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

1.1 引言

該系統基于EVK1105平臺和UC/OS操作系統進(jìn)行制作和開(kāi)發(fā)，以太陽(yáng)能和振動(dòng)能量作為系統主要的能量來(lái)源，并通過(guò)低功耗的電路實(shí)現節約能源、保護環(huán)境的理念。系統所有電源提供的電能用來(lái)提供給一個(gè)音樂(lè )播放器(MP3)，該播放器以無(wú)線(xiàn)雙向通信方式與耳機連接，并且支持多用戶(hù)同時(shí)利用該播放器聽(tīng)不同的內容，實(shí)現多用戶(hù)的播放功能。

1.2 項目背景

1.2.1 新能源技術(shù)

隨著(zhù)世界能源危機的不斷發(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(lèi)唯一的能量來(lái)源。人類(lèi)意識到礦產(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、節約能源、開(kāi)發(fā)新能源日益成為全球科技工作者共同關(guān)注的問(wèn)題，同時(shí)這一目標和思想也深入到了所有人的意識當中。

在面對能源危機最初的階段中，人們試圖通過(guò)減少人類(lèi)活動(dòng)中的能量消耗(即低功耗)的方法來(lái)解決能源，于是產(chǎn)生了一系列方案，例如：對工廠(chǎng)、作業(yè)現場(chǎng)能源管理的各種條例進(jìn)行了整合;在運輸領(lǐng)域引進(jìn)節能方案;強化對建筑物的節能管理;生產(chǎn)節能冰箱、汽車(chē)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(lèi)開(kāi)始開(kāi)發(fā)新能源以彌補礦產(chǎn)能源不足所帶來(lái)的能源危機，其中，這些能源包括：核能、太陽(yáng)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(chē)、燃料電池等。這些新能源的開(kāi)發(fā)在一定程度上緩解了對礦產(chǎn)能源的消耗。之后，隨著(zhù)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)、化石燃料應用技術(shù)、能源輸送與儲存技術(shù)、系統化技術(shù)、基礎性節能技術(shù)、高效與革新性能源技術(shù)、環(huán)境技術(shù)等一系列專(zhuān)門(mén)的技術(shù)。

由此可見(jiàn)，節約能源成為當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(lái)越受廣泛關(guān)注。

1.2.2 太陽(yáng)能采集技術(shù)

太陽(yáng)能作為一種重要的新型能源，在目前的新能源開(kāi)發(fā)進(jìn)程中有著(zhù)廣泛的應用和很好的利用價(jià)值。太陽(yáng)能是可再生能源，取之不盡，用之不竭，既可免費使用，又無(wú)需運輸，對環(huán)境無(wú)任何污染。通過(guò)測量和計算，地球獲得的太陽(yáng)發(fā)出的能量可達173000TW。在海平面上的標準峰值強度為1kw/㎡，地球表面某一點(diǎn)24h的年平均輻射強度為0.20kw/㎡，相當于有102000TW 的能量。

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

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

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

太陽(yáng)能電池的基本原理是由半導體硅材料構成P-N結，并制作成太陽(yáng)能電池。當光線(xiàn)照射太陽(yáng)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結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì )有電流流過(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過(guò)程的的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉換成電能的過(guò)程。

因此，利用發(fā)展較為成熟的太陽(yáng)能技術(shù)成為該項目的一個(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，現在正越來(lái)越受到廣泛關(guān)注，并且逐漸得到應用。在熱電、光電和振動(dòng)等多種新型能源中，振動(dòng)的能量轉換效率最高，而現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、最傳統的做法：和大型發(fā)電廠(chǎng)的發(fā)電機組相似，利用電磁感應原理，將磁鐵懸掛在線(xiàn)圈中，系統振動(dòng)時(shí)則會(huì )產(chǎn)生電磁感應現象，從而產(chǎn)生電能。

2、壓電轉換方式。使用壓電元件，施加壓力后會(huì )產(chǎn)生相應電壓，從而將振動(dòng)能變成電能。該元件雖然作為檢測壓力的傳感器已得到廣泛使用，但是隨著(zhù)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(lè )播放器技術(shù)

MP3既指一種數字音樂(lè )，也指一種音頻壓縮技術(shù)，即將原來(lái)的音頻壓縮成很小的音樂(lè )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(pán)式的MP3開(kāi)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(lè )播放器，其音質(zhì)和可以支持的音樂(lè )文件格式以及存儲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)也成為項目組提出該方案的一個(gè)重要背景。