(guó)際的承諾,給光伏發(fā)電帶來機(jī)遇,我國(guó)能源戰(zhàn)略的調(diào)整,使得政府加大對(duì)可再生能源發(fā)展的支持力度。
    太陽(yáng)能電池板陣是將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備,在光照的條件下,可以產(chǎn)生一定的電壓和電流。通過對(duì)多塊太陽(yáng)能板進(jìn)行串并聯(lián),即可得到滿足負(fù)載要求的電壓、電流。太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能供電系統(tǒng)中重要的發(fā)電部分,直接將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為電能,即使在環(huán)境極端惡劣條件下,依然可以穩(wěn)定、可靠地發(fā)電。這種從光到電的轉(zhuǎn)換過程是無噪聲、無化學(xué)能源損耗、不存在自身?yè)p耗的發(fā)電,也不產(chǎn)生有害物質(zhì),對(duì)環(huán)境沒有任何污染和改變。太陽(yáng)能供電系統(tǒng)控制器是供電系統(tǒng)的核心部分,用來控制太陽(yáng)能板的發(fā)電、蓄電池的充放電、負(fù)載的管理和保護(hù)。此外,還應(yīng)該具備本地顯示和遠(yuǎn)傳監(jiān)控的功能。蓄電池是系統(tǒng)的儲(chǔ)能設(shè)備。用于存儲(chǔ)太陽(yáng)能板所產(chǎn)生的多余電能,并能在太陽(yáng)能板發(fā)電量無法滿足負(fù)載需要時(shí),向負(fù)載供電。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。


    太陽(yáng)能電池板安裝和固定在支架上,調(diào)節(jié)傾角以使太陽(yáng)能板能獲得最大的太陽(yáng)輻射。由于太陽(yáng)能電池板安裝于室外,因此要求其支架應(yīng)具有較高的抗風(fēng)能力,一般要求達(dá)到抗12級(jí)風(fēng)以上。此外,支架還應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的防腐、防銹要求,特別是在一些沿?;驆u嶼地區(qū),還有相應(yīng)的防鹽霧要求。

3 系統(tǒng)硬件
3.1 太陽(yáng)能充放電控制電路
    本系統(tǒng)中太陽(yáng)能板的輸出的電壓能達(dá)到140V,各電路模塊的工作電壓為96V,所以所用的蓄電池組參數(shù)為96V,5AH。該電路的防過充部分將蓄電池浮充的最高電壓限制在112 V,保證了電池和各模塊的安全,警報(bào)器在使用過程中蓄電池能量消耗較快,電壓下降明顯,當(dāng)電壓下降到閾值如72 V時(shí),過放電路切斷控制板電源使系統(tǒng)停止功率輸出,有效地保護(hù)了電池的工作安全和延長(zhǎng)了電池的使用壽命。比較器LM2901與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD4013組成窗口比較器防止繼電器在臨界點(diǎn)反復(fù)通斷,保護(hù)電路能實(shí)現(xiàn)預(yù)置電壓閾值的準(zhǔn)確跟蹤和控制。


3.2 測(cè)控電路
    (1)采用MSP430單片機(jī)與MSM7512B芯片組合的遠(yuǎn)程通信與控制模塊,作為控制芯片的MSP430單片機(jī),具有低功耗,豐富的片內(nèi)外設(shè)。這些特點(diǎn)使其非常適合本系統(tǒng)所處的工作環(huán)境下的信號(hào)采集、信號(hào)處理、現(xiàn)場(chǎng)控制和數(shù)據(jù)通信。
    (2)MSM7512B是低功耗調(diào)制解調(diào)芯片,符合ITU-TV.23協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),半雙工通信模式,采用FSK調(diào)制解調(diào)方式,本模塊中MSM7512B輸入的語(yǔ)音模擬信號(hào)來自于車載電臺(tái)或?qū)χv機(jī)電路模塊,對(duì)該信號(hào)進(jìn)行解調(diào),處理后的TTL電平數(shù)字信號(hào)交給CPU處理,形成一個(gè)信號(hào)通道。
    (3)如圖4中所示的基本電路中,使用帶有中斷功能的P1、P2端口進(jìn)行TIL電平的數(shù)據(jù)采集輸入,P4、P5端口作為TTL電平控制的輸出,具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能的P6口作為模擬量數(shù)據(jù)的采集輸入和模擬量控制的輸出,從P3端口中使用一個(gè)UART串口連接MSM7512B的TXD、RXD進(jìn)行串行通信,豐富的擴(kuò)展接口可以方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件的升級(jí)和改造。



4 結(jié)束語(yǔ)
    本文系統(tǒng)地介紹了太陽(yáng)能警報(bào)器的系統(tǒng)架構(gòu),各個(gè)子模塊的功能和原理,如MSP430單片機(jī)與MSM7512B芯片配合組成的遠(yuǎn)程測(cè)控單元的實(shí)現(xiàn)方式,太陽(yáng)能電池和蓄電池之間的充放電控制電路,D類大功率模塊電路和原理,正是基于以上技術(shù)的成功應(yīng)用,使得太陽(yáng)能警報(bào)器能夠在艱苦的條件和惡劣的環(huán)境中顯示出完美的性能,具有移動(dòng)方便,免外圍組裝接線,電池免維護(hù)等特點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)驅(qū)鳥,森林防火,城市防空,水利防汛等特殊場(chǎng)合。

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