基于光伏纳米的通航预警系统设计方案

发布时间：2020-07-01 17:20所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次

摘要：文章介绍了一种电能补给及水文预警系统。电能部分利用纳米材料摩擦、太阳能等发电技术，实现自身储能和对外界供电。预警部分可提供水流流速等水文信息，实现远程监控以降低进入危险航行区域的风险，也能及时发布水污染等紧急事件的通知，保障人们的生

　　摘要：文章介绍了一种电能补给及水文预警系统。电能部分利用纳米材料摩擦、太阳能等发电技术，实现自身储能和对外界供电。预警部分可提供水流流速等水文信息，实现远程监控以降低进入危险航行区域的风险，也能及时发布水污染等紧急事件的通知，保障人们的生命财产安全。

　　关键词：纳米发电;水文监测;远程监控

　　当今社会能源消耗主要依赖于传统的化石能源，随着化石能源的过度开采，我国面临的能源危机问题愈发严重。可再生能源发电成为当前新能源发展的核心，太阳能和潮汐能因其可靠性和无穷性的优势，在可再生能源市场上占据了重要地位。由于太阳能容易受到昼夜、天气和季节等诸多不利因素的影响，发电效果无法满足海上交通设备的供电量。

　　光伏论文范例：自适应算法在光伏发电系统最大功率追踪中的应用

　　为了提高潮汐能和太阳能的利用率，避免对原有生态环境的破坏，降低船只失事率，设计了一款将太阳能和潮汐能结合，提高发电率，可为水上交通工具、通讯设备以及其他设备供电，同时向接收方提供灯光警示和海上数据，提前做好保护措施保证生命所需设备正常工作的产品。因此，本设计将太阳能发电和摩擦纳米发电结合，着力提高发电功率，保证供电可靠。

　　1系统整体设计及机理

　　本设计使用STM32为主控模块，设计了一款可提供能见度，风向，水流流速，定位等准确信息的通航警卫及水况预警系统。该系统由STM32主控模块、无线通讯模块、传感器模块、电源模块构成。系统主要由水波带动纳米小球摩擦生电，再通过以低功耗UCC2813为核心的电能采集转换电路传入储能装置，以提供24小时不间断的供电。

　　利用多种传感器，实时监测水文信息，经GPRS输出数据到服务器，分析显示各种信息以及水域的突发情况，提示过往船只。本系统实现多种功能集于一体，且可实时刷新数据，传入设备，实现远程监控，符合现代理念——绿色环保低功耗，在航标等海上设备的使用中具有较大的应用前景。

　　1.1软件流程设计

　　本设计的软件方面采用C语言开发，开发平台为Keiluvision5软件，利用ST公司提供的STM32库函数对软件程序进行开发[1]。系统上电后，进行系统内部初始化，初始化完成后，扫描报警按键是否有按下，若报警按键按下则下发报警指令，通过GPRS通讯方式上传至中心站。若报警按键没有按下，则按照预先设定的顺序依次采集位置信息，电池容量信息，风速信息。最后配置GPRS数据包发送采集的本组数据信息给中心站。

　　1.2摩擦纳米发电装置设计

　　引用王中林教授的设计，制作了一种基于弹簧辅助多层结构的球形滕，用于收集水波能量[2]。装置基本结构如2所示，结合柔性弹簧在水波下带动滕结构形成连动。其主要工作原理是依赖于铝电极和FEP薄膜之间的垂直式分离触发。在水波周期性的运动下，顶部铝箔和FEP薄膜相互接触并摩擦，在其上表面产生正摩擦电荷。顶部电极与FEP膜的分离产生了两个电极之间的电位差，驱动自由电子从底部电极流向顶部，电流产生。直到电流达到峰值，铝箔和FEP薄膜相互分离。当顶部电极和FEP薄膜的两个表面再接近，未完全接触之前，自由电子从顶部回流，顶部电极与底部电极连接，产生反向电流，由此产生周期性的电输出信号。

　　2发电效率优化方向

　　初步实验得出，亚克力球内的潮湿度、水波的频率和振幅都会对球形滕的输出功率产生影响，所以在密封亚克力球壳时，采用水泥对其进行密闭处理。固定水波振幅为2.5V时，当水波频率从0.5Hz增加到2.0Hz时，输出电流、转移电荷和输出电压的峰值均是先增大后减小，在1.0Hz时达到最大值。

　　频率大于1.0Hz时球形滕性能反而下降，是因为过高的频率使质量块无法充分下落以按压滕单元。固定水波频率在1Hz时，改变水波函数发生器输出电压幅值，可以看到球形滕输出电流、转移电荷和输出电压都会随之增加，意味着更大的波振幅有利于产生高性能的输出特性。

　　3结束语

　　本文提出了摩擦纳米发电及水文预警系统框架，水文信息的检测和电能补给可满足设备供电和通航预警的需求。通过亚克力球内的潮湿度、水波频率及振幅对装置输出电流的影响实验，优化摩擦纳米发电装置的效率和利用率[3]，作为整个系统更深的研究方向。

　　参考文献：

　　[1]李忠豪，庞存锁.基于STM32的点火器电阻测量系统[J].电子测量技术，2019，42(24)：162-166.

　　[2]TianXiaoXiao，XiLang，andZhongLinWang.SphericalTri-boelectricNanogeneratorsBasedonSpring-AssistedMultilayeredStructureforEfficientWaterWaveEnergyHarvesting[J].AdvancedFunctionalMaterials，2018，28(35).

　　[3]WanZG，TanYK，YuanC.Reviewonenergyharverstingandengergymanagementforsustainablewirelesssensornetworks[C].IEEE13thInternationalConferenceonCommunicationTechnolo-gy，2011：362-367.

　　作者：林雨欣，张里*，谭世耀，鲁亮，李思洁，王剑波，周珂竹，陈媛媛，周乐

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《基于光伏纳米的通航预警系统设计方案》

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