利用微生物作为反应主体, 在阴阳极间施加电流, 产生氢气或者甲烷的一种电解池。微生物电解池由池体、阳极、阴极、外电路及电源组成。在阳极上有一层由产电微生物形成的生物膜, 这些微生物靠吃污水中的有机物为生。MEC对电源的要求, 像MEC的发展一样, 还处在探索阶段, 无法定型。现有的恒电位仪或可编程电源, 已经明显不能满足MEC研究的需求, 因此, 非常有必要开发MEC所需的特种电源。电源箱主控板mcu应用的是STC15单片机开发板, 该开发板采用宏晶公司最新STC15系列IAP15F2K61S2芯片, 增强型8051CPU, 1T, 单时钟/机器周期, 速度比普通8051快8-12倍。这个开发板有足够的I/O口供我们使用, 而且有我们需要的共8通道10位高速A/D转换器, 速度可达30万次/秒。带有需要的片内大容量2048字节SRAM。需要的各种接口齐全, usb接口可实现开发板的供电, 下载程序, 方便使用。总的来说, 运行速度快, 价格低廉, 能够快速调节电压, 适合我们所做的新型MEC电源箱。
一、设计方案
二、设计原理
(一) 电压转换设计
LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一, 它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式, 又具备输出电压可调的特点。此外, 还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。lm317是可调节3端正电压稳压器, 在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流, 此稳压器非常易于使用。TIP122, 中等功率线性开关器件, 常用在低速开关电路之中。对于X9C102, 通过AD值调节x9c102数字电位器的电阻值的大小电源模块工作原理:七块电源模块各自都有三个调节端口, 连接单片机, 其中一个端口为电源模块的选通端口, 单片机就可以随时调节一路或多路电源模块, 7路输出端子的电压就能是独立输出。单片机通过AD值调节x9c102数字电位器的电阻值的大小, 就可以调节输出端的电压值。x9c102数字电位器精度高, 可以满足我们对电压的高精度调节要求。在电源箱内, 还有一块标准的3v电源模块, 输出的3v电压与每块电源模块输出的电压做差值, 就是箱体背板上每个接线端子的最终的电压。电源模块我们个装了一个LM317, 一个TIP122, 而且又各自预留了一个借口, 为了以后电源箱做扩展时使用, 可以加大输出。74HC595是硅结构的CMOS器件, 兼容低电压TTL电路, 遵守JEDEC标准。74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器, 三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在SHcp的上升沿输入到移位寄存器中, 在STcp的上升沿输入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起, 则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入 (Ds) , 和一个串行输出 (Q7’) , 和一个异步的低电平复位, 存储寄存器有一个并行8位的, 具备三态的总线输出, 当使能OE时 (为低电平) , 存储寄存器的数据输出到总线。
(二) 显示功能设计
电源箱显示屏的主要用途有: (1) 输入想要得到的电压值、周期、频率、占空比。 (2) 观察电源箱实时的工作状态, 将检测到的波形图显示出来。 (3) 可以选择通道, 分通道设定电压、波形、周期、占空比。电源箱屏幕所显示的数据, 应该与背面板输出端子用示波器测得的数据相同。每个通道都可以进行周期、幅值、波形, 进行调节, 可以随时输入需要的周期, 设定需要的电压值, 选择需要的波形。
由于触摸屏占用较多的IO口, 主控板的IO已经没有多余的的了, 我们就想是否可以使用74HC595移位器存器对IO进行扩展, 而且74HC595还可以级联, 电压在2-6v之间都能使用, 并且有很强的驱动能力。理论上, 74HC595可以级联许多片。但是移位寄存器的使用会影响屏幕的速度, 不过IAP15系列的单片机可以装33兆晶振, 理论上, 可以将74HC595影响的速度给弥补回来。所以, 我们设计了IO扩展电路。
三、结论
综上所述, MEC电源箱设计基本完成, 达到设计目的。为微生物降解水污染源打下坚实的基础。将来还将推出“盲箱版”应用到污水处理厂进行具体测试, 为将来进行微生物降解水污染设备做好准备。
摘要：本文依托吉林大学某博士研究方向——水污染源降解微生物培养池, 按具体的微生物培养要求, 进行电控系统设计。首先解决电源调节精细度达到0.01V, 之后解决具体的操作问题, 采用5英寸真彩色触摸屏进行设计, 同时配置COM口可以与计算机直接通讯, 将采集的数据汇总到计算机上处理。
关键词：MEC,A/D转换器,IO扩展