利用振动自供电电路的研制开题报告notefirst报告在最后一页教材.docx
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利用振动自供电电路的研制开题报告notefirst报告在最后一页教材.docx
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利用振动自供电电路的研制开题报告notefirst报告在最后一页教材
中北大学信息商务学院
毕业设计开题报告
学生姓名:
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设计(论文)题目:
指导教师:
年月日
开题报告填写要求
1.开题报告作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,经指导教师签署意见及所在专业审查后生效;
2.开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印,禁止打印在其它纸上后剪贴,完成后应及时交给指导教师签署意见;
3.学生写文献综述的参考文献应不少于15篇(不包括辞典、手册)。
文中应用参考文献处应标出文献序号,文后“参考文献”的书写,应按照国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》的要求书写,不能有随意性;
4.学生的“学号”要写全号(如0201140102,为10位数),不能只写最后2位或1位数字;
5.有关年月日等日期的填写,应当按照国标GB/T7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求,一律用阿拉伯数字书写。
如“2004年3月15日”或“2004-03-15”;
6.指导教师意见和所在专业意见用黑墨水笔工整书写,不得随便涂改或潦草书写。
毕业设计开题报告
1.结合毕业设计课题情况,根据所查阅的文献资料,撰写2000字左右的文献综述:
文献综述
1研究背景及目的
当今生产活动更注重能源利用效率,传统生产活动中能源利用率低,对环境造成了很大的影响。
生活中我们经常会说,垃圾是放错了地方的资源。
[1]在电路中也会有很多我们现在无法利用的“垃圾”。
根据法拉第电磁感应定律得知导体切割磁力线可以产生电能,由此设计出一种装置可以将环境中的振动能转换为电能,这些微弱的电能经过累积、存储、升压和稳压后输出。
产生的电能可为手机、MP3、微电子系统提供能量,从而为各种微电子器件解决了不间断供电、随时随地都可充电的问题,为人们的生活带来很大的便利。
回收能量“垃圾”便成为一项迫在眉睫的任务。
所谓能量回收,就是将一些常常直接消耗或废弃的能量通过某种方式转化为有用的能量。
[2]该研究在各个领域都有发展。
2国内外发展现状
振动能量采集装置主要包括电磁式、压电式和静电式三种。
[3]从20世纪末开始,机械、电气、材料等领域的很多研究人员展开了对振动式微型发电机的探索研究。
1996年,荷兰科学家ThadStarner等利用压电陶瓷来收集“开、合”笔记本电脑的运动能量,用这些能量来驱动笔记本电脑,自此开创了“能量采集”技术(包括压电发电与能量储存技术)这一研究领域
2.1压电式能量采集装置
利用振动特点的研究主要集中在航天、机械与微电子领域,其振动特点是高频、微幅,可回收能量的功率在微瓦级,能量回收装置主要以压电材料为载体。
压电陶瓷振动发电机是一种持久、清洁、免维护的新型发电装置。
[4]
压电陶瓷发电装置的优点在于结构简单、无污染、能量密度大、易于加工等,尤其适用于各类传感器网络及监测系统。
压电陶瓷换能器通过一定的工艺加工可以制成各种在无线传感器网络自供电方面具有较广阔的应用前景。
电子设备的供电能源,能够使电子设备适应环境进行自供电,提高设备的免维护性。
随着压电材料压电性能的提高以及高集成度、低能耗电子器件和无线网络的使用,使得压电陶瓷发电技术的应用逐渐成为研究的热点。
随着微电子、计算机和无线通信等技术的不断进步,以及各种低功耗传感器的蓬勃发展,将数据采集、信息处理和无线通信等各种功能集成在微小体积的传感器上成为可能。
[5]随着研究的深入人们利用非线性技术可使压电式能量采集获得较宽的振动频率和较高的输出电压。
[6]接着又对如何提高压电振动能量采集器的环境适应能力,研究了振动能量采集宽频带和多方向两个研究方向。
[7]
美国MIT研发出一种压电式发电机,发电机采用PZT(zirconatetitanatePbO3)材料制成,它与外部的振动源发生共振,根据压电效应从而产生电能,模型输出能量密度为0.74mW·h/cm2。
英国Southampton大学设计出一种压电式微机械振动发电机,在振动环境中,质量块带动梁和压电薄膜一起振动,使得其发生变形,在压电薄膜的上下表面产生电荷,从而使两个电极之间产生电势差。
国内上海交通大学研发出一种硅悬臂梁结构的压电发电装置,其硅悬臂梁结构尺寸为3000μm³1000μm³15μm,质量块尺寸为1500μm³1000μm³500μm,PZT厚度为3.2μm,电极长度为600μm,谐振频率为229Hz。
在0.5g正弦振动源的激励下输出交流电压的峰-峰值达到3.93V,经桥式整流后直流电压为1.57V,连接电阻负载200kΩ时,输出功率达到2.25μW。
[8]
2.2电磁式能量采集装置
电磁式振动能量采集装置利用法拉第电磁感应原理来发电,具有体积小、感测频率高、发电量大、无需驱动电源、可用于恶劣环境等优点,越来越受到国内外科学家和工程师的广泛关注。
根据振动部件不同,电磁式振动能量采集装置主要包括动铁、动圈、和铁圈同振三种类型。
动铁型电磁振动能量采集装置是环境振动驱动永磁铁引起振动而使线圈磁通发生变化,产生感应电动势。
最早从1995年开始英国的Sheffield大学的Williams、Shearwood、Yates等建立了动铁型电磁式振动能量采集装置的通用模型,并进行了详细的理论分析,设计并利用微加工技术制作了mm级的样机,稀土永磁体在凹槽内上下振动,平面线圈内磁通发生变化产生感应电动势。
该能量采集装置最大能够采集0.3μW的电能。
动圈型电磁振动能量采集装置是环境振动驱动线圈振动而产生感应电动势。
1998年美国MIT的Amirtharajah等提出,线圈由弹簧驱动相对永磁体垂直振动,磁通量变化而产生感应电动势。
以人行走的振动作为振动源,该装置的平均输出功率400μW。
铁圈同振型电磁振动能量采集装置是环境振动驱动永磁铁和线圈同时振动而使线圈磁通发生变化,产生感应电动势。
美国Michigan大学的HalukKulah和KhalilNajafi等提出了体积为mm级微型铁圈同振型电磁振动能量采集装置,靠钕铁硼(NdFeB)和悬臂梁的吸引和释放来实现频率转换,能够采集最大电压6mV,最大功率4nW。
铁圈同振型相对前两者设计新颖,但结构更加复杂、加工工艺和制作成本更高。
由于能量采集器可以把环境中存在的能量转换成电能,而成为一种可代替电池和可自我维持的新型电源。
[9]这一点在电子产品中的应用前景将会十分广泛。
2.3静电式能量采集装置
静电式能量采集装置本身依赖电压源或电荷源对其提供电压或电荷,通过带电板的相对运动实现发电的目的。
日本的NTT微系统集成研究所采用梳状硅结构的电容相对运动来采集振动能量,重庆大学的温中泉等将可变电容高度集成在微机电(MEMS)系统内,采集能量直接对传感器的供电,该装置寿命长、体积小。
静电式能量采集装置电容电阻较大,功率较低,有悖于摆脱外部电源的情况下采集振动能量实现对外部器件供电的目的。
1999年Massachusetts工学院ScottMeninger提出了一种静电式微振动发电机,它是由可变电容器和振动块所组成,质量块与可移动电极连在一起。
对电容进行极化后,在电容上产生一定量电荷,当振动块随着支架的运动,从而使电容极板距离上产生变化,改变了电极间的电容,使电容极板上的电荷通过外电路重新分布,从而在外电路上形成电流。
美国Berkeley大学设计出一种微型静电式振动发电机,发电机的能量来源是低频振动,通过对动态仿真模型的参数优化,以频率为120Hz、加速度为2.25m/s2的振源,计算得出能够产生的输出功率密度为116W/cm。
3强电中能量的回收
随着国家对防雷工作的重视,越来越多的雷电在线监测系统被应用到输电线路的在线监测上。
供电系统作为雷电在线监测系统的基石,是为整套系统持续工作提供不问断优质的能量。
纵观国内外的雷电流在线监测系统,供电方式有如下四种:
1.利用cT从传输线上取能:
利用特制CT,从母线上感应电压。
通过整流、滤波、稳压等后续电路处理后,提供给高压侧电子电路所必需的电源。
2.利用电容分压器从传输线上取能:
高压电容分压器从母线上取得电能后,可以采用通过调整电容C的大小来获取不同的电流输出的方法,从而最终达到设计的功率要求。
3.激光取能:
该方法采用激光或其他光源从低电位侧通过光纤将光能量传送到高电位侧,再由光电转换器件(光电池)将光能量转换为电能量。
4.太阳能供电:
利用光电装换装置为设备供电。
雷电流测量传感器位于野外传输线杆塔的高压侧,其中的AD转换及无线电传输模块外挂在220kV传输线上,供能电源也应位于此处。
工作环境较为恶劣,电磁环境复杂。
传输线上电流幅值变化较大,供能电源要保证能长期为测量传感器提供稳定的电压。
同时为了保证尽可能小的影响传输线附近的电场环境,避免引起电晕放电,供能电源体积不应过大。
雷电流传感器内包括一个AD转换采集电路,起控制作用的单片机以及无线信号发射装置,无线信号发射装置采用5V电源,AD转换采集电路和作为控制装置的单片机采用3.3V电源,整套装置正常工作状态下消耗能量不高于3w。
综合以上考虑后取能线圈更适合多通道雷电流在线监测系统。
[10]
4专利应用
现实生活中也有了自供电的应用:
无线自供电鼠标,一种可自充电的无线电磁感应鼠标积极响应节能减排的可持续发展的主题利用电磁感应原理生成电能储存在可充电电池中同时可为鼠标正常工作提供持续能量;[11]自供电电流继电器,根据继电保护算法给出了时间过电流和接地保护功能的硬件设计和软件设计.自供电是最大特点。
试验表明该继电器具有性能优良、可靠性高、免维护、参数整定简单和体积小等优点,适宜应用在35kV及以下电压等级不需重合闸的线路保护中;[12]一种自供电数字温度计[13]自供电式以太网转化器[14]自供电无线温度采集装置[15]配电(开关)站则属于配电网的重要组成部分之一,起着电能从主电力网向用户分配、运行方式改变以及切除电网故障等重要作用。
因此,在配电(开关)站规划设计阶段,选用性价比高、高可靠性、维护量小的白供电源接线优化方式,对于保证配电(开关)站连续可靠运行,是十分必要的。
[16]
参考文献
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[9]王佩红,戴旭涵,赵小林等.微型电磁式振动能量采集器的研究进展[J].振动与冲击,2007,26(9):
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[10]张达天,陈水明,屠幼萍等.输电线路雷电流在线监测系统自供电电源装置的设计[C].//中国电机工程学会高电压专业委员会2009年学术年会论文集.2009:
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[11]彭明虎,李美霞,黄胜敏等.无线自供电鼠标设计与实现[J].科技视界,2013,(31):
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[12]徐志坚,刘映杰,王新等.一种基于单片机的自供电过电流继电器的设计[J].电力系统保护与控制,2010,38(11):
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10.3969/j.issn.1674-3415.2010.11.025.
[13]中国工程物理研究院核物理与化学研究所.一种自供电数字温度计:
中国,CN201410355217.4[P].2014-11-5.
[14]杨元清.自供电式以太网转接器:
中国,CN201420273947.5[P].2014-11-5.
[15]哈尔滨理工大学.自供电无线温度采集装置:
中国,CN201420158434.X[P].2014-10-15.
[16]陈建军.配网配电(开关)站自供电源接线优化方式[J].电气技术,2014,(4):
80-82,91.DOI:
10.3969/j.issn.1673-3800.2014.04.019.
毕业设计开题报告
2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径):
采用51系列单片机作为控制单元,利用A/D转换器将采集到的模拟信号转换为数字信号传递给单片机,单片机根据编写好的程序在LCD屏上显示出电压和电流的大小。
由于导线切割磁感线运动产生感应电流,为了测到电压。
在电磁感应部分和A/D之间加一个标记电阻。
(阻值根据A/D量程和最大感应电流确定)由于感应电流太小不需要加入保护电路。
系统原理图:
本设计硬件部分分为三个模块:
(1)单片机作为读取控制显示部分。
(2)A/D进行模数转换,将从电磁感应部分读取的电流转化为数字量传给单片机
(3)电路部分:
标记电阻和电磁感应部分。
二、软件部分
在主程序下,分别编写了如下子程序:
AD采样程序、电压显示程序等。
软件流程图:
毕业设计开题报告
指导教师意见:
指导教师:
年月日
所在学院审查意见:
负责人:
年月日
参考文献
[1]佚名.垃圾是放错了地方的资源[J].期刊名称缺失(期缺失):
页码范围缺失.
[2]佚名.基于振动能量回收的自供电MR阻尼器集成与试验研究[J].期刊名称缺失(期缺失):
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页码范围缺失.
[15]佚名.自供电无线温度采集装置[J].期刊名称缺失(期缺失):
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[16]佚名.配网配电(开关)站自供电源接线优化方式[J].期刊名称缺失(期缺失):
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参考文献[1]:
未发现作者;未发现期刊名称;未发现期;未发现页码范围。
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参考文献[3]:
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