智能化海豚動力電源設(shè)計
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
1．4 發(fā)電原理
為盡可能減少對海水的影響，設(shè)置發(fā)電機的額定功率為100 W，為了減少鐵損和提高電機的發(fā)電效率，采用變極無芯永磁異步交流發(fā)電機。發(fā)電機通過鋰電池接至負載，發(fā)電機轉(zhuǎn)速、空載電壓和輸出電流之間的關(guān)系分別為：
U0P(t)=E0(t)N (3)
I(t)=[U0P(t)-U0)]／R (4)
式中：U0P為空載電壓(單位：V)；E0為線圈電動勢(單位：V／(r·min-1))；U0為鋰電池電壓(單位：V)；N為轉(zhuǎn)速(單位：r·min-1)；I為電流(單位：A)；R為線圈電阻(單位：Ω)。
發(fā)電機的輸出功率和電氣損耗(銅損)分別為：
P(t)=U0I(t) (5)
PUS(t)=RI(t) (6)
式中：P為發(fā)電機功率(單位：W)；PUS為電氣銅損(單位：W)。
發(fā)電機每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生的電動勢為：
E0=VB(L×2)nk (7)
式中：V為速度(單位：ms-1)；B為磁通密度(單位：T)；L為與磁通交鏈導體長度(單位：m)；n為線圈匝數(shù)；k為線圈的串聯(lián)數(shù)。
2 海豚動力發(fā)電系統(tǒng)的智能控制
2．1 智能控制電路原理圖
海豚動力發(fā)電系統(tǒng)智能控制電路由壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、電磁閥、步進電機、整流濾波電路、脈沖報警電路、單片機和鋰電池等組成，電源控制電路原理圖，如圖3所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/175843.htm
2．2 發(fā)電機的轉(zhuǎn)速控制
由于海豚的運動有快有慢，發(fā)電機輸出的電壓有高有低，為了防止飛車，設(shè)置超轉(zhuǎn)速控制電路，其控制原理如圖3所示。當發(fā)電機輸出的交流電壓經(jīng)D1整流和大電阻R1，R2，R分壓后，把電壓采樣信號送給AT89C52單片機I／O的P1．0端口，微處理器根據(jù)P1．0端口的輸入電壓U1，如果U1大于設(shè)定值，微處理器進入轉(zhuǎn)速控制程序，單片機的P2．0端口輸出高電平，K1閉合。由電磁學理論可知，發(fā)電機制動器電磁線圈有電流通過，制動器工作，使發(fā)電機受到制動阻力轉(zhuǎn)速下降，當海豚的運動越快，發(fā)動機轉(zhuǎn)速就越大，通過制動線圈的電流也越大，磁力越大，制動力也越大，轉(zhuǎn)速下降也越多，這樣可使發(fā)電機轉(zhuǎn)速在一個安全的范圍內(nèi)。
2．3 智能化解系繩控制基本原理
為了保護海豚、防止電子設(shè)備對海洋造成污染和資料的回收。根據(jù)拍斯卡定理，水對儀器產(chǎn)生壓力，并隨水深度的增加而增加，儀器下水深度不能超過內(nèi)壓能力，否則會損壞儀器。而且海豚也不能長期被繩子系著，影響生長，因此必須設(shè)置智能化解系繩控制系統(tǒng)。工作原理是：由圖4可見，壓力傳感器P2采集到的壓力數(shù)據(jù)電壓，經(jīng)R5和R7分壓后把電壓采樣信號送給AT89C52單片機I／O的P1．1端口，微處理器根據(jù)P1．1端口的輸入電壓U2，如果U2大于設(shè)定值，微處理器執(zhí)行壓力控制解系繩子程序，單片機的P2．1端口輸出高電平，三極管Q3飽和導通，電磁開關(guān)KZ吸合，系繩的鎖扣打開，儀器與海豚脫離。同理，儀器下水就開始計算時間，當儀器的工作時間到達設(shè)定值時，微處理器也執(zhí)行解系繩程序，使儀器與海豚脫離。
2．4 智能化儀器回收控制系統(tǒng)
由于儀器正常工作時，根據(jù)液體浮力理論可知，當儀器的重力與浮力相等時，儀器脫離海豚后，儀器將沿浮在海水中的任何地方。這將對海洋造成污染，而且也無法回收采集到的海洋中的有用數(shù)據(jù)。設(shè)置智能化儀器浮出海面控制系統(tǒng)的工作原理為：微處理器在執(zhí)行解系繩程序后，立即執(zhí)行儀器浮出海面控制子程序，單片機的P2．2端口輸出高電平，三極管Q4飽和導通，K3吸全，直流電機B1接通電源，B1帶動齒條轉(zhuǎn)動，使平衡艙體積增加。當平衡艙增加到設(shè)定時，限位開關(guān)S1被觸動，P2．4由高電平變?yōu)榈碗娖?，P2．2端口輸出高電平變?yōu)榈碗娖剑珺1停止轉(zhuǎn)動。控制過程中，儀器受到海水的浮力F增加，使F>G，儀器加速向水面運動，最終儀器浮出水面，控制結(jié)束。
2．5 電源控制主程序
2．5．1 解系繩控制程序流程圖
解系繩控制程序流程圖，如圖4所示。
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