微生物燃料电池内阻测试仪设计【毕业论文】.doc
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1、毕业论文 - 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目: 微生物燃料电池内阻测试仪设计 学 院: 学生姓名: 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 指导教师: 起 止 日期: 毕业论文 - 微生物燃料电池内阻测试仪设计 摘要 微生物燃料电池 (MFC) 是一个微生物催化有机化学能直接转化为电能的生物反应器 。 微生物燃料电池 同时能 净化污水 和 收获电能 ,这样 可以 降低污水处理的成本 , 因而近年 来 受到了广泛关注 。然而 , 目前 MFC 输出功率 还 很低 , 比普通的氢气燃料电池要低 3-4 个数量级,微生物燃料电池 的产电能力通常是用最大输出功率密度来衡量的,当外电阻等于电池的内阻
2、时,外部电池输出功率达到最大。 研究表明 , 内阻是限制微生物燃料电池产能的 一个 重要因素 ,而测量 MFC 内阻的组成是提高 MFC 产电能力的前提 。本文 总结了 目前国内外有关微生物燃料电池内阻的研究成果 , 系统介绍了 微 生物燃料电池内阻 的 构成 、 定义 形式 和常用的 测量微生物燃料电池内阻 的 方法 ,设计了一个 微生物燃料电池内阻 测试的仪器 ,该仪器可以方便的测出微生物燃料电池的内阻,以期为提高 MFC 产电能力提出合理的建议。微生物燃料电池内阻测试仪主要由 电源电路 、 A/D 信号采集 系统、 液晶驱动及显示电路 和 STC89C52 单片机 系统电路。 微生物燃料
3、电池内阻测试仪的设计我采用内部带有 A/D 模数转换模块的 STC89C52 单片机来控制, 通过 取出 微生物燃料电池内阻 的压降,然后送入 ADC0809 的 A/D 转换的输入端,再 经单片机处理,最后经过 12232F 液晶显示器直接显示 当前的电压和电压差值。该设计还包括量程自动转换功能, 阻值测量范围为 0.01 -2k,具有了一般测试仪都有的基本功能。通过这次的设计让我了解到微生物燃料电池的相关知识,以及它在未来的发展趋势。总之,本设计的研究具有重要的理论意 义和应用价值。 关键词 : 微生物燃料电池 ; 内阻 ; 构成 ; 测定方法 毕业论文 - Abstract The mi
4、crobial fuel cell (MFC) is a microbial catalytic organic chemistry which can be directly converted into electrical energy bioreactor. Microbial fuel cells can get electricity and purify the dirty water, thus it can reduce the cost of sewage treatment, so it received considerable attention in recent
5、years. However, the MFC output power is still very low, lower than the normal hydrogen fuel cell 3 to 4 orders of magnitude, the production of microbial fuel cell power generation capacity is usually measured in terms of maximum output power density, equal to the internal resistance of the battery w
6、hen the external resistance, the external battery output power reaches the maximum. Studies have shown that resistance is an important factor limiting microbial fuel cell capacity, measurement of MFC internal resistance of the composition to improve the ability of MFC electricity premise. This paper
7、 summarizes the research on microbial fuel cell internal resistance, the system introduces the definition of microbial fuel cell internal resistance in the form constitutes the internal resistance and the measurement of microbial fuel cell, designed a microbial fuel cell internal resistance test ins
8、trument, the instrument can measure the internal resistance of the microbial fuel cell, in order to put forward reasonable proposals for the MFC electricity production capacity. Microbial fuel cell resistance tester main power supply circuit, the signal acquisition system, LCD driver and display cir
9、cuit and STC89C52 SCM system circuit. Microbial fuel cell internal resistance tester designed with an internal A/D converter module STC89C52 microcontroller to control, remove the voltage drop across the internal resistance of microbial fuel cell, and then into the STC89C52 single-chip A /D converte
10、r inputside, single-chip processing, and finally through the liquid crystal display resistor. The design also includes a range automatic conversion, the resistance measurement range of 0.01-2k, with the basic functions of general tester has. Through this design made me realize that knowledge of micr
11、obial fuel cell, and its development trend in the future. In short, the design of the study has important theoretical significance and application value. Key words: Microbial fuel cells; Resistance; Constitute; Determination method 毕业论文 - 目录 前言 . 1 第 1 章 绪论 . 3 1.1 系统框架设计总方案 . 3 1.2 系统组成方案 . 3 1.2.1
12、 单片机控制方案 . 3 1.2.2 显示控制方案 . 4 1.2.3 电源模块方案 . 4 第 2 章 微生物燃料电池内阻的分析 . 5 2.1 MFC 内阻的定义及构成 . 5 2.2 MFC 的原理、分类及特点 . 5 2.2.1 MFC 的原理 . 5 2.2.2 MFC 的分类 . 6 2.2.3 MFC 的特点 . 6 2.3 MFC 内阻的测试方法 . 6 2.4 MFC 内阻的影响因素 . 7 2.4.1 电子受体 . 7 2.4.2 反应器 . 8 2.4.3 电解液 . 8 2.4.4 产电微生物 . 8 2.5 MFC 的用途和前景 . 9 第 3 章 系统主要硬件电路设
13、计 . 10 3.1 电源模块硬件设计 . 10 3.2 主控制电路硬件设计 . 10 3.2.1 STC89 系列单片机及应用 . 10 3.2.2 单片机最小系统 . 12 3.2.3 A/D 转换模块 . 13 3.3 显示电路 . 15 3.3.1 12232F 的概述 . 15 毕业论文 - 3.3.2 12232F 模块硬件构成说明 . 16 3.3.3 12232F 模块的外部接口 . 16 第 4 章 系统软件设计 . 18 4.1 主程序流程图 . 18 4.2 A/D 采样软件设计 . 19 第 5 章 制作调试过程 . 20 5.1 PCB 板制作 . 20 5.2 元器
14、件焊接 . 21 5.3 电路的调试 . 21 5.4 硬件结构组装 . 21 5.5 软件系统编写调试 . 21 结论 . 22 致谢 . 23 参考文献 . 24 附录 A 微生物燃料电池内阻测试仪设计的原理 图和实物图 . 25 毕业论文 - 前言 微生物燃料电池是一种微生物 的 阳极催化剂 , 将化学能直接转化成电能的装置。利用不仅可以直接将水中或污泥中的有机物降解 掉 ,而且 还 可以将在微生物代谢过程中 的有机物 产生的电子转化成电流 , 从而获得电能。因此 , 无论是利用输出电能的特点 来 进行新能源的开发 , 还是利用的特殊环境对特殊性能的微生物进行驯化 , 以及利用 的 电流
15、与水中有机物之间的定量关系进行新型污水水质检测方法的研 究 , 对 微生物燃料电池 的研究均具有重要的理论意义和应用价值。 目前已 有研究结果显示 , 微生物燃料电池在 很多领域 具有应用开发前景 ,比如说作为传感器,替代能源,或者在污水处理方面。 MFC 作为 传感器的开发 方面,近年来 出现了大量关于传感器的研究 ,其中以工作原理为基础的传感器的研究也是研究人员关注的焦点。利用工作原理开发新型传感器的关键在于电池产生的电流或电荷与污染物的浓度之间呈良好的线性关系 , 电池电流对污水浓度的响应速度 比 较快 ,还 有较好的重复性。 作为 替代能源 ,研究人员发现可以利用 生物质 来 制 造
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