太阳能池塘水质改良设备供电动力系统研究与设计

摘要

随着人口增加、生活水平的提高，能够提供优质蛋白的水产品广泛受到人们的喜爱，相应的需求也也来越多。在我国，淡水养殖是水产品来源的主要渠道，主要包括池塘、水库、湖泊、河流等，其中池塘养殖方式则是主要形式，其产量在淡水养殖总产量中所占比例超过70%。我国池塘养殖大部分采取传统养殖方式，在传统养殖方式下，大量的饵料和肥料等营养物质被浪费，并沉积在水底或被排放出去，造成严重的水污染问题。传统池塘养殖中，池底会堆积大量的残饵、粪便等有机物质，这些有机物质会转化成氨氮、亚硝酸盐、甲烷、硫化氢等还原态有害物质，严重威胁养殖安全。如果合理释放底层污水中的有机物，既能减轻污染，也能平衡不同水层碳、氮、磷的含量。 在对现有的水质改良设备做出大量的研究和比较后，为了改变现有水质改良设备工作范围小、能耗高、噪音大、移动困难等缺点，提出了一种智能化太阳能池塘水质改良设备，该设备以清洁能源太阳能主要动力，配合超声波定位技术，实现设备在预先设定的各目标之间自动定位并向其移动，在移动水域完成水质改良工作，也可人工遥控控制其工作路线。该设备有着工作范围大、噪音小、移动方便、工作水域灵活、无污染等优点，是一种节能、环保、高效的智能水质改良设备。 供电动力系统是实现能量获取、智能控制、定位移动、水质改良的关键。要设计出可靠、高效的水质改良设备，就需要配置一套合理的供电动力系统。太阳能池塘水质改良设备供电动力系统包括超声波定位部分和光伏供电部分。超声波定位部分利用其测距原理配合无线通信技术，通过相关算法计算出待测目标的距离和方位，由控制器控制浮体小船的运动状态，实现水质改良设备在运动路线的水质改良。太阳能供电部分利用光伏发电技术配合处理器和控制电路实现为设备供能及蓄电池充放电等。 本文首先从我国池塘水产养殖所面临的水体富营养化污染问题、清洁能源太阳能的发展利用以及移动机器人技术的迅速发展为背景，阐述了课题研究的背景和意义；然后分别介绍了国内外水产养殖水体净化技术、太阳能光伏利用、移动机器人技术的发展现状，并对课题研究内容和安排做出说明；接着对系统实现功能和总体方案设计加以说明，并着重对系统所涉及的超声波定位技术和太阳能光伏发电技术的原理做出详细的介绍，另外根据设备的工作要求对系统工作参数进行了计算；再分别对超声波定位部分和太阳能供电部分中所涉及的硬件及电路做出计算、选型和设计。主要包括处理控制器、无线信号收发、超声波发射、超声波接收、最大功率追踪、充放电控制、电压电流检测及保护等模块；其次分别完成了系统中相应程序软件部分的介绍和设计；最后对本文设计做出总结，并提出不足之处和下一步需要努力的方向。 太阳能池塘水质改良设备供电动力系统的研究与设计，融入了超声波定位、太阳能供电、智能控制、无线遥控等现代化技术，推动了新技术、新科技在水产养殖业的应用，改善了传统水质改良设备落后、工作范围小、噪音大、移动困难、能耗多等诸多缺点，提高了设备的工作效率和工作稳定性，具有一定的使用意义和推广价值，为太阳能和智能控制在水质改良设备中的应用提供了一套可行的方案。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究的意义和背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与安排

第二章 系统总体方案设计

2.1 总体方案设计

2.2 超声波定位技术

2.3 太阳能光伏电池介绍

2. 4蓄电池原理

2.5 太阳能供电系统参数设计

2.6 本章小结

第三章 超声波定位系统硬件设计

3.1 小船中超声波定位系统的硬件设计

3.2 行程节点装置系统硬件设计

3.3 本章小结

第四章 太阳能供电系统硬件设计

4.1 MPPT控制器硬件电路

4.2 蓄电池充放电路

4.3 主系统电源电路

4.4 主系统控制电路

4.5 本章小结

第五章系统软件设计

5.1系统总体软件设计

2.2移动小船超声波定位部分软件设计

5.3行程节点软件设计

5.4无线通讯工作流程

5.5太阳能供电系统软件设计

5.6本章小结

第六章 实验分析

6.1 超声波测距实验

6.2 光伏供电系统实验

6.3本章小结

总结与展望

参考文献

附录1系统原理图

附录2 部分软件代码

致谢

攻读硕士学位期间的科研成果