基于單片機的太陽能蒸餾水隨動控制的設(shè)計

1、說明：1 234作品全稱基于單片機的太陽能蒸餾水隨動控制的設(shè)計作品分類作品設(shè)計、發(fā)明 的目的和基本思 路，創(chuàng)新點，技 術(shù)關(guān)鍵和主要技 術(shù)指標(biāo)b3.申報作品情況（科技發(fā)明制作）必須由申報者本人填寫；招盼中白章勸對申臟形真削獵人；本表必須附有研究報告，并提供圖表、曲線、試驗數(shù)據(jù)、 原理結(jié)構(gòu)圖、外觀圖（照片），也可附鑒定證書和應(yīng)用證書； 作品分類請按照作品發(fā)明點或創(chuàng)新點所在類別填報。（a） a .機械與控制（包括機械、儀器儀表、自動化控 制、工程、交通、建筑等）b .信息技術(shù)（包括計算機、電信、通訊、電子等）c. 數(shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等）d. 生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健

2、 康、衛(wèi)生、食品等）e .能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化 工、生態(tài)、環(huán)保等）1. 作品設(shè)計、發(fā)明的目的淡水資源是人類生存的必需品之一，但隨著人口的急劇增 長以及日益嚴重的水污染，淡水危機日漸成為社會關(guān)注的熱點。 本設(shè)計方案旨在進一步提升對太陽能的利用率，降低對有限能 源的依賴以得到蒸餾水。同時為太陽能利用提出一種新的高效 率的解決方案。方案特別適合在沿海干旱地區(qū)，特別是南海島 礁等缺水地區(qū)使用。2. 基本思路本方案是基于太陽能熱水器為原型，設(shè)計出一種"隨動"的太陽跟蹤控制方案，以實現(xiàn)提高太陽能利用率。方案運用傳感器和單片機設(shè)計出雙線程的太陽跟蹤器，并 組成一個閉環(huán)

3、的控制回路，使太陽能集熱面板與太陽光保持最 佳的垂直照射角度。進而運用太陽能所匯聚的大量能量對需加 工的海水等水體進行加熱，采用中高溫蒸餾法以獲取淡水資源。3. 創(chuàng)新點：(1 )采用隨動裝置，實現(xiàn)太陽能面板與陽光保持最佳相對 垂直，增加太陽能面板的有效工作時長與工作效率；(2 )運用傳感器與時鐘控制雙線程控制，克服安裝難度大、 運行誤差累積的弱點。4. 技術(shù)關(guān)鍵：(1 )隨動控制裝置的設(shè)計以及電機的精確驅(qū)動控制；(2) 系統(tǒng)運行的最優(yōu)時間間隔控制；(3) 真空管給水量的控制。5. 主要技術(shù)指標(biāo)：(1 )光敏傳感器的觸發(fā)電流強度；(2) 控制電路的脈沖觸發(fā)時長與間隔時長；(3) 太陽能面板的安裝

4、角度，傾斜角度根據(jù)緯度而設(shè)置，如： 廣州的角度約為20° -30°。目前，太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源， 各國政府都將太陽能資源利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的 重要內(nèi)容。為提高對太陽能的利用率，目前普遍采用的解決方案是 太陽跟蹤器，即通過一定的解決方案實現(xiàn)設(shè)備跟隨太陽運動 以達到最大時長的工作在最佳工作角度中。國內(nèi)外目前普遍的解決方案有勻速控制方法、光強控制方法以及時空控制 法，另外甚至有部分引入gps等尖端設(shè)備。但普遍存在控制作品的科學(xué)性先進 性（必須說明與現(xiàn)有 技術(shù)相比、該作品是 否具有突出的實質(zhì) 性技術(shù)特點和顯著 進步。請?zhí)峁┘夹g(shù)性 分析說明和參考文 獻資料

5、）精度、避免天氣影響、設(shè)計制造成本等現(xiàn)實矛盾。本控制方案針對目前所遇到的問題，提出基于傳感器為基礎(chǔ)的雙線程解決方案。一方面，采用傳感器檢測觸發(fā)勻速 運動的方法；另一方面，以時鐘控制方案輔助傳感器檢測的 方法。通過以上雙線控制，裝置直接解決了安裝難度大的難 題，同時可在確保精度的同時，最大限度的回避多云等天氣 帶來的影響。另外，裝置通過檢測復(fù)位的設(shè)計，不會產(chǎn)生誤差積累的問題。屯源啟動光敏傳感器時鐘控制電路> 液晶顯示主控制程序脈沖信號> 步進電機個i稍度檢測光敏傳感器反光罩位覽圖1雙線隨動控制圖作品在何時、何地、 何種機構(gòu)舉行的評 審、鑒定、評比、展 示等活動中獲獎及 鑒定結(jié)果同時，

6、國內(nèi)外由于人口以及工業(yè)的發(fā)展，用水量劇增。 目前淡化海水工程有幾種方案，在利用太陽能對海水等水資 源進行淡化的領(lǐng)域，國內(nèi)外都有相應(yīng)的措施，利用太陽能， 電等能源進行輔助，以獲取淡水資源，但其成本相對比較高， 而且將耗費其他有限能源，不符合可持續(xù)發(fā)展的大方向。因 此運用更為有效節(jié)能的方法來獲取淡水資源也是部分缺水 地區(qū)的研究熱點之一。本裝置了采用雙線程隨動控制，在提高太陽能的利用率 的同時，增加了單位產(chǎn)水量，而耗電量增加量相對比較少，實驗中裝置運用usb 5v供電，即可確保裝置正常運作。儲水箱2011年3月，于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)舉辦的"丁穎杯"科技作 品競賽中，榮獲二等獎。作品

7、所處階段技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式(a) a實驗室階段b中試階段c生產(chǎn)階段 d a(自填)作品可展示的形式v實物、產(chǎn)品4莫型v圖紙磁盤v現(xiàn)場演示 v圖片錄像v樣品使用說明及該作品 的技術(shù)特點和優(yōu)勢 提供該作品的適應(yīng) 范圍及推廣前景的 技術(shù)性說明及市場 分析和經(jīng)濟效益預(yù) 測本節(jié)能設(shè)計采用太陽能作為其主要的熱量來源，依托太 陽能真空管對海水等待處理水體進行預(yù)加熱。相關(guān)數(shù)據(jù)表 明，在良好的實驗條件下，真空管的熱交換率可達到54%, 預(yù)期收集的熱量非常可觀，對水體的蒸發(fā)起到巨大的加速作 用。真空管涂有涂層，透射率一般達到0. 93- 0. 96。通過真空管，對水體進行預(yù)熱的效果比較理想。最后利 用反光鏡聚光，焦點匯

8、聚大量能量，進一步提高真空管吸收 的熱量，以達到最終快速蒸發(fā)的目的。在理想情況下，經(jīng)聚 光加熱之后，管內(nèi)溫度能達到130°左右，符合本裝置提出 的中高溫蒸餾法。此外，由于太陽的移動，為使集熱裝置能保持在最佳的 采熱位置工作，設(shè)計時利用太陽跟蹤器的原理，設(shè)計出一種 雙線程的隨動控制方案，使真空管的反光罩隨著太陽光而轉(zhuǎn)動。電源啟動光敏傳感器 液晶攰示主控制程序脈沖信號時鐘控制電路 步進電機粕度檢測光敏傳感器 <反光單位置圖3雙線隨動控制圖使用太陽跟蹤系統(tǒng),工作系統(tǒng)接收到的太陽輻射將大大 增加。研究表明，對于完全相同的平板，與太陽輻射方向垂 直的表面和方向固定的表面，一天中兩者接收到

9、的太陽輻 射的比值大約是3 :1,可見應(yīng)用太陽自動跟蹤系統(tǒng)可以有效 提高太陽能的利用率。海水淡化是國內(nèi)外日益關(guān)注的技術(shù)，正是因為淡水資源 的重要性所在。目前市面上使用的蒸餾水技術(shù)種類較多，其 中不乏較為成熟的、效率較高的，但對現(xiàn)行的方案普遍對其 他有限能源依賴特別大，其產(chǎn)出的淡水資源成本相對較高， 維護成本也比較高，不利于長久的投資建設(shè)。綜上所述，本設(shè)計提出了綠色的解決方案，基本可以實 現(xiàn)高效穩(wěn)定的產(chǎn)出淡水。方案單位能耗較低，設(shè)備安裝及維 護工作較簡便，同時成本也相對較低。適合在海島與沿海干 旱缺水等特殊環(huán)境的地方使用。同時，該雙線程控制方案可以通過吸收轉(zhuǎn)換，運用到目 前現(xiàn)有的太陽能熱水器、太

10、陽能光伏發(fā)電等利用太陽能的場 所。如果能實現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)，即可以較低的成本實現(xiàn)對太陽 能的較高利用率，可大大節(jié)省來著設(shè)備與能源消耗所產(chǎn)生的 成本。參考文獻1 解夢秋，鄭宏飛，葉鴻烈.吸收式太陽能海水淡化技術(shù)j.可再生能源， 2006(2),55-562 徐吉富，朱躍釗，蔣金柱等.太陽能真空管熱管式集熱管溫度場及流場分析j. 流體機械，2009(2),61-643 張永興.單軸太陽能跟蹤系統(tǒng)設(shè)計j.electro-optic technology application, 2010(4),59-614 王安敏，牛傳猛，崔偉.基于x-y工作平臺的步進電機閉環(huán)控制系統(tǒng) j.micromotors, 2

11、010(10),103-1055 蔡志祥，劉冬生，鍔曉雁.基于單片機的交流伺服電機控制系統(tǒng)j.machinery & electronics, 2005(5),28-306 wang xiao-hong, liu hua-guo. control system of heliostat in center solar receiver j.journal of university of jinan(science and technology)2010(3),302-3077 zuo lu, zheng yuan, zhou jian-hua, qu bo. present situ

12、ation and prospect of researches on solar distillation technology for seawater desalination j. journal of hohai university(natural sciences),2008(6),753-7578 龔廣杰，黃鑫炎，郝夢龍等.太陽能海水淡化技術(shù)j.太陽能solar energy,2009(8),20-25專利申報情況v提出專利申報申報號 201020682650. 6.申報日期2010年12月28日已獲專利權(quán)批準(zhǔn)批準(zhǔn)號批準(zhǔn)日期年 月 日未提出專利申請科研管理部門 簽章年 月 曰c

13、. 當(dāng)前國內(nèi)外同類課題研究水平概述說明：1.申報者可根據(jù)作品類別和情況填寫；2.填寫此欄有助于評審。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，全球能源危機和環(huán)境污染問題日益突 出，綠色可再生的太陽能，已受到國際的高度重視與開發(fā)利用。我 國是一個太陽能資源較為豐富的國家，也面臨著同樣的問題，因此 充分利用太陽能資源有著深遠的能源戰(zhàn)略意義。為提高對太陽能利用率的問題，目前國外主要從兩個方面入手 來解決，一個是研制新型材料，使采光、熱轉(zhuǎn)換效率、集熱等性能 不斷提升；另一方面則通過解決日照時間與日照強度的問題，主要 是通過太陽跟蹤器，實現(xiàn)陽光垂直入射，以提高輻射強度。具體則 是通過傳感器來實現(xiàn)跟蹤的控制效果。淡水資源，作為

14、人類生存的必需品之一，已經(jīng)成為科技發(fā)展、 社會可持續(xù)發(fā)展的一大基礎(chǔ)。而近年來甶于人口的暴漲和環(huán)境的污 染加劇，淡水資源匱乏成為人們必須面對的問題。世界有五分之一 的地區(qū)是嚴重缺水地區(qū)，我國更是一個嚴重缺水的國度。而海水， 覆蓋著地表近70誠勺面積，其總量非常巨大卻無法為人類直接利用。 因而，利用海水進行淡化已經(jīng)是許多干旱地區(qū)無二的選擇。現(xiàn)有的海水淡化技術(shù)原則上適用于苦咸水淡化、污水回用、硬 水軟化，世界各國眾多科研機構(gòu)涉及這一領(lǐng)域。目前，已經(jīng)開發(fā)的 海水淡化技術(shù)有20多種，雖然方法眾多，但主要可以分為如下幾 類：1、蒸餾法；2、反滲透（ro） ; 3、電析法；4、冷凍法。國外太陽能海水淡化技術(shù)

15、已有較長時間的發(fā)展，過去二三十 年內(nèi)，建造了大量的太陽能海水淡化系統(tǒng)，其中部分至今仍在運 行，下表（表1）展示了一些已經(jīng)建成的并使用可再生能源的海水 淡化項目，可以看出有相當(dāng)大部分的系統(tǒng)使用了太陽能。我國沿海地區(qū)如天津、大連、青島、浙江等地都相繼建設(shè)了一 批海水淡化項目。到2007年初，我國已建成海水淡化裝置43套， 日產(chǎn)淡水量15. 8萬t。目前我國在建和待建的海水淡化工程有30項之多，其中有.13的工程淡化規(guī)模達到了 10萬t/d以上。全部建 成后，我國海水淡化規(guī)模將會達到.19. 58萬t/d。然而，由于國內(nèi) 相對落后的太陽能利用技術(shù)，以太陽能作為能源，尤其使用聚光 集熱方法的太陽能海水

16、淡化系統(tǒng)尚無應(yīng)用，需加大研究力度。傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)投資高，能源消耗過大因而導(dǎo)致海水淡 化技術(shù)無法推廣。研究表明淡水日產(chǎn)量1000h的海水凈化系統(tǒng)每年 耗費1000t石油。對于缺乏化石燃料資源的地區(qū)，特別人口密度低、 沒有大規(guī)模電網(wǎng)的偏遠地區(qū)，很難建立此類海水淡化裝置。如在最 缺乏淡水的海島也怡怡是缺乏常規(guī)能源供應(yīng)的地區(qū)。本方案所設(shè)計的隨動控制的太陽能蒸餾器，在太陽能真空管對 海水進行預(yù)熱的基礎(chǔ)上，利用反光鏡匯聚太陽能量產(chǎn)生的巨大熱量 對已預(yù)熱的海水進行再次加熱，以達到快速蒸發(fā)的目的，最后利用 整套收集冷凝裝置將水蒸氣最大的回收為人類所利用。此外，為使 裝置對太陽能的利用率達到最大化，系統(tǒng)采用

17、雙線程隨動的設(shè)計理 念，通過太陽跟蹤器的運用，使采光設(shè)備保持與太陽光成約90°的 相對位置，從而達到提高太陽能利用率與增加產(chǎn)水量的目的。本裝 置相比于一般的傳統(tǒng)太陽能蒸餾裝置，不同之處在采用隨動裝置， 提高了太陽能的利用率和產(chǎn)水量，成本低，結(jié)構(gòu)簡單；而且能耗低,表1各n太hi能海水淡化系統(tǒng)列表系統(tǒng)所在淡化單太陽能利川完成淡水耗系統(tǒng)所/£地點適川水質(zhì)淡化產(chǎn)量m元悄況時間費阿聯(lián)酋阿布扎比海水med80m7d1862m2集熱器1984bs/m16. 5 e意大利蘭佩杜薩海水r0(3+2)m7hlookwpv1990/m西班牙阿爾梅里亞人學(xué)苦咸水k2. 5 m7h23.5 kwpv

18、1990ma agan3.5 kwpv, 0. 6以色列苦咸水r00. 4 mvh1997michaelkw w/t 3kw4 kwpv, 1kw希臘可再生能源中心海水r0130it/h2002w/td. 推薦者情況及對作品的說明說明：1 .由推薦者本人填寫；2 .推薦者必須具有高級專業(yè)技術(shù)職稱，并是與申 報作品相同或相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者或?qū)I(yè)技術(shù)人員（教研組集體推薦亦可）;3 .推 薦者填寫此部分，即視為同意推薦；4 .推薦者所在單位簽章僅被視為對推薦者 身份的確認。推薦者情況姓名性別年齡職稱工作單位乎南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院通訊地址廣州市天河區(qū)五山路483號華南農(nóng)、ik大學(xué)工程學(xué)院郵政編碼5106

19、42單位電話住宅電話推薦者所在單位簽章（簽章）年 月 曰請對申報者申報情況的真實性作出闡述請對作品的意義、技術(shù)水平、適用范圍及推廣前景作出您的評價其它說明推薦者情況姓名性別年齡職稱工作單位平南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院通訊地址廣州市天河區(qū)五山路483號華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院郵政編碼510642單位電話住宅電話推薦者所在單位簽章（簽章）年 月 曰請對申報者申報情況的真實性作出闡述請對作品的意義、技術(shù) 水平、適用范圍及推廣 前景作出您的評價其它說明學(xué)校組織協(xié)調(diào)機構(gòu)確認 并蓋章（團委代章）年 月 曰校主管領(lǐng)導(dǎo)或校主管 部門確認蓋章年 月 日e. 大賽組織委員會秘書處資格和形式審查意見組委會秘書處資格審查意見審查

20、人（簽名）年 月曰組委會秘書處形式審查意見審查人（簽名）年 月曰組委會秘書處審查結(jié)果合格不合格負責(zé)人（簽名）年 月 日f. 參賽作品打印處基于單片機太陽能蒸餾水隨動控制的設(shè)計作者：陳楚文、唐本源、黃濤強、任振強指導(dǎo)老師：吳偉斌（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，工程學(xué)院，廣州，510642）摘要：由于世界人口的急劇膨脹及日益嚴重的環(huán)境污染，使原 本已經(jīng)非常有限的淡水資源變得更為可貴。如何高效益獲取淡 水資源已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。本設(shè)計方案為了能在海島或者沿海 干旱等特殊環(huán)境萩取淡水資源，利用太陽能來淡化海水。裝置 通過太陽能真空管對海水進行加熱，并通過反光罩對陽光進行 匯聚，利用所萩取的巨大能量對已預(yù)熱的海水進行最終

21、加熱，以達到快速蒸發(fā)的效同時，方案運用傳感器與時鐘模塊的太陽跟蹤系統(tǒng)雙線控制設(shè)計，有效提高了太陽能的利用率，并 能最大限度的回避天氣因素所造成的影響。實驗當(dāng)中，系統(tǒng) 控制精度達到0.1ns的誤差精度，基本達到設(shè)計的要求。整個設(shè)計費用較低，具有一定的運用價值關(guān)鍵詞：太陽能隨動控制單片機光敏傳感器蒸餾水器引言淡水資源，是人類生存的必需品之一，是人類不可替代的寶貴自 然資源。但隨著現(xiàn)代化建設(shè)的高速發(fā)展，環(huán)境污染越來越嚴重，我們可供使用的水質(zhì)正日趨下降。水資源短缺已成為21世紀(jì)人類面 臨的重大問題。我國水資源的形勢更加不容樂觀，人均占有水量只居 世界的弟108位，相當(dāng)于世界人均水平的1/4 ,缺水城市

22、占全國城市的2/3 ,被列為世界上13個貧水國之一。這將嚴重影響到我國可持 續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施。此外，覆蓋地球表面71誠海洋蘊含的海水占地 球總水量的95%,卻不能被人類直接使用，而可供人類直接享用的淡 水總量不足地球總儲水量的十萬分之七1。為了迎合可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)戰(zhàn)略，解決潛在的能源危機，緩解世 界各國的經(jīng)濟以及保護環(huán)境的要求，對太陽能進行高效、大規(guī)模運用 已經(jīng)漸漸成為熱點，大力開展基于太陽能等綠色能源的海水淡化技術(shù) 也漸漸成為主流。太陽能海水淡化技術(shù)綠色無污染、低能耗，是解決 淡水危機的有效途徑，對緩解當(dāng)代水資源短缺等系列問題具有深遠的 戰(zhàn)略意義。在利用太陽能對海水等水資源進行淡化的領(lǐng)域，國

23、內(nèi)外都 有相應(yīng)的措施，利用太陽能，電等能源進行輔助，以獲取淡水資源， 但其成本相對比較高，而且將耗費其他有限能源，不符合可持續(xù)發(fā)展 的大方向。因此運用更為有效節(jié)能的方法來獲取淡水資源也是部分缺 水地區(qū)的研究熱點之一。而運用太陽能進行海水淡化，前提條件是要有太陽光照。集熱裝 置匯集的熱量與照射到它上面的光照強度成正比。而比較可行的是接 受太陽的直射光，此舉可得到太陽最大的光照強度。由于太陽的位置 每時每刻都在變化，如果想得到上述的效果，必須使集熱裝置隨時跟 隨太陽運動，才能保證太陽光始終垂直照射到集熱裝置上。為了實現(xiàn) 這一目的，需要設(shè)計一個隨動的控制方案。本文從這點切入，旨在以 較低的成本成功實

24、現(xiàn)這一控制,1設(shè)計方案本設(shè)計方案基于太陽能真空管熱水器為原型，裝置由隨動控制、 輔助控制模塊、采光集熱部分、供水模塊和蒸餾模塊共五部分構(gòu)成。工作原理為運用太陽輻射對需加工的海水等水體進行初步加熱， 利用反光罩的反光匯聚太陽能，對集熱管的水體進行進一步加熱，使 水體達到比較理想的蒸發(fā)狀態(tài)。蒸發(fā)回路采用中高溫蒸餾法以獲取淡 水資源。另外，由于采用隨動反光罩，裝置實際接受熱量時間將比原 來集熱管面積大幅度增加，提高了裝置的工作效率2?？刂撇糠?，采用 stc12c5a60s2- 351 - ph p40 單片機、pcf8563 時 鐘芯片和日本vexta東方馬達，使裝置實現(xiàn)太陽能勻速跟蹤雙線控制 方法

25、。跟蹤過程是將反光罩通過步進電機驅(qū)動，以地球自轉(zhuǎn)角速度 15° /h的速度轉(zhuǎn)動3。在正常情況下由傳感器接收光強信號，控制 步進電機進行運動。遇到天氣因素干擾，則采用時鐘定時電路，裝置 進行小誤差運行。最終由步進電機帶動反光罩進行運動，基本可達到 跟蹤太陽，保持集熱裝置與太陽光線垂直的目的。并在太陽落山之后 實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位并待機，節(jié)約電能并延長控制裝置的壽命。同時，本設(shè) 計方案基本可以解決裝置安裝難度大、初始角度難確定和調(diào)節(jié)、受天氣影響較大等問題,1.1裝置整體示意2系統(tǒng)組成與工作原理2.1隨動控制系統(tǒng)由于地球的自轉(zhuǎn)速度是固定的，可以認為，早上太陽從東方升起 經(jīng)正南方向向西運動并落山，太

26、陽在方位角上以15° / h勻速運動， 24h移動一周。高度角等于當(dāng)?shù)鼐暥茸鳛橐粋€極軸不變。因而采用勻速隨動控制方法是可行的。其工作原理如圖2所示、屯源0動光敏傳感器時鐘控制屯路主控制程序脈沖信號步進電機精度檢測光敏傳感器反光單位宵閣2雙線隨動控制閣系統(tǒng)利用光敏傳感器作為信號源。將光敏電阻安置于只留有一條 狹縫的黑箱當(dāng)中。黑箱制作成狹縫狀，可以解決由于地球隨太陽公轉(zhuǎn)照成的太陽高度的改變。當(dāng)接受太陽的直射光照時，阻值發(fā)生改變隨 即驅(qū)動控制程序，由主程序發(fā)出脈沖信號驅(qū)動步進電機進行運動。gnd主程序部分采用stc12c5a60s2- 351 - ph p40單片機，電路時鐘電路采用pcf

27、8563時鐘芯片，由晶振控制，其電路圖設(shè)計如 圖3所示。因為晶振的誤差值為1us,對系統(tǒng)的時間影響非常小。為避 免云霧等特殊天氣情況造成系統(tǒng)無法正常按時啟動工作，隨動控制的 觸發(fā)程序還設(shè)置了一個時鐘定時開關(guān)。通過現(xiàn)有的日出時間數(shù)據(jù)，我 們可以得出一個當(dāng)季度最遲日出時間，如表1所示4。將此時間作為 系統(tǒng)最遲啟動工作時間。如果遇上特殊天氣而傳感器暫時失效，則由 時鐘電路的定時裝置，在最遲觸發(fā)時間發(fā)出觸發(fā)信號，使主程序工作， 裝置進入小誤差工作狀態(tài)，從而最大可能降低系統(tǒng)意外無法正常工作 的情況。表1各月份當(dāng)月最遲日出時間統(tǒng)計表月份圾晚日出時間（上午） 月份圾晚日出時間（上午）17:1075:5727

28、:0786:0936:4996:1846:20106:3155:54116:5065:45127:08如圖4所示。vccadcognd11.05)2mp1.0/adco/clockout2vccp1.1/adc1po.opl.2 ad(二cvrxd2p0.1p1 3/adc3/cppo/txd2p0.2p1.4/adc4/cpp1/ssp0.3pl.5 adc 5 mosip0.4p1.6/adc6nsop0.5p1.7/adc7/sclkp0.6rst/p4.7p0.7p3.0zrxd寂f ex lw/p4.6/rst2p3.1/txdale/p4.5p3.2/int0xap4 1p3.3.

29、wttp2.7/a15p3.4/totclkoutop2.6/a14p3.5/t1/tntclkout1p2.5 a13p3.6avrp2.4/a12p3.7/t<dp2.3/a11xtal2p2.2/a10xtal1p2.1/a940stc12c5a6os2rs30<x5-x<上9.0 "po.ip0.2jp0.3"lcd esgndrs丄了gndp2lcd es圖4主控制程序電路圖2.2附屬控制系統(tǒng)2.2. 1步進電機控制本設(shè)計采用日本vexta東方馬達生產(chǎn)的2- pi-se步進電機，其控 制策略當(dāng)步精度達到1.8°，可實現(xiàn)本設(shè)計的高精度要求

30、。其驅(qū)動電 路如圖5。為了實現(xiàn)對太陽的同步追蹤，理論上應(yīng)該使步進電機不斷驅(qū)動反 光罩隨太陽移動，步進電機額定電流為0. 8a ,額定電壓4. 5v ,廣州 夏季最長日照時間為12小時，此時步進電機消耗的能量為：4.5x 0.8 x 12x 3600= 155520j。為了達到減少步進電機轉(zhuǎn)動的次數(shù)，從而節(jié) 省能源的目的，同時在盡量確保反光罩緊密追蹤太陽的條件下，將電 機轉(zhuǎn)動的時間間隔定為4nhno在這種情況下，電機每小時只需轉(zhuǎn)動 15次，每次轉(zhuǎn)動的時間約為5s ,即電機工作時長大大減少為5x 15 x 12 = 0. 25h ,此時電機耗能為：4. 5x 0. 8x 0. 25x 3600 =

31、 3240j。在這種方案下，步進電機消耗的能量僅為前者的2. 08%,而因在四分鐘內(nèi)落后于太陽未能實時追蹤所造成的能量收集不充分的影響是很小的5。圖5步進電機驅(qū)動電路2.2.2復(fù)位開關(guān)由于采用勻速控制方案，在太陽光輻射值均達到較低水平時，系 統(tǒng)已經(jīng)沒有運行的必要性，故應(yīng)將系統(tǒng)復(fù)位，并恢復(fù)到待機狀態(tài)。系 統(tǒng)通過單片機內(nèi)置的ram,記錄從啟動主控制程序之后，向步進電機 發(fā)送的脈沖信號數(shù)量。通過在時鐘電路設(shè)計一個定時時鐘，運行至傍 晚6點鐘，發(fā)出復(fù)位信號，主程序停止正常工作模式，并啟用復(fù)位模 式，將反光罩和傳感器一同反轉(zhuǎn)ram中所存儲的脈沖數(shù)目，并待機， 等待下一次啟動信號。通過復(fù)位開關(guān)，系統(tǒng)的工作

32、時長由原來的全天候，縮短至不足一半的 運行時間，可節(jié)約較為客觀的電量，并在一定程度上延長零部件的使 用壽命。2.3采光集熱部分2.3.1太陽能真空管本節(jié)能設(shè)計采用太陽能作為其主要的熱量來源，依托太陽能真空 管對管內(nèi)海水等待處理水體進行預(yù)加熱。如圖6所示相關(guān)數(shù)據(jù)表明，在良好的實驗條件下，真空管的熱轉(zhuǎn)換率可達到 54%,將收集到非?？捎^的熱量，對普通水溫的水體的加熱起到巨大的加速作用。真空管涂有涂層，透射率一般達到0. 93-0. 96o為反光 罩匯聚的大量熱量的吸收提供條件6。2.3.2反光罩反光罩，采用鏡面反射的工作原理，其材料為高反光的pvc制成, 可放射將近90喊勺陽光進行反射。通過將反光

33、膜緊貼于與真空管同心 圓的剛圓弧板上，形成聚光性能良好的反光罩。反光罩的使用，可大幅度提升真空管直接接受太陽輻射的表面與 強度，增加吸熱量提升整個裝置的效率。同時，反光罩通過隨動控制， 可實現(xiàn)長時間等面積接受太陽垂直光線，對太陽能的利用率可達到一 個新的臺階。2.4供水部分該裝置利用u型管模型，使真空管內(nèi)液面高度保持恒定。給水箱 使用浮子開關(guān)，其液面高度與真空管液面高度基本同步，在輸送海水 進入真空管的水管上連接一個針孔閥，起到限流以及隔熱的作用，確 保真空管處于較好的工作狀態(tài)，減少熱量損失。圖7為供水結(jié)構(gòu)示意浮子開關(guān)供水'管供水箱圖7供水箱示意圖供水2.5蒸餾收集部分水蒸汽上升到蒸餾

34、冷凝部分后，再將熱量傳遞給管路內(nèi)的導(dǎo)熱介 質(zhì)（水），自身凝結(jié)成液體，由重力作用流至集水箱。另外，用太陽能發(fā)電板覆蓋于冷凝管上部，如圖8所示?？山档?冷凝管曝曬于陽光樣下所產(chǎn)生的溫度，同時可進行發(fā)電，電量儲存于 蓄電池中，為隨動裝置提供電源，實現(xiàn)綠色能源的綜合利用，降低生產(chǎn)成本。太能電池板i蒸餾裝置冷凝部分蓄電池蓄水池水蒸氣閣8蒸餾收集裝置3系統(tǒng)方案可行性分析 3.1實驗?zāi)M系統(tǒng)運行后期實驗采用人工模擬日出、模擬特殊天氣使系統(tǒng)無法正常工作 等兩組實驗，對系統(tǒng)的雙線控制進行實驗論證。實驗運用太陽模擬器 進行模擬日出，觸發(fā)傳感器動作發(fā)出信號。同時利用示波器對傳感器 和時鐘觸發(fā)電路進行檢測。如果該回路

35、產(chǎn)生啟動電信號，則在示波器 上顯不。(1)先將時鐘控制電路暫停，將裝載光敏傳感器的黑箱遮蓋， 避免觸發(fā)系統(tǒng)啟動。通過小角度轉(zhuǎn)動，使太陽光漸漸投射到光敏電阻 上，模擬日出時的景象。實驗前后共進行了 10次，一旦陽光透過黒箱的狹縫直射到光敏 電阻上，傳感器控制電路指示燈亮起，表示該控制電路正常工作。10 次實驗基本都能順利實現(xiàn)，通過示波器與計時器的計時統(tǒng)計，系統(tǒng)啟 動控制信號發(fā)生的誤差接近0.1ns ,較為理想。但隨著光敏電阻使用 次數(shù)增多，出現(xiàn)阻值不穩(wěn)定的現(xiàn)象，初步確定是光敏電阻不穩(wěn)定造成 的,(2)將光敏傳感器黑箱狹縫遮住，將時鐘電路調(diào)整到對應(yīng)臨近時段。到達模擬最遲日出時間，傳感器回路沒有接收

36、到啟動信號，對 應(yīng)指示燈不亮。而時鐘電路回路指示燈亮起，并啟動系統(tǒng)工作。此回 路由于采用計時器，因而控制信號誤差非常小，可以忽略。而由于啟 動時間與日出時間的不對稱，設(shè)計方案提出了增加雙軸控制跟蹤器的 概念。3.2方案對比論證現(xiàn)有的海水淡化技術(shù)原則上適用于苦咸水淡化、污水回用、硬水軟化，世界各國眾多科研機構(gòu)涉及這一領(lǐng)域。目前，已經(jīng)開發(fā)的海水 淡化技術(shù)有20多種，雖然方法眾多，但主要可以分為如下幾類：1、 蒸餾法，2、反滲透(ro),3、電析法，4、冷凍法7。表2屯產(chǎn)1kg淡水的能耗對比淡化方式熱量輸入kj/kg所需電能kwh/m2總能量消耗kj/kg備注mse2943.7338.4med123

37、2.2149.4vc一16192r0一12144er-ro7.994.8ed一12144人陽能:ft接蒸餾器23300.33.6單位而積產(chǎn)水量低，8kg/ (m2 d)槽式太陽能+med123一一中-位面積產(chǎn)水s髙，60kg/ (m2 d)國外太陽能海水淡化技術(shù)已有較長時間的發(fā)展，過去二三十年內(nèi), 建造了大量的太陽能海水淡化系統(tǒng)，其中部分至今仍在運行，表3所 示展示了一些已經(jīng)建成的并使用可再生能源的海水淡化項目，可以 看出有相當(dāng)大部分的系統(tǒng)使用了太陽能。農(nóng)3太則能海水淡化系統(tǒng)系統(tǒng)所在國系統(tǒng)所在地點適川水質(zhì)淡化單兒淡化產(chǎn)fl太陽能利川情況完成吋間淡水耗費 y/m3阿聯(lián)酋阿布扎比海水med80m7d1862m2集熱器198448意人利蘭佩杜薩海水r0(3+2) m7h1ookwpv199061.9/m3西班牙阿爾梅里亞大學(xué)苦咸水r02.5 m3/h23.5 kwpv1990以色列馬阿甘邁克爾苦咸水r00. 4 m3/h3. 5 kwpv, 0. 6kw w/t 3kw1997西班3:阿爾梅卑je海水med3 m7d6. 5mw集熱器198833.3希臘可再生能源中心海水r0130it/h4 kwpv, lkww/t2002本裝置結(jié)構(gòu)原理類似于槽