基于EVK1105和UC/OS-II操作系統(tǒng)的自主能量開發(fā)(一)

1.1 引言

該系統(tǒng)基于EVK1105平臺(tái)和UC/OS操作系統(tǒng)進(jìn)行制作和開發(fā)，以太陽能和振動(dòng)能量作為系統(tǒng)主要的能量來源，并通過低功耗的電路實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的理念。系統(tǒng)所有電源提供的電能用來提供給一個(gè)音樂播放器(MP3)，該播放器以無線雙向通信方式與耳機(jī)連接，并且支持多用戶同時(shí)利用該播放器聽不同的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)多用戶的播放功能。

1.2 項(xiàng)目背景

1.2.1 新能源技術(shù)

隨著世界能源危機(jī)的不斷發(fā)展，以及科學(xué)進(jìn)步的不斷進(jìn)步，石油、煤和天然氣等這些礦物資源不再是人類唯一的能量來源。人類意識(shí)到礦產(chǎn)資源的有限性以及地球本身的巨大能源潛力。環(huán)境保護(hù)、節(jié)約能源、開發(fā)新能源日益成為全球科技工作者共同關(guān)注的問題，同時(shí)這一目標(biāo)和思想也深入到了所有人的意識(shí)當(dāng)中。

在面對(duì)能源危機(jī)最初的階段中，人們?cè)噲D通過減少人類活動(dòng)中的能量消耗(即低功耗)的方法來解決能源，于是產(chǎn)生了一系列方案，例如：對(duì)工廠、作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)能源管理的各種條例進(jìn)行了整合;在運(yùn)輸領(lǐng)域引進(jìn)節(jié)能方案;強(qiáng)化對(duì)建筑物的節(jié)能管理;生產(chǎn)節(jié)能冰箱、汽車等日用產(chǎn)品。

但是一味地減少能源消耗的方法是不足的，因此人類開始開發(fā)新能源以彌補(bǔ)礦產(chǎn)能源不足所帶來的能源危機(jī)，其中，這些能源包括：核能、太陽能、水力、風(fēng)能、廢棄物發(fā)電、海洋熱能、生物發(fā)電、綠色能源汽車、燃料電池等。這些新能源的開發(fā)在一定程度上緩解了對(duì)礦產(chǎn)能源的消耗。之后，隨著科技的不斷發(fā)展，又產(chǎn)生了人工光合作用固定二氧化碳、利用化學(xué)物質(zhì)的生物分解技術(shù)、再生能源技術(shù)、化石燃料應(yīng)用技術(shù)、能源輸送與儲(chǔ)存技術(shù)、系統(tǒng)化技術(shù)、基礎(chǔ)性節(jié)能技術(shù)、高效與革新性能源技術(shù)、環(huán)境技術(shù)等一系列專門的技術(shù)。

由此可見，節(jié)約能源成為當(dāng)今能源使用的一大主題，并且與之相關(guān)的各種科學(xué)技術(shù)也越來越受廣泛關(guān)注。

1.2.2 太陽能采集技術(shù)

太陽能作為一種重要的新型能源，在目前的新能源開發(fā)進(jìn)程中有著廣泛的應(yīng)用和很好的利用價(jià)值。太陽能是可再生能源，取之不盡，用之不竭，既可免費(fèi)使用，又無需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無任何污染。通過測(cè)量和計(jì)算，地球獲得的太陽發(fā)出的能量可達(dá)173000TW。在海平面上的標(biāo)準(zhǔn)峰值強(qiáng)度為1kw/㎡，地球表面某一點(diǎn)24h的年平均輻射強(qiáng)度為0.20kw/㎡，相當(dāng)于有102000TW 的能量。

同時(shí)，太陽能在能源技術(shù)中也有著廣泛的應(yīng)用。除了太陽能熱水器、光生物利用、光化學(xué)分解等用途之外，太陽能也大范圍地被運(yùn)用到發(fā)電之中。目前太陽能發(fā)電的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，已獲得應(yīng)用的主要有以下兩種。

1、光—熱—電轉(zhuǎn)換。即利用太陽輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電。一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換為工質(zhì)的蒸汽，然后由蒸汽驅(qū)動(dòng)氣輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。前一過程為光—熱轉(zhuǎn)換，后一過程為熱—電轉(zhuǎn)換。

2、光—電轉(zhuǎn)換。其基本原理是利用“光生伏打”效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，它的基本裝置是太陽能電池。

太陽能電池的基本原理是由半導(dǎo)體硅材料構(gòu)成P-N結(jié)，并制作成太陽能電池。當(dāng)光線照射太陽電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了躍遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過程的的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。

因此，利用發(fā)展較為成熟的太陽能技術(shù)成為該項(xiàng)目的一個(gè)重要部分。

1.2.3 振動(dòng)能量采集技術(shù)

振動(dòng)能量采集技術(shù)作為一種新型的能量采集方式，現(xiàn)在正越來越受到廣泛關(guān)注，并且逐漸得到應(yīng)用。在熱電、光電和振動(dòng)等多種新型能源中，振動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換效率最高，而現(xiàn)在的微處理器和傳感器的低功耗化，也使振動(dòng)能量更加有用武之地。

目前，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)逐漸趨于成熟，主要的方式有以下幾種：

1、最傳統(tǒng)的做法：和大型發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組相似，利用電磁感應(yīng)原理，將磁鐵懸掛在線圈中，系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)則會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，從而產(chǎn)生電能。

2、壓電轉(zhuǎn)換方式。使用壓電元件，施加壓力后會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)電壓，從而將振動(dòng)能變成電能。該元件雖然作為檢測(cè)壓力的傳感器已得到廣泛使用，但是隨著能量采集技術(shù)的發(fā)展，壓電元件被賦予了全新的用途。

1.2.4 音樂播放器技術(shù)

MP3既指一種數(shù)字音樂，也指一種音頻壓縮技術(shù)，即將原來的音頻壓縮成很小的音樂文件，正是這種小型文件形式的誕生，使得人們的日常生活發(fā)生了一次革命性的變化。

從第一款硬盤式的MP3開始(可以支持MP3、WMA和MAV三種格式)，一直到如今的中文觸摸式MP3以及拍照MP3的誕生，MP3作為一種音樂播放器，其音質(zhì)和可以支持的音樂文件格式以及存儲(chǔ)空間的大小都有了很大程度的發(fā)展。

因此，日漸成熟的MP3技術(shù)也成為項(xiàng)目組提出該方案的一個(gè)重要背景。