微生物燃料电池数据采集系统与电源管理系统

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1、东南大学硕士学位论文微生物燃料电池数据采集系统与电源管理系统姓名：刘凯申请学位级别：硕士专业：电子科学与技术；物理电子学指导教师：赵志伟2012-05-29摘要摘要微生物燃料电池(MicrobialFuelCells，简称MFC)利用细菌分解有机质的过程来产生电力，可以应用于环境治理、清洁能源生产以及电子装置的可持续电源。微生物燃料电池的输出电压很低，且随着时间的推移会缓’『曼地波动。本课题主要实现设计一套数据采集系统，使其在实际野外环境中对微生物燃料电池的输出电压变化进行监测；并针对微生物燃料电池的低输出电压在实际应用方面存在的难点，设计电源

2、管理电路，实现对无线传感器以及其它低压低功耗电子器件的驱动。论文首先介绍了微生物燃料电池电压数据采集系统的框架结构，在此基础上详细描述了数据采集系统的各部分硬件电路模块，包括微控制器、模数转换器、实时时钟、数据传输模块等，并阐述了控制系统硬件正常工作的软件与程序。其次，该论文设计了一套微生物燃料电池电源管理系统。由于电池输出电压较低，无法直接用于驱动电子器件，该设计以高性能、同步升压型转换器LTC3105和超级电容器为主要器件，通过LTC3105升高电池电压，给超级电容器充电，用超级电容驱动低功耗ZigBee芯片CC2531工作。对电源管理系统

3、的平均输出功率和无线传感器所需的平均功率进行了估算，验证了系统的可行性。最后，以两片CC2531芯片构建了一个简单的点对点ZigBee通信网络，其中一片作为协调器由外部直流电源供电，另一片作为终端由所述微生物燃料电池电源管理系统供电。协调器负责建立一个网络，终端设备自动加入该网络，终端间隔一定时间采集一次温度值，并将处理后的数据发送到协调器。关键词：微生物燃料电池，数据采集，电源管理，ZigBee东南大学硕士学位论文AbstractAmicrobialfuelcell(MFC)iStousebacteriatogenerateelectrici

4、tyfromtheoxidationoforganicmatter,andcanbeappliedtoenvironmentalmanagement，cleanenergyproduction，sustainablepowersupplyforelectronicdevices．Theoutputvoltageofamicrobialfuelcellisverylowanditfluctuatesslowlyovertime．Thisthesiswastodesignadataacquisitionsysteminordertomonitort

5、heoutputvoltageofthemicrobialfuelcellinthepracticaloutdoorenvironmentandalsoapowermanagementsystemtodrivelow—powerwirelesssensors．Firstly,thisthesisgivesthedetaileddesignoftheframeworkstructureofthemicrobialfuelcellvoltagedataacquisitionsystem，whichconsistsofvarioushardwarep

6、artsofthedataacquisitionsystemincludingamicrocontroller,ananalog-·to--digitalconverter,areal--timeclockandadatatransmissionmodule．Somecriticalsoftwaredesignisalsogiventoshowhowthehardwareworks．Thenthethesisshowsthedesignofthepowermanagementsystemofmicrobialfuelcell．Astheoutp

7、utvoltageisverylow,thecellCannotbeuseddirectlytodriveelectronicdevices．Thepowermanagementsystemiscomposedofhigh—performance，synchronousboostconverterLTC3105andsupercapacitor．Theboostconverterisusedtoincreasethevoltageofmicrobialfuelcelltochargethesupercapacitor,andthecapacit

8、ordrivethelow—powerwirelesssensorsafteritwasfullycharged．Theaverageoutputpo