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1、毕业设计(论文)任务书学生姓名 专业班级 自动化0602班 指导老师 工作单位 自动化学院 设计(论文)题目： 汽车尾气余热发电系统电压巡检模块设计与开发 设计(论文)主要内容： 了解汽车尾气余热发电系统结构，设计电压巡检模块，可检测16路05V电压信号，精度要求10mV，分辨率达到10位，采用CAN总线与主控制器通讯。要求完成的主要任务：（1）熟悉余热发电的工作原理；（2）熟悉单片机编程方法；（3）设计电压巡检电路。测量16路电压，电压测量范围为05V，电压检测的精度为10位；CAN传输速率为250Kbps，外部晶振为16MHZ，通讯距离1000米。（4）撰写毕业设计论文，字数15000以上
2、；（5）英文翻译2万字符（其中汉字5000字）。毕业设计图纸：毕业设计图纸布局应均称、运用的线条粗细要合理，尺寸要详尽准确，表达设计意图时要符合行业规范。参考资料1 刘红丽,张菊秀.传感与检测技术M.北京:国防工业出版社,2007.6.2 刘和平.PIC16F87X单片机实用软件与接口技术M.北京:北京航天航空大学出版社,2002.4.3 刘国先.PIC单片机原理与接口技术M.北京:电子工业出版社,2004.11.4 马栖秦,徐正中.自动检测技术M.北京:机械工业出版社,2000.5 张征,曾美琴,司广树.温差发电技术及其在汽车发动机排气余热利用中的应用J.能源技术,2004,25(3):12
3、0-123.指导教师签名 系主任签名 院长签名(章) 武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）随着我国汽车数量的增加，汽车尾气排放量日益增多，对石油等不可再生资源消耗量增大，我国已跃居世界石油能源消耗第二大国，同时近年来国际石油供需日益紧张，油价不断上涨。在面临能源危机的形式下，我们要发展新型能源，但是现在新型能源的发展还处在起步阶段，发展很不完善，因此在传统能源消耗的途径下，提高能源利用率是一条节约能源的很好的途径，所以从节能减排的角度来说必须将传统汽车燃料利用率提高。从而利用汽车尾气发电是解决节能问题的最佳实现途径。传统汽车的发动机除了要驱动汽车前
4、进之外，还有一部分能量用来发电，供给汽车上其他用电设备。但是当用尾气发电后，就可以将发动机上的发电装置去掉，这将大大提高发动机的效率，将更多的能量转入到驱动汽车上，同时汽车上其他用电设备的电能由尾气发电供给。汽车尾气发电系统的电压巡检作为尾气发电系统电压检测的关键设备，随着尾气发电的发展，正发挥着越来越重要的作用。热电模块的单片、单组电压巡检不仅在尾气发电系统的研发阶段起着十分重要的作用，即使在投入使用后对热电模块的维护也是不可或缺的。目前国内外很多团体和个人在研究利用汽车尾气发电，大多采用如下几种方方法：1)、双刀继电器法，每个蓄电池的两端都与一只双刀继电器的两对动合触点相连接。继电器都不动
5、作时，所有蓄电池均与巡检电路断开。当进行电压检测时，由控制器依次使继电器闭合，使对应的蓄电池的阴极接入检测电路地，阳极经缓冲器进入A/ D 转换器。2）、悬浮地测量法，利用模拟开关对被测量的蓄电池进行切换，两片模拟开关采用差动式连接，模拟开关工作电源均由所测量的蓄电池所提供。这样就解决了蓄电池的电位高于芯片电压的问题。通过单片机对蓄电池切换，两片模拟开关的输出分别就是被选中的蓄电池的正端和负端电压，为了使蓄电池电压不影响巡检系统的工作，采用光电耦合器构成悬浮采样系统，实现采样电路与单片机之间的光电隔离。3）、运放采样电路，采样电路是一个由电阻和运算放大器组成的线性差动运算电路。根据运算放大器的
6、特性通过选取适当电阻，可以将蓄电池电压变换为单片机和A/ D 的输入范围内。现在国内有很多电压巡检系统，如江苏金帆电源科技有限公司的电池电压巡检系统、江苏大唐科源电气公司的电压巡检技术应用设计、武汉理工大学的光伏电池板巡检系统和燃料电池单片电压巡检系统设计及故障诊断研究、上海交通大学的串联蓄电池组电压巡检模块的设计、同济大学汽车学院的单片电压巡检及在燃料电池发动机中的应用等。国外有很多公司开发了多种燃料电池的电压巡检系统，例如美国的NI公司、加拿大Greenlight公司、日本的Honda公司，在这些公司中最引人注目的是美国的NI公司，它推出了一些软硬件测试产品，能够兼容多种电池，测得几乎所有
7、涉及指标。总体来说电压巡检系统已经发展的日趋成熟，并且方式趋于多元化。本文针对汽车尾气余热发电系统中热电模块的电压监控技术展开研究，设计了电压巡检模块。该模块既可以在尾气余热发电系统研发阶段对热电模块工作情况进行监控，也可以在尾气余热发电系统投入使用后对热电模块进行维护，因此，电压巡检模块对尾气余热发电系统具有重要意义。2、基本内容和技术方案基本内容：毕业设计的电压巡检主要是在线测量热电模块两端的电压。由于尾气从管道经过时温度会相应下降，从而贴在管壁上的热电模块两面温差会相应下降，因此与气体流动方向垂直的一排热电模块是等电压的，将它们并联；与气体流动方向相同的每一组的热电模块的电压随着温差的减
8、小而下降，将这样的热电模块组串联。每一片热电模块在温差300的情况下电压大约在3V左右，多片等电压的热电模块并联，同时多组不等电压的热电模块组串联，共同构成给汽车供电的电源。所要测量的电压是每一组并联热电模块的电压，读取模拟电压值后经A/D转换为数字信号。同时由于多组热电模块组串联，电压将超过一般测电压芯片的电压最大承受范围，因此这是电压巡检电路设计中要解决的重要问题。所以可采用可以抑制高共模电压的集成易用放大器来测量。技术方案：1) 了解余热发电的由来，介绍余热发电的原理及发展前景。2) 设计测量一路热电模块电压检测的方案。3) 设计一路热电模块电压巡检电路。4) 根据一路热电模块电压检测的
9、原理可以得到整体检测电路。3、进度安排第12周： 毕业实习，撰写毕业实习报告；第34周： 翻译外文资料，初步确定方案，完成开题报告；第5周： 确定最终方案，并进行可行性分析；第68周： 硬件设计及程序代码得编制；第9周： 中期检查；第1011周： 综合调试，根据结果完善系统；第1214周： 完成论文撰写；第15周： 论文答辩；第16周： 论文装订。4、指导教师意见蔡佳楠同学调研比较充分，研究内容充实，技术方案明确可行，现已经具备开始毕业设计的条件。该生能达到预期的目标，同意进入设计阶段。 指导教师签名： 年 月 日武汉理工大学毕业设计（论文）目录摘要IABSTRACTII1绪论11.1余热发电
10、研究意义11.2电压巡检发展现状21.3本文主要研究内容32尾气余热发电原理42.1热电模块原理42.1.1 HZ-20热电模块特点52.1.2 HZ-20热电模块电压电流特性62.2汽车尾气余热发电方案设计72.2.1余热发电汽车结构72.2.2温差发电器设计72.2.3余热发电热平衡与效率83电压巡检单元结构设计103.1信号处理单元123.1.1信号处理单元电路设计123.1.2信号处理单元元件选择143.2数据处理单元143.2.1数据处理143.2.1数字处理单元的元件选择143.3数据传输163.4热电模块单元检测电路174电压巡检系统软件设计194.1电压巡检主程序设计194.2
11、 A/D转换程序设计234.3 CAN通信软件设计25结束语27致谢29参考文献30附录1：程序代码32附录2：电压巡检电路原理图37摘要随着我国汽车数量的增长，城市汽车排放污染日益严重，传统汽车燃料的供需矛盾也更加突出。回收尾气余热发电可以有效节约能源，减少污染。电压巡检模块是汽车尾气余热发电系统的一个关键组成部分，本文针对汽车尾气余热发电系统中热电模块的电压监控技术展开研究。主要内容如下：本文介绍了利用尾气发电汽车的主要结构，讲述了尾气余热发电的原理。在此基础上，根据电压巡检设计要求设计了一种可以对每一路热电模块进行电压检测的方案，该方案可以克服共模电压干扰。将整个电压巡检系统分成电压检测
12、单元和数据传输单元。根据以上设计方案，最终成功设计出了汽车尾气余热发电系统的电压巡检模块，它可以实现对16路热电模块的电压进行实时检测的目的，并同时将检测的结果通过CAN总线与余热发电的其他控制单元进行数据通信。关键词：余热发电电压巡检热电模块PIC单片机ABSTRACTWith the ever-rising number of the automobile in our country, the problem of the pollution from urban automobile exhaust is becoming more and more serious, and the
13、traditional contradiction between the automotive fuel supply and demand has become more and more conspicuous. Turning waste heat from motor vehicles into power can save energy and reduce pollution. Voltage monitor module is a critical component of waste heat generating system, so this paper makes a
14、research on voltage monitor technology of the thermoelectric module in waste heat generating system. The primary coverage is as follows:This paper introduces the main structure of automobiles that generating electricity by using waste heat of tail gas, and describes the principle of waste heat generating system. According to the design requirements, I have designed a scheme to measure the voltage of every thermoelectric module on this basis, and this design can conquer the disturbanc
