智能电容器范文（精选7篇）
智能电容器 第1篇
近年来, 人们对于能源的需求量越来越高, 使得能源产业之间的竞争也异常激烈, 智能电网作为现代化输电与配电的总称, 其能够有效节省能源, 在智能电网的建设过程中, 新能源技术将重新来定义人们的生活。若将电网技术与通讯手段进行连接, 那么就能很好地保障基础电网的储能技术, 而超级电容器是十分重要的储能设备, 对于智能电网的长远发展有着重要的意义。
1 智能电网的主要特点
智能电网的建设是为了更好地实现以下几个目标:分布式能源的利用、电力供应商间的良性竞争、电网自动化监测系统的完善、电力供应质量的加强、电力用户间的互动、节省能源, 其中节省能源为主要目的。今后的智能电网其会由自动化输电系统与配电系统来构成, 其运作方式也会更加协调、可靠, 并且其有着以下几个特点:快速满足电力市场供应需求、安全灵活应用现代通信技术、提供安全可靠电力服务、快速诊断与消除故障等功能。将智能电网与以往的用电、配电模式相比较, 智能电网主要是依靠现代信息与通信技术来实现电网的自动化和智能化, 通过低碳、绿色的相关概念来减少电力能源的消耗, 这样就能更好地满足电力市场可持续发展的目标。智能电网的技术关键在于电网运行管理、分布式能源、用户管理几个方面, 分布式能源是由储能技术与分布式发电组成的, 将超级电容器作为储能技术的主要系统, 有利于提高智能电网的电力供应质量。
2 超级电容器的分类
2.1 双电层电容器
双电层电容器是指利用电极与电解质间所形成的界面双层来完成能量存储的元器件, 详见图1, 一旦电极与电解液之间进行接触, 那么就能根据分子间力、原子间力之间的作用, 来使固液界面具有更加稳定的双层电荷, 以此被称为界面双层。双电层电容器主要使用的电极材料有以下几种:多孔碳材料 (见图2) 、有活性炭、碳纳米管等, 因双电层电容器容量大小与电极材料之间的孔隙率有着直接的联系, 所以孔隙率越高, 那么电极材料的表面积就会越大, 自然双电层电容量也就越大, 但这也不意味着所有的孔隙率高, 电容器容量都会增大。将电极材料的孔径大小保持在50nm以下, 就能够很好地提高孔隙率的表面积。
2.2赝电容器
赝电容器又被称为法拉第准电容, 其是基于电极材料表面与体相间的二维空间之上, 使电活性物质出现欠电位沉积, 而发生的还原反应、化学吸附, 最终产生电极相关的电容。因所有的反应在体相之间进行, 所以才使得体系需要实现的最大电容值更大, 而对于氧化还原型电容器来说, 在相同体积下的赝电容器容量是双电层电容器容量的近100倍。
3 智能电网中超级电容器的应用途径
3.1 短时供电
微电网有两种较为特殊的运行模式, 一种是在正常情况下, 微电网与常规配电网之间进行并网运行, 故而被称为并网运行模式, 另一种是在检测电网出现故障或无法满足其相关要求时, 微电网及时断开自身而进行独立运行, 故被称为孤网运行模式。微电网需要在常规配电网中吸收一些功率, 所以微电网运行模式转变时, 就会出现功率缺乏的现象, 安全、可靠的储能设备安装有利于两种模式之间的平稳转换。
3.2 缓冲装置
微电网规模很小, 其系统惯性也小, 所以使得网络与负荷经常发生一些波动, 这些波动会对微电网的运行产生较大的影响, 通常工作人员会将微电网中的高效发电机额定容量进行固定, 但微电网的负荷却会因为天气等客观因素而产生变化, 这就意味着若想满足峰值负荷供电, 那么就必须选择燃油或燃气来进行调整, 但因为这一类能源的运行费用较为高昂, 故而只能作罢。将超级电容器用于此系统之中, 其能在负荷期间主动调整微电网的功率需求, 因超级电容器的密度较大, 所以更加适合负荷最高峰的选择。
3.3 改善质量
超级电容器储能系统有利于改善微电网的电能质量, 其可以利用逆变器的控制单元, 来对用户和网络进行超级电容器储能系统的调节, 这样一来就能实现提高电能质量的目的。超级电容器具有吸收快、功率电能放大快的特点, 若将其用于微电网电能质量装置的调节过程中, 有利于解决一系列系统暂态问题, 如瞬时停电、电压骤降等问题, 能够利用超级电容器来为其提供功率之间的缓冲, 自然也就能够吸收和释放电能, 以达到电网电压波动的稳定性。
3.4 优化运行
绿色能源是指风能、太阳能, 其没有均匀性, 会在电能输出方面产生较大的变化, 根据这一特性就需要使用缓冲器来进行能量的存储。因这一类能源所产生的电能输出是无法满足微电网符合高峰电能需求的, 所以更加需要为储能装置在短时间内提供更加充足的电能, 一直到发电量开始增加, 那么才能够逐步减少电量的需求量。例如, 太阳能发电的夜晚, 风力发电的无风等情况下, 都需要利用储能系统来解决这些问题, 来完成电能需求的过渡阶段。
4 结语
综上所述, 本文就智能电网中超级电容器的应用进行了详细地分析, 得知能源生产过程需要稳定地发展, 而不是不断变化的过程, 若将储能装置更好地应用在能源生产过程中, 不仅能够高效、可靠的将能量存储在储能装置之中, 更能在最短时间内为其提供相应的能源。总之, 超级电容器具有寿命长、无污染等优点, 将其应用于智能电网中有利于电力企业的长远发展。
参考文献
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智能电容器 第2篇
关键词：智能,集成,电容器,双CPU,节能
1、引言
在低压配电系统中, 无功补偿装置已得到广泛应用, 无功补偿装置的电容投切技术也日趋成熟。随着国家“十二五”规划当中对低碳经济与智能电网建设的要求, 智能化、集成化、网络化、可靠性、节能、环保成为智能电器发展的主流, 智能集成电力电容器正是在智能电器总体发展柜架上开发出来的全新一代低压无功补偿装置。
2、无功补偿装置中投切开关的特点
目前, 无功补偿装置主要有4种方式来投切电容器组:普通接触器、专用接触器、晶闸管投切电容器和智能型复合开关。接触器投切电容器方式随着技术的发展已逐步退出市场。
新型智能型复合开关, 在结合接触器和无触头晶闸管各自的优点的基础上, 采用磁保持继电器和晶闸管并联的结构方式, 这样既克服了电容器组投切时的涌流现象, 又减小了功率损耗, 从而在智能集成电力电容器中得到了广泛的应用。
3、智能集成电力电容器的硬件结构
智能集成电力电容器是在智能电器总体发展柜架上开发出来的全新一代低压无功补偿装置, 它由CPU测控单元、智能型复合开关和电力电容器等组成, 如图1所示。
CPU测控单元:其硬件电路主要由检测、控制、执行及电源四部分组成。检测部分主要是对负载的电压和电流进行检测, 并将其参数信号转换成控制单元所能接受的信号, 控制单元由DSP完成对电压和电流值的计算, 再根据控制补偿规则, 做出投切决策并输出投切指令;执行单元接到指令后, 通过智能型复合开关控制补偿电容器组的投切;该测控单元集成了通讯模块, 实现智能电容器之间的组网、信息输入、输出。 (如图1)
电网的电压、电流分别经PT、CT接入测控单元, 信号调理部分将它们转变为小幅值的电压信号接到DSP的ADC, 经过DSP的采样、分析、计算, 根据结果, 结合投切策略, 自动控制复合开关投切电容器组, 再将计算结果送到双口RAM;C51单片机负责电容器的保护电路控制, 负责将计算结果送到液晶显示, 同时扫描键盘, EEPROM记录控制器重要参数的变动, 两个CPU之间通过双口RAM进行数据的传送。
智能型复合开关:受控于测控CPU, 集成C51控制器投切回路, 主控回路采用双向晶闸管和磁保持继电器, 应用过零检测技术, 实现电容器组过零平滑投切, 消除合闸涌流与操作过电压, 可频繁进行投切。微型断路器:智能电容器电源保护开关, 电源接入端子, 起短路、过流保护作用。
4、卓越性能
4.1 节能环保
智能集成电力电容器采用了磁保持继电器, 电路接通后, 不再消耗电能, 磁保持继电器内, 衔铁由永磁体吸持。常规补偿装置接通补偿电路需要交流接触器, 交流接触器触点需要电磁线圈保持, 每只交流接触器需消耗15W, 每一路可接通15kVar。采用智能集成电力电容器每k Var就比传统无功补偿装置减少损耗1W。智能集成电力电容器体积比其它自动补偿装置缩小50%左右, 减少了大量的导线、接点、器件等电能损耗。我国目前在用的配电变压器近500万台, 平均容量为200kVA, 总容量近10亿kVA, 无功补偿按配电变压器平均的1/3计算, 现有配电变压器需无功补偿容量3.3亿k Var。
如果将现有传统配电变压器无功补偿装置换成智能集成电力电容器, 按1kvar省1W算, 则一年可节电28.91亿kwh, 超过秦山核电站设计年发电量17亿千瓦时。可减少煤耗109.86万吨, 减少排放CO2气体285.64万吨, 相当于增加净化空气的森林面积7616.94平方公里;可减少SO2气体排放5.7万吨, NO1, NO2气体排放3.36万吨, 减少环境污染。
4.2 智能网络控制
由于每台电容器都带有智能网络模块可以形成主从自动组合模式进行投切, 相当于每台电容器都能充当控制器, 实现了高可靠性。取消总控制器, 采用分散控制模式, 每组智能集成电力电容器都有控制单元, 使多组电容器的自动投切摆脱了全部依靠一个控制器的情况, 杜绝因控制器故障导致整个系统瘫痪。
多台智能集成电力电容器联网使用时, 会自动生成一个网络, 地址码最小的一个为主机, 其余为从机, 构成低压无功自动控制系统;如果个别从机出现故障, 自动退出, 不影响其余工作;如果主机故障, 主机退出, 在从机中产生一个新的主机, 组成一个新的系统。容量相同的电容器按循环投切原则, 容量不同的电容器按适补原则投切;通讯模块具有485通讯接口, 可以接入后台计算机, 进行配电综合管理。通过智能网络控制技术, 提高了运行可靠性及电容的足量投入, 延长了补偿装置的寿命。
5、应用
2010年9月, 新型智能集成电力电容器在聊城某有限公司与新建居民小区投入使用, 累计投入20kVar智能集成电力电容器42路, 30kVar智能集成电力电容器10路, 共采用四台无功补偿柜体组屏安装, 比传统无功补偿方式节省一台柜体, 其中在某工厂配电间改造的应用中还有很大的增容空间;安装生产工时比常规无功补偿装置柜减少60%, 连接线和节点减少80%, 柜内简洁, 在使用现场快速组装;随着电力用户用电负荷的增加, 可以随时增加电容器的数量, 扩容方便;使用至今, 该智能补偿实现了设计所有功能, 运行良好, 没有出现电力用户经常反应的触点烧结和电容器膨胀爆裂现象, 可靠性高。
参考文献
[1]朱连欢.基于DSP的低压TSC动态无功补偿装置的研制.浙江大学电气工程学院硕士学位论文, 2008.
[2]张翠哲, 李文华, 骆燕燕, 王立业.无功补偿装置中智能型复合开关的研究.低压电气, 2008.
智能电容器 第3篇
在节能性方面, 低压智能电容器实现了降低能耗, 经济环保的目标, 由于其体积大幅缩小, 使得生产设备所需的原材料数量减半, 节省了大量资源, 而且其耗电量也缩减到原来的一半左右, 进一步实现了节能功效。电容器投切方式也更加智能灵活, 降低了投切过程中电流和电压的冲击量, 保证了投切的效率和安全性。另外, 低压智能电容器对不同相位实现了分别的无功补偿, 弥补了传统单一线路补偿的缺陷[2]。
传统的低压电容器主要存在如下缺陷和运行障碍:其一, 由于低压并联电容器在控制时各条线路是单独运行的, 所以就需要合理协调的分配投切时间, 保证系统正常运转, 而如此一来, 就大大增加了系统线路运转的等待时间, 降低了系统运行的效率[3]。其二, 由于电容器设备本身线路操控系统与整个电网运营系统是一个整体, 所以, 在电流功率补偿操作时如果电容器发生设备故障, 在检修时就必须切断整个电力运营系统的线路, 致使系统设备必须中断运行。
1 设计科学合理的并联系统
硬件设备是保证电容器正常运行的关键和基础, 在选择硬件设备时, 要注意其与整体系统的融合性与协调型, 同时, 要采用技术含量较高的新型硬件装置, 实现功率补偿的最佳效果。投切设备的选择要注重其智能化控制效果, 在主控制系统的设置方面, 要根据和设备相关需要科学设置各项参数指标, 以满足设备正常运转的要求。合理控制投切系统也是在并联运行设计过程中所要考虑的主要因素。[4]
该处理器可配置两路通用异步接收/发送装置串行通信口, 其中一路转换成RS485通信, 与上位机的配网自动化系统连接;另一路串口转换成RS232为多台低压智能电容器并联工作时通信专用[5]。
1.1 低压智能电容器通信地址设置
在设计时将低压智能电容器的通信地址设置为, 由操作人员直接拨码的开关完成。拨码开关设为4位, 由微处理器I/O口采集开关状态, 设置从0000-1111共16个不同地址。在软件中, 文章定义地址设置为0000的智能电容器为单独运行状态, 地址为1111的智能电容器为退出运行状态, 其余地址均为组网运行状态。
1.2 自动组网功能
在有多个电容器投切控制器同时应用的情况下, 采用RS232通信将各低压智能电容器并联组网, 设置处理器串口工作于模式2或模式3状态下, 每帧信息为11位, 构成一主多从的串行通信网络。
2 电网侧电流信号的处理
在传统的无功补偿控制器设计中, 电网侧的电流信号一般都是直接使用标准电流互感器二次侧的电流信号[6]。文章在设计中将电网侧的标准电流互感器的二次侧电流信号接入特制 (穿心式结构) 的电流互感器, 将标准电流互感器二次输入电流转换为小幅值的电压信号, 提供给多台并联的低压智能电容器模块使用L7J, 电流采样互感器该电压信号使用2根电缆并行接入各个低压智能电容器模块。
3 实际应用测试
某台区配电变压器容量为100k VA, 设计JP补偿柜为一路400A进线、两路200A配电出线, 带计量功能, 补偿容量为30kvar, 分3路自动投切。使用这些改进技术对低压智能电容器进行设计, 其电气接线由于采用了改进后的低压智能电容器, JP补偿柜的补偿室内只需安装1台作为补偿总开关的塑壳短路器和3台容量为10kvar的低压智能电容器;接线部分只需要将QF5的出线分别引入各低压智能电容器, 同时再将CT4、CT5、CT6的二次输出引入配套的电流采样互感器;各智能电容器的二次接线采用标准屏蔽双绞线互联。
3台低压智能电容器的通信地址分别设置为0001、0010和0011, 并将外部通信RS485总线接人上位机进行观测。通电运行后, 第一台智能电容器地址为0001, 默认成主机, 通过RS232总线查询组网情况, 得到其余3台智能电容器模块的回应, 获得其余模块的数量、容量、开关信息, 成套装置在0001号模块监测实时无功功率的情况下投切电容器;将第二组智能电容器的地址设置为1111, 该电容器立即分断开关、退出运行并闭锁, 0001号主机随即报告0010号电容器模块故障, 并协调与001 1号模块进行投切补偿。恢复初始状态后重新通电运行, 将第一台电容器的地址由0001改为1111, 原主机立即退出运行, 10 S后通信地址为0010号的第二台主机自动升级为主机, 取得与上位机的通信, 协调自身与第三台电容器进行投切补偿。
4 结束语
建设节约型社会是我国政府在现阶段社会经济发展进程中所大力提倡的, 在对资源进行开发利用时, 要注重其使用的高效性, 采取一切可行的措施降低对能源的消耗。电力能源是我国目前主要的能源供给来源, 是保障社会经济正常运转的前提, 由于大型工业生产企业在电力使用过程中存在严重的电能浪费现象, 为了改变这一现状, 可以通过在用电系统中加入低压智能电容器达到节能的作用。JP补偿柜是一种常见的功率补偿设备, 改进低压智能电容器节能技术可以有效提高补偿柜的节能功效。
摘要：工业企业在日常生产中, 对于用电量的需求极大, 各种大型电力设备的正常运转需要电力供应系统具备良好的稳定性和高效的供电能力。然而在电力系统供电过程中由于用电设备大多数都属于感性负载设备, 所以从总体上降低了电网运行的功率, 增加了电流无功功率, 造成大量的电能损失, 与此同时, 还会对设备的正常运转造成影响, 加速了设备的损耗。为了降低电流无功功率所带来的负面影响, 使用低压电容器对设备进行功率补偿是一种行之有效的解决方案。JP补偿柜是一种补偿功率的常见设备, 其核心装置是低压电容器, 人们不断致力于电容器的研发和改进, 目前, 新型的低压智能电容器以其独特的优势正被广大企业所采用, 大大提升了企业用电的功效。文章据对低压智能电容器的构造及运行原理加以系统介绍, 旨在扩大其应用范围, 切实提高电网的总体运行效能。
关键词：优点,存在问题,并联运行设计
参考文献
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[6]国家电网公司.国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则[Z].2004.
智能电容器 第4篇
一、新型“容器人”新在何处
不同的时代背景、不同的媒介特征, 使得智能手机造就的新型“容器人”与电视时代的“容器人”有诸多方面的差异。
(一) 时代背景不同, 造成媒介不同
从时代背景来说, 旧有的“容器人”理论产生在以电视为主流媒介的时代, 电视是单向传播的媒介, 多数情况下受众只能从电视中接收信息, 而不能及时有效地反馈信息, 互动性不强、时效性不足。新型“容器人”以新兴媒体为背景产生, 智能手机作为新兴媒体的代表, 在实现信息实时传播的同时其互动性大大增强。智能手机集远距离沟通、办公、娱乐等诸多功能于一体, 高度贴合现代社会人们的需求。
在这种情况下, 影响受众生活状态的主要媒介由电视过渡到智能手机。中野牧所提出的电视时代的“容器人”受电视媒体自身特点的影响, 受众只能像处在容器中一样接收信息, 造成了“与外界隔绝”的局面。新型“容器人”则受到智能手机这一新兴媒介的影响, 受众由原来的被动接收信息转变为主动索取所需信息, 能动性增强。
(二) 新型“容器人”容器壁加厚, 自我意识、封闭心理更加严重
中野牧认为, 电视媒介时代下的“容器人”知道自己是孤立且封闭的, 他们希望打破这种壁垒, 冲破内心孤独的状态, 他们会选择与周围的人接触, 但是这么接触只是停留在容器壁外沿的碰撞, 不能达到精神世界的沟通。这种“容器人”有自我意识, 不会相信外部权威, 却对大众传播媒介传递的信息深信不疑。智能手机给人们提供了相互沟通交流的机会, 它在实现远距离的人际交流的同时提供了诸多娱乐功能。强大的功能性满足了受众各方面的需求, 使得部分受众过度沉溺其中, 失去了面对面沟通的能力与兴趣, 宁愿低头玩手机也不愿与周围的人过多地交流, 导致对身边人的忽视。如果说电视媒介造就的“容器人”渴望打破孤独, 那么智能手机造就的新型“容器人”就是在享受孤独。形象地说, 电视媒介下的“容器人”容器壁比较薄, 他们有与周围人沟通的意识, 因为电视的单向性传播不能完全满足人们生存的社会性需求。智能手机所造就的新型“容器人”的容器壁却在不断加厚, 在智能手机架构的虚拟世界里, 新型“容器人”实现了看似互动性极强的社交行为, 实则往往伴随着对现实社会交往的忽略。在这种情况下, 他们往往会失去在实际生活中沟通交流的欲望。
(三) APP的开发、无线网的大范围覆盖导致新型“容器人”的深度封闭
智能手机的强大功能依托于APP的下载和无线网的使用得到实现, APP的更新下载丰富了智能手机的功能, 无线热点的大规模覆盖打破了流量限制。APP作为智能手机的第三方应用程序, 满足了大众社交、购物、游戏、工作等多种需求, 受众任意下载自身需要或感兴趣的APP。通过下载APP, 智能手机不断实现功能性的延伸, 使其成为新时代大众的宠儿。现今, 大众生活的各个场所均被无线网络覆盖, 随时随地连接无线网络, 摆脱了流量的束缚成为大众沉溺智能手机的另一个重要原因。
电视时代的“容器人”自主选择性相对较低, 只能选择观看电视媒介正在播出的资源, 受众的典型表现是相信媒介信息, 无视外部权威, 从心理层面来讲呈现出乐意与周围人接触的特征, 但这种接触受到容器壁的阻隔达不到实际效果。APP和无线网给予了新型“容器人”更强的自主选择性、更大的选择空间, 好奇心与探索欲引导受众不断走入智能手机打造的容器世界的深处。他们沉迷于智能手机不愿意与身边的人交流沟通, 标新立异追求自身的独特性, 活跃于自由表达意愿的网络虚拟世界以逃避现实。智能手机只是造成新型“容器人”的中介工具, APP的开发与无线网覆盖是新型“容器人”深度封闭的重要原因。
二、新型“容器人”面对的问题
智能手机带来的种种便捷不可否认, 但是其中的诸多问题和弊端也不容忽视。智能手机所造就的新型“容器人”面临类似社交、生理、心理等诸多问题。
(一) APP社交的热衷, 现实世界的冷漠
智能手机时代的到来打开了APP社交的大门, 微博、微信、QQ并行不悖。社交APP是为沟通人际关系存在的, 但受众对APP社交的过度使用会导致对现实世界的忽视。随时随地通过社交软件与异地朋友取得联系, 却忽视了身旁的陪伴者, 这是新型“容器人”APP社交的典型特征。通过智能手机实现的人际交往, 往往只是停留在语音、文字内容上, 但人们交谈时的表情、动作同样是传递信息、获知信息的关键途径。语言可以带有欺骗性, 交谈时的神情动作却是不可伪造的, 面对面交流所传递的信息要比通过智能手机实现的交流更为真实细腻。APP社交在缩短人与人之间的物理距离的同时, 拉伸了人与人之间的心理距离。
此外, APP社交是通过网络连接实现的, 在网络虚拟性构建下的人际关系网很不稳定。在网络中, 人们可能扮演着各种各样假想的角色, 以弥补现实世界的缺失。这种角色扮演本就带有欺骗性, 这种戴着面具的表演所营造的情感也是一击即溃的。人类是以集群而居的生物, 不可能脱离社会独自生存, 因此APP社交不可能取代人与人之间的现实性接触。
(二) 娱乐倾向过于严重
1971年, 传播学奠基人拉斯韦尔提出了大众传播的三功能说。在此基础上, 赖特为大众传播加上了另一个主要功能——娱乐。智能手机的娱乐功能成为吸引大众的亮点, 智能手机与互联网相结合使得手机的娱乐功能被无限放大。智能手机被部分人戏称为“游戏机”, 躺着玩、坐着玩、站着玩、趴着玩, 智能手机造就了实时娱乐的强大功能。从智能手机的传播内容来看, 也多是以娱乐为主, 无论是社交软件的盛行, 还是娱乐内容的演变, 智能手机所实现的功能不只是展现生活, 更重要的是传递娱乐。智能手机的游戏功能已经不再仅仅限于自我游戏, 只需联网便可看到其他同伴的游戏现状、综合排名, 从而激发胜负欲, 也使得人们沉溺在游戏中。
尼尔·波兹曼在《娱乐至死》中批判了电视的娱乐化倾向, 现今智能手机影响下的社会环境又何尝不是如此呢?创造手机是为了实现远距离的沟通需求, 但在强大的娱乐功能之下, 人们对智能手机的使用正在逐渐偏离固有的轨道。
(三) 生理、心理双重健康问题
长期低头使用手机的人就是平时所说的“低头族”, 这类人群由于长期比较近距离地观看手机屏幕, 会产生生理、心理的双重健康问题。就生理方面来说, 会引发近视、散光、暂时性失明、颈椎病等生理疾病。频繁使用手机, 紧盯屏幕, 会导致人在工作、学习中注意力不够集中, 引发“注意力障碍”。研究表明, 持续使用手机1个小时以上, 会导致生理周期紊乱, 从而影响正常的生活、学习秩序, 并且手机辐射会对人的中枢神经系统造成机能性障碍, 引起头痛、头昏等症状。
在心理方面, 很多正常的人际交往被手机取代, 使人们产生心理焦虑, 严重的还有可能产生强迫症, 突出表现为知道没有来电或者短信, 也要时不时地翻看手机, 手机必须随身携带等行为。长期使用手机的大众, 一旦离开手机就会觉得心慌意乱, 缺乏安全感或者经常出现手机幻听现象。在社交活动被手机娱乐取代的时候, 人们与身边的人交流的频率大大降低。在这种情况下, 一旦离开手机就会让人产生孤独、失落等心理状况。
三、关于改善新型“容器人”的建议
帮助新型“容器人”打破容器壁, 不仅需要受众自身的努力, 也需要媒体与APP开发商的协同支持。
(一) 从受众自身来说:打破壁垒, 适度使用
作为主体参与者的受众必须正视智能手机带来的双面作用, 择其善者而从之, 改变自身的媒介接触习惯, 合理使用智能手机。
第一, 加强与身边人面对面的沟通与交流。智能手机在方便大众生活的同时也减少了人们面对面地交流和沟通的机会, 使得亲人、朋友之间的感情日渐疏远。通过手机屏幕的冰冷交流与依靠面对面实现的可触碰的、可感知的交流沟通有很大的不同。面对面的沟通与交流更容易加强彼此的了解和认识, 同时这样的交流也更有效率, 更能建立起真挚的关系。在现实社会拥有丰富的人际交往经验, 掌握人际交往的技能, 能够获得人际交往的成功体验, 减少自身的孤独感, 有利于心理健康。
第二, 选择性接触, 养成良好的生活习惯。选择性接触不仅仅是指使用智能手机时间段的选择, 也是指智能手机用途的选择性。智能手机是一个选择有助于自身发展、积极向上的内容, 拒绝有害社会、无益于自身内容的工具。人们创造出智能手机是为了方便大众的生活, 在智能手机功能不断增多的同时其也带来了诸多弊端。在这种情况下, 我们必须正视弊端, 有选择地使用智能手机, 合理规划使用时间、场所, 养成良好的生活习惯, 培养健康的体魄。合理使用智能手机不仅是对自己负责, 也是对家人、对社会负责。
(二) 从APP开发商来说:致力于实用型APP的开发
实用型APP意指能够给受众生活、工作、学习带来切实帮助的手机软件。近年来, 智能手机APP的开发不再局限于手机游戏、社交等娱乐性软件, 运动、医疗、教育等实用型APP逐渐踏足受众的生活。一方面, 在当前的社会条件下, 快节奏的生活、繁忙的工作影响了人们的健康状况;另一方面, 生活条件的改善让大众开始注重生活质量。在这种情况下, 助力于大众健康生活的实用型APP更加符合社会大众的需求。APP开发商作为社会大众的一员, 需秉持强烈的社会责任感, 认清当前社会背景下受众的普遍需求, 投入更多的精力在实用型APP的开发上, 帮助大众打造健康积极的生活方式。
摘要：在当前的社会环境下, 依托于智能手机产生了新型“容器人”。智能手机造就的新型“容器人”呈现出容器壁加厚, 封闭意识增强等特征, 面临着沉溺于智能手机、娱乐倾向过于严重、影响生理及心理健康等问题, 改善这种情况需要受众、手机APP开发商双方共同努力。
关键词：传播学,智能手机,新型“容器人”
参考文献
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智能电容器 第5篇
超级电容既具有电容的大电流快速充放电特性, 同时也具有电池的储能特性, 并且重复使用寿命长, 放电时利用移动导体间的电子 (而不依靠化学反应) 释放电流, 从而为设备提供电源。
超级电容与电池比较, 有如下特性:
1.1 低串联等效电阻 (LOW ESR) , 功率密
度 (Power Density) 是锂离子电池的数十倍以上, 适合大电流放电, (一枚4.7F电容能释放瞬间电流18A以上) 。
1.2 超长寿命, 充放电大于50万次, 是
Li-Ion电池的500倍, 是Ni-MH和Ni-Cd电池的1000倍, 如果对超级电容每天充放电20次, 连续使用可达68年。
1.3 可以大电流充电, 充放电时间短, 对充电电路要求简单, 无记忆效应。
1.4 免维护, 可密封。
1.5 温度范围宽-40℃~+70℃, 一般电池是-20℃~60℃。
本文设计的测试仪是超级电容研发过程中不可缺少的工具, 对生产超级电容所采用的不同材料进行比较以及掌握超级电容各种性能参数起到了至关重要的作用。另外, 测试仪也可应用于教学环节, 让学生更深入的了解超级电容电压、电流等参数特性。
测试仪采用虚拟仪器技术, 缩小了仪器的体积, 降低了系统的成本, 避免了传统的箱柜式笨重的结构。虚拟仪器与传统仪器相比, 具有高效、开放、易用灵活、功能强大、性价比高、可操作性好等明显优点, 具体表现为:
智能化程度高, 处理能力强。虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于仪器软件水平。用户完全可以根据实际应用需求, 将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器设计与集成, 从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。
复用性强, 系统费用低。应用虚拟仪器思想, 用相同的基本硬件可构造多种不同功能的测试分析仪器, 如同一个高速数字采样器, 可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。这样形成的测试仪器系统功能更灵活、更高效、更开放、系统费用更低。通过与计算机网络连接, 还可实现虚拟仪器的分布式共享, 更好地发挥仪器的使用价值。
可操作性强, 易用灵活。虚拟仪器面板可由用户定义, 针对不同应用可以设计不同的操作显示界面。使用计算机的多媒体处理能力可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于理解, 测量结果可以直接进入数据库系统或通过网络发送。测量完后还可打印、显示所需的报表或曲线, 这些都使得仪器的可操作性大大提高而且易用、灵活。
2 国内外研究概况、水平和发展趋势
超级电容是近些年才批量生产的一种无源器件, 国内对其参数测量的专用测量工具还不多, 常见的是小容量 (1000法拉以下) 测量仪器, 或用电池测试工具替代, 但受到了电压、电流、采样时间等制约, 效果不理想。本文设计的测试仪是专为超级电容量身订做的, 没有容量的限制, 可根据需要实现相应功能。系统所采用的虚拟仪器技术、USB通信技术等, 均是较为先进的技术手段。
3 研究内容和技术关键
3.1 研究内容
本文设计的测试仪可完成对超级电容的相关参数进行测量, 参数主要包括电容容量 (充电和放电) , 充放电时间, 电容内阻等, 也可对电容进行恒流充电及恒流放电, 并可绘制电压、电流及时间曲线, 也可对测量数据进行保存、读取、比较、筛选等。
样机分下位机和上位机两部分, 下位机中的核心处理器MCU主要完成接收上位机对其发出的指令, 并根据指令完成对电容的充、放电的控制以及A/D采样等功能, 再将数据传送回上位机中, 上位机主要完成对下位机发送指定指令功能, 控制下位机对电容充、放电, 并读取A/D转换数据进行计算, 分析, 得到电容相关参数。
采用恒流充电, 充电电流分为50m A、100m A、200m A、500m A和1A五个档位, 电容容量根据公式C=Q/U, 其中Q=It, 所以C=It/U。I为预先选定的充电或放电电流, t和U为测得的充、放电时间和充放电电压值。
3.2 技术关键
虚拟仪器技术;
上位机和下位机之间的USB通信技术;
下位机硬件电路的设计, 包括恒流充电、恒流放电以及当电流较大时对导线电阻产生的影响进行修正;
单片机A/D转换误差的修正;
上位机对数据的分析、处理及计算。
4 方案设计与实现
4.1 项目的总体方案采用了虚拟仪器技术,
采用此方案的原因是可以充分发挥上位机 (PC) 强大的计算能力和软件的计算技术, 实现包括数据库统计, 图表分析, 存储打印等多种功能。本项目中的下位机核心处理器采用8位MCU, 实现I/O控制、信号采集、A/D转换、数据传输等功能。
4.2 根据总体方案采用的虚拟仪器技术, 设
计了系统的具体结构, 将采用下位机和上位机 (PC) 协同工作, 下位机和上位机之间的通讯采用当前较为流行的通用串行总线 (USB) , 下位机核心处理器为美国Microchip公司生产的8位单片机PIC18F2550, 28引脚, 集成11通道10位A/D转换及USB等功能模块。上位机采用普通的具有USB功能的个人电脑, 安装相应软件即可实现超级电容测试仪的多种功能。
4.3 下位机中的核心处理器PIC18F2550主
要完成从通用串行总线 (USB) 上接收上位机对其发出的指令, 并根据指令完成对电容充电、放电的I/O控制以及多通道A/D采样等功能, 再通过通用串行总线 (USB) 将数据传送回上位机 (PC) 中, 全部程序由C语言实现。
4.4 上位机主要完成对下位机发送指定指
令功能, 控制下位机对电容充电或放电, 并根据从USB上读取的A/D转换数据进行计算, 分析, 得到电容相关参数, 并可根据相关数据绘制电压、电流曲线, 支持曲线的保存及打印输出等功能, 支持数据的存档、比较、筛选等功能, 上位机程序由VB实现。
4.5 方案确定后开始按步骤实现各部分结
构, 首先完成下位机的硬件电路设计, 然后搭建电路并对其进行调试, 硬件调试成功后制作PCB板, 焊接元器件, 完成下位机的硬件部分。然后进行软件部分的设计, 包括下位机单片机程序和上位机系统软件, 同时对两部分程序进行联机测试, 反复调试各项功能, 直至整个系统调试完成。
5 结论
经过实践, 按照本文设计的方案已完成了便携式超级电容智能测试仪样机一台, 可以完成对超级电容的相关参数进行测量, 包括电容容量 (充电和放电) , 充放电时间, 电容内阻等, 也可对电容进行恒流充电及恒流放电, 并可绘制电压、电流及时间曲线, 也可对测量数据进行保存、读取、比较、筛选等。充分证明了本文方案的可行性。下一步, 作者将继续完善方案, 进一步提高测量精度, 增加充、放电流档位, 并对测试仪其他功能进行扩展。
参考文献
[1] (加拿大) B.E.康维.电化学超级电容器:科学原理及技术应用[M].北京:化学工业出版社, 2005, 9.
[2]赵勇.虚拟仪器软件平台和发展趋势[J].国外电子测量技术, 2002, (1) .
智能电容器 第6篇
关键词：智能测量,FPGA,DCM,FFT
0 引言
快速傅里叶变换FFT是一种可实际应用的频谱分析方式,也是目前实际应用中进行频谱分析的主要方法,对信号进行傅里叶级数分析,可以获得输入它们的基波参量,而谐波分量对该测量方法几乎没有影响,只有当高斯白噪声接近基波的频率分量时才会影响到基波的相位,FFT谱分析法也能有效抑制高斯白噪声[1,2]。FFT变换特点是运算量较大,需要相应的硬件,具有较高运算能力。FPGA内部结构决定了其非常适合并行运算,同时FPGA中拥有数百个乘加单元,并行运算的方式使FPGA具有高性能的数字信号处理能力[3],利用FPGA实现FFT处理运算非常快。
基于FPGA数字信号处理技术进行FFT的方案可用于对传统电子测量技术领域的改进。文中尝试将FPGA用于LRC的测量。该测量系统采用FPGA控制高速A/D采样芯片对高速采样,采样数据由FPGA进行高速FFT运算,运算结果由Msp430单片机进一步分析处理后由液晶显示输出。在设计中使用多阶数字滤波器滤波来提升系统测量的可靠性及测量精度[4]。采用MSP430单片机智能控制,使测量系统具备自动分析、识别、计算的能力。
1 系统组成与工作原理
设计采用矢量比例法[5]实现对电感、电阻、电容的测量。其原理如图1所示。
图中Z0为标准阻抗元件,Zx为待测阻抗元件,参考阻抗用标准阻抗R0代替z0,可推导出:
式中,Vxx、Vxy为Vx实部、虚部,V0x、V0y为V0实部、虚部,由式(1)可以求得:
由式(2)-(4)可知,只需测得Vx、V0实部、虚部就可以测量待测L、R和C的值。图1中的Vx、V0的实部虚部可通过对Vx、V0信号进行傅里叶级数分析获得。
总体方案如图2所示,使用TI公司的16位单片机MSP430作为系统的总控制芯片,MSP430产生三个频点的方波通过滤波产生正弦波,正弦波通过测量器件及标准器件,后用数模转换芯片ADS7862对两个通道同时采样,用多个模拟开关在各个电路之间进行切换匹配电阻及信号频率,ADS7862为双通道AD,可以对测量通道及参考通道同时采样,然后以并行数据先后传输给FPGA,FPGA将采样数据存入FIFO,对采样数据进行缓冲操作,FIFO写满后通知FFT模块读取数据,进行FFT变换,变换完成之后取出相应频点传送给MSP430进行数据处理。
2 系统硬件设计
2.1 FPGA数据处理模块
本次数据处理使用的是Xilinx公司XC3S200A FPGA芯片,内部集成大量的RAM,片内的逻辑资源相当丰富,具有很高的运行频率[6]。FPGA在系统中的任务就是:控制A/D数据采样速率、数据读取时序,接受MSP430单片机控制,为ADS7862提供三个相应频点的工作时钟,对ADS7862的采样数据进行FFT变换,FPGA数据处理,将变换数据送给MSP430处理显示。
系统利用FPGA对采样数据处理时,利用Core Generator工具调用了产生FFT变换的IP核来简化设计过程,用户只需要输入必要的参数,该工具就可以按照用户设置自动选择最优结构生成FFT,同时产生资源报告。
2.2 高速A/D采样模块
系统A/D采样芯片采用TI公司的ADS7862型AD芯片,其主要特点是:双核12位模数转换器(ADC)芯片进行采样[7];内置两个4 微秒逐次逼近型AD转换器、两个采样保持放大器、一个+2.5V内部基准电压源和一个高速并行接口,每个通道支持全差分输入;每个通道有2μs总的数据吞吐量,转换后的数据为并行输出;能够达到1MHz的有效采样率。ADS7862的两个通道分别对Vx、V0同时高速高精度采样,保证了Vx、V0信号相位差的稳定和测量的准确性。
2.3 智能控制模块
系统采用MSP430F4617作为智能控制模块,该芯片有两个16位定时模块单元,多路12位A/D采样转换模块,12位D/A转换模块,多路时钟系统,存储容量大,数量多的I/O口。测量时首先接收FPGA处理后的数据,分析测量数据,根据测量值与设定参数比较,然后再反馈给控制测量模块选切换合适的测量档位,再根据初步测量结果反馈控制函数发生器以及内部定时器选择合适函数频率,进行精确的测量,最终控制液晶显示器将测量的元件的电学特性RLC值输出显示。
3 系统软件设计
软件设计方案整体框图如图3所示。
3.1 FPGA控制ADS7862转换时序设计
FPGA控制ADS7862转换时序的编程思想:将高频率时钟先经DCM(Digital Clock Manager)倍频分频将频率调整到32MHz。对DCM输出的32MHz的时钟进行分频的后输出给AD提供采样时的时钟信号。CONVST信号是将提供给AD的时钟信号再过16分频而得到的。CS 与RD共用一个信号,这个信号可以通过将CONVST延迟1个和3个AD时钟周期后再进行逻辑与运算产生。同时延迟了1个和3个AD时钟周期后的中间信号可以分别用于读取A通道和B通道的数据的时钟触发信号,采样时序如图4所示。
3.2 FIFO使用和控制
FIFO读写[8]时流程如图5所示。FIFO进行写操作时,写信号使能有效并且FIFO不为满时,输入总线(DIN)输入的数据会传输进FIFO,置位WR_ACK。如果FIFO持续写入并且没有读数据,仅当FIFO不为满时写操作有效。FIFO进行写读作时,读信号有效并且FIFO不为满时,FIFO内的数据输出至输出总线(DOUT)上,然后VALID置位。如果FIFO持续读出并且一直没有写入数据,仅当FIFO不为满时写操作才会有效。FIFO读空后,如果再有读要求时,将不再响应,这时下underflow标志置位。FIFO将保持该状态,直到写操作到来。在采样数据到来时,应通过一个程序来分拣数据,分别放入两个FIFO进行存取。
3.3 FPGA的FFT变换和单片机通信软件设计
两个FIFO中依次读出采样数据进行变换,因此采用非连续型数据流模式,对于START信号,可以依次在每次转换前给其个脉冲,也可以在首个FIFO将其置高,等两次变换都做完后再拉低。写满第一个FIFO后开启FFT变换信号START、置低SCLR,开始第一次的FFT变换,当START变高之后的第一个时钟上升沿到来时开始读数据,读完1024个点后,开始转换,BUSY拉高。程序流程如图6所示。
4 实验验证
测量值与数字电桥测量值对比如表1-3所示。
从测试实验可以看出,设计的RLC测量仪的电阻测量范围为50Ω～20MΩ,误差在5%以内,电感测量范围为1mH～1H,误差在为8%以内,电容测量范围为100pF～50μF,误差在5%以内 。设计采用了MSP430F4617单片机智能控制,FPGA进行数据高速处理变换,实现了一定范围的智能化准确测量。
参考文献
[1]黄志强,潘天保,吴鹏,等.Xilinx可编程逻辑器件的应用与设计[M].北京:机械工业出版社,2007.
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[5]高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程电子仪器仪表设计[M].电子工业出版社.
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[7]Burr_Brown from Texax Instruments:Data Sheet[Z].ADS7862.SBAS101B-JANUARY 1998-REVISED AUGUST 2005.
智能电容器 第7篇
测量电容元件集中参数值的仪表种类较多,方法也各有不同,但都有其优缺点。一般的测量方法都存在计算复杂,不易实现自动测量,而且很难实现智能化的不足。该设计打破了传统的设计模式,首先把较难测量的电容元件参数利用555定时器构成的多谐振荡器转换成简易测量的频率信号[1,2],然后使用单片机计数后再运算求出电容值,最后送数码显示电路,实现了智能化测量,避免了由指针读数引起的误差。
1 电路的设计与实现
1.1 电路设计方案及说明
系统分为测量电路、通道选择和控制电路三大部分[3],如图1所示。测量电路的核心是由555定时器[4]构成的多谐振荡器,通道选择由集成数据选择器实现,控制通道由MCS-51[5,6]构成。根据所选通道,通过P0.3口和P0.4口向模拟开关发送两位地址信号,取得振荡频率,然后根据所测频率判断是否转换量程,或者是把数据进行处理后,得出相应的参数值。
1.2 各部分电路设计
1.2.1 电容测量电路
电容的测量采用脉冲统计法[7],如图2所示。由555电路构成的多谐振荡电路,通过计算振荡输出的频率来计算被测电容的大小。555定时器接成多谐振荡器的形式。该电路的振荡周期为:
有:
所以:
为了使振荡频率保持在这一段单片机计数的高精度范围内,在选择合适R的前提下,所测电容分为两档:
(1)当0.001μF≤Cx≤0.1μF,且P3.0接高电平,P3.2接低电平时,R=R1=R3=483Ψ,C3取0.01μF。由式(2)可知,对应频率fx的范围为10 kHz≤fx≤1 000 kHz,所以
(2)当0.000 01μF≤Cx≤0.001μF,且P3.1接高电平,P3.3接低电平时,R=R2=R3=48.3 kΨ,同样C3取0.01μF。由式(2)可知,对应频率fx的范围为10 kHz≤fx≤1 000 kHz,所以
1.2.2 多路选择开关电路
利用74LS253实现测量类别的转换,74LS253是双四选一的模拟开关选择器件[4]。当选择了某一通道的频率后,输出频率通过P3.4作为CPU定时器的时钟源,并开始计数(P3.5悬空),当计数后读出计数器的值,除以24就得到了被测C所对应产生的频率,通过计算得到要被测值,如图3所示。
1.2.3 数码管显示电路
图4是四位LED静态显示驱动电路。
该电路具有锁存、译码、驱动功能的CD4511[4]作为锁存/译码/驱动电路,笔段测试输入LT及消隐输入BI接高电平(无效),锁存输入端LE分别接P1.7,P1.6,P1.5,P1.4。当LE为低电平时,译码输出由ABCD输入端编码决定;当LE由低电平变为高电平时,锁存输入端ABCD的状态,译码输出也相应地保持不变,且具有超量程显示功能[3,8]。
图4中数码管显示显示内容如图5所示。
2 系统测试及整机指标
为了检测该仪表的整机性能,该表和DT9508B型数字万用表的实测数据如表1所示。
经检测该仪表指标达到了如下要求:
(1):0.000 01μF≤Cx≤0.1μF;
(2)测量精度:±5%;
(3)制作4位数码管显示器,显示测量数值,且能超量程显示。
3 结 语
与传统的电容测量仪表相比,基于单片机技术简化了电路板的空间,提高了系统设计的可靠性,实现了测量过程的智能化[9,10]。经实际运行检验,仪表性能稳定可靠,测量精度高,响应速度快,且基本不受电源波动的影响,抗外界电磁干扰能力强,受周围外界环境的影响小,因此有着广泛的应用空间。
摘要：在分析和比较传统电容测量仪表的基础上,提出一种新型智能电容测试仪的设计及实现方案。仪表以MCS-51单片机为控制核心,结合多谐振荡器和多路开关,仅用较少的外围资源即可实现,且结构简单,成本低廉,可获测量过程智能化和实现数字显示。经系统测试和使用,该方法性能可靠,测量精度高,弥补了传统测量方法的不足,达到了预期的设计效果。
关键词：单片机,智能电容测试,多谐振荡器,数字显示
参考文献
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