基于sopc的熱釋電能量收集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及微能量領(lǐng)域，特別涉及一種基于SOPC的熱釋電能量收集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子設(shè)備的應(yīng)用迅速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于民用、醫(yī)學(xué)、軍事等重要領(lǐng)域。然而，給這些系統(tǒng)供電方式主要是采用電池，其使用的時(shí)間有限。因此，供電問(wèn)題正成為它們發(fā)展的一個(gè)很大障礙。比較有效替代的供電方法是利用某種效應(yīng)把周圍環(huán)境中的某種形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，為了提高微能量的轉(zhuǎn)化和收集效率，基于陶瓷材料熱釋電效應(yīng)的微能量轉(zhuǎn)換、收集和儲(chǔ)存的研究成為了微能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。早期對(duì)熱釋電效應(yīng)的研究主要是對(duì)現(xiàn)象的描述。因熱釋電材料產(chǎn)生的電流非常微弱，并且在使用過(guò)程中會(huì)有壓電噪聲源以及熱電噪聲源的影響，使得欲將直流熱釋電電流進(jìn)行精確的測(cè)定通常是比較艱難的。就算能達(dá)到預(yù)期的效果，控制的溫度不精確，測(cè)試精度達(dá)不到要求，只能收集到能量但不能測(cè)量并顯示出來(lái)，從而得不到比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于SOPC的熱釋電能量收集系統(tǒng)。
[0004]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種基于SOPC的熱釋電能量收集系統(tǒng)，包括微控制器、溫度檢測(cè)單元、人機(jī)交互單元、驅(qū)動(dòng)單元、制冷制熱單元和信號(hào)采集單元;所述溫度檢測(cè)單元與微控制器相連，用于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的溫度;所述人機(jī)交互單元與微控制器相連，用于完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)溫度的設(shè)定和顯示工作;所述驅(qū)動(dòng)單元連接于微控制器和制冷制熱單元之間，用于驅(qū)動(dòng)制冷制熱單元工作;所述制冷制熱單元，用于對(duì)目標(biāo)溫度進(jìn)行加溫和降溫;所述信號(hào)采集單元連接于微控制器和熱釋電材料之間，用于采集熱釋電材料所產(chǎn)生的電壓信號(hào)。
[0005]進(jìn)一步，所述人機(jī)交互單元包括鍵盤模塊和顯示模塊，鍵盤模塊用于對(duì)溫度進(jìn)行設(shè)定，顯示模塊用于將采集到的溫度數(shù)據(jù)和熱釋電轉(zhuǎn)化出來(lái)的電能信號(hào)數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。
[0006]進(jìn)一步，所述驅(qū)動(dòng)單元包括PffM波形選擇芯片、開(kāi)關(guān)電路和供電電源電路，所述PWM波形選擇芯片用于對(duì)微控制器發(fā)出的PWM波進(jìn)行選擇，所述PWM波用于控制開(kāi)關(guān)電路的通斷，所述供電電源電路為制冷制熱單元供電。
[0007]進(jìn)一步，所述PffM波形選擇芯片為三態(tài)門。
[0008]進(jìn)一步，所述開(kāi)關(guān)電路為固態(tài)繼電器。
[0009]進(jìn)一步，所述信號(hào)采集單元包括依次連接的放大單元和整流單元，所述放大單元用于將熱釋電材料的信號(hào)進(jìn)行放大;所述整流單元用于將放大信號(hào)整流變單相信號(hào)。
[0010]進(jìn)一步，所述信號(hào)采集單元還包括設(shè)置于熱釋電材料后的濾波單元、設(shè)置在濾波單元前的第一隔離單元和設(shè)置在放大單元與整流單元間的第二隔離單元;所述濾波單元用于將熱釋電材料信號(hào)高頻成分濾除。
[0011]進(jìn)一步，所述濾波單元為低通濾波器，由滑動(dòng)電阻器Rl和電容Cl構(gòu)成，所述放大單元包括運(yùn)算放大器Q2、電阻R2和滑動(dòng)變阻器R3，所述隔離單元包括運(yùn)算放大器Ql和運(yùn)算放大器Q3，所述整流單元為整流二極管Ul;所述運(yùn)算放大器Ql的正輸入端接熱釋電材料的輸出信號(hào)，運(yùn)算放大器Ql的負(fù)輸入端和運(yùn)算放大器Ql的輸出端相連，運(yùn)算放大器Ql的輸出連接滑動(dòng)變阻器Rl的一端，滑動(dòng)變阻器Rl的另一端分別與電容Cl的一端、運(yùn)算放大器Q2的正輸入端連接，電容Cl的另一個(gè)端接地，運(yùn)算放大器Q2負(fù)輸入端分別接電阻R2的一端和滑動(dòng)變阻器R3的一端，電阻R2的另一端接地，滑動(dòng)變阻器R3的另一端分別與運(yùn)算放大器Q2的輸出端和運(yùn)算放大器Q3的正輸入端相連，運(yùn)算放大器Q3的負(fù)輸入端和運(yùn)算放大器Q3的輸出端相連，運(yùn)算放大器Q3的輸出端連接整流二極管Ul的一端，整流二極管Ul的其余3端依次連接微控制器端口、電路地、微控制器接地端。
[0012]有益技術(shù)效果:
[0013]本實(shí)用新型不僅能夠十分準(zhǔn)確的控制環(huán)境的溫度，而且能將熱釋電產(chǎn)生的能量通過(guò)采集并顯示在用戶界面上、控制方式簡(jiǎn)單，不需要十分專業(yè)的人也能操作，數(shù)據(jù)直接PC機(jī)記錄和存儲(chǔ)，省掉了很多不必要的麻煩。
【附圖說(shuō)明】
[0014]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本實(shí)用新型提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明:
[0015]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖；
[0016]圖2為驅(qū)動(dòng)單元原理圖；
[0017]圖3為信號(hào)采集單元的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖4為信號(hào)采集單元的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下將結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述;應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說(shuō)明本實(shí)用新型，而不是為了限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0020]如圖1所示，一種基于SOPC的熱釋電能量收集系統(tǒng)，包括
[0021 ]微控制器，用于發(fā)送PffM控制波形和三態(tài)門控制信號(hào)，從而制冷制熱片的升溫和降溫，和將溫度檢測(cè)單元得到的溫度信號(hào)、信號(hào)采集單元得到的信號(hào)通過(guò)串口傳遞到PC機(jī)上；
[0022]溫度檢測(cè)單元，用于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的溫度并將數(shù)據(jù)傳送給微控制器；
[0023]熱釋電材料，用于溫度傳化為電能；
[0024]信號(hào)采集單元，用于采集熱釋電產(chǎn)生的電能，轉(zhuǎn)化為微控制器便于檢測(cè)的信號(hào)；
[0025]驅(qū)動(dòng)單元，用于驅(qū)動(dòng)制冷制熱單元工作；
[0026]制冷制熱單元，用于對(duì)目標(biāo)溫度進(jìn)行加溫和降溫；
[0027]人機(jī)交互單元，用于完成溫度的設(shè)定和顯示。
[0028]進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，微控制器采用EP2C35F672C6，溫度檢測(cè)單元為DS18B20溫度傳感器，制冷制熱單元為半導(dǎo)體制冷片，熱釋電材料為PZT陶瓷片。
[0029]進(jìn)一步，人機(jī)交互單元包括鍵盤模塊和顯示模塊，鍵盤模塊用于對(duì)溫度進(jìn)行設(shè)定，顯示模塊用于將采集到的溫度數(shù)據(jù)和熱釋電轉(zhuǎn)化出來(lái)的電能信號(hào)數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。
[0030]進(jìn)一步，所述的HVM波形選擇芯片為三態(tài)門，所述的開(kāi)關(guān)單元為固態(tài)繼電器，所述的供電電源為ATX電源。如圖2所示，為驅(qū)動(dòng)單元原理圖。其中I為處理器，2為三態(tài)門，3為固態(tài)繼電器，4為ATX電源，5為半導(dǎo)體制冷片。
[0031]所述信號(hào)采集單元包括依次連接的濾波單元、放大單元和整流單元，所述濾波單元用于將熱釋電材料信號(hào)高頻成分濾除，讓使用過(guò)程中壓電噪聲源以及熱電噪聲源的影響盡量的減少。所述放大單元用于將濾波信號(hào)進(jìn)行放大;所述整流單元用于將放大信號(hào)整流變單相信號(hào)。本實(shí)施例采用放大電路