基于EVK1105和UC/OS-II操作系统的自主能量开发(一)

1.1 引言

该系统基于EVK1105平台和UC/OS操作系统进行制作和开发，以太阳能和振动能量作为系统主要的能量来源，并通过低功耗的电路实现节约能源、保护环境的理念。系统所有电源提供的电能用来提供给一个音乐播放器(MP3)，该播放器以无线双向通信方式与耳机连接，并且支持多用户同时利用该播放器听不同的内容，实现多用户的播放功能。

1.2 项目背景

1.2.1 新能源技术

随着世界能源危机的不断发展，以及科学进步的不断进步，石油、煤和天然气等这些矿物资源不再是人类唯一的能量来源。人类意识到矿产资源的有限性以及地球本身的巨大能源潜力。环境保护、节约能源、开发新能源日益成为全球科技工作者共同关注的问题，同时这一目标和思想也深入到了所有人的意识当中。

在面对能源危机最初的阶段中，人们试图通过减少人类活动中的能量消耗(即低功耗)的方法来解决能源，于是产生了一系列方案，例如：对工厂、作业现场能源管理的各种条例进行了整合;在运输领域引进节能方案;强化对建筑物的节能管理;生产节能冰箱、汽车等日用产品。

但是一味地减少能源消耗的方法是不足的，因此人类开始开发新能源以弥补矿产能源不足所带来的能源危机，其中，这些能源包括：核能、太阳能、水力、风能、废弃物发电、海洋热能、生物发电、绿色能源汽车、燃料电池等。这些新能源的开发在一定程度上缓解了对矿产能源的消耗。之后，随着科技的不断发展，又产生了人工光合作用固定二氧化碳、利用化学物质的生物分解技术、再生能源技术、化石燃料应用技术、能源输送与储存技术、系统化技术、基础性节能技术、高效与革新性能源技术、环境技术等一系列专门的技术。

由此可见，节约能源成为当今能源使用的一大主题，并且与之相关的各种科学技术也越来越受广泛关注。

1.2.2 太阳能采集技术

太阳能作为一种重要的新型能源，在目前的新能源开发进程中有着广泛的应用和很好的利用价值。太阳能是可再生能源，取之不尽，用之不竭，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。通过测量和计算，地球获得的太阳发出的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/㎡，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/㎡，相当于有102000TW 的能量。

同时，太阳能在能源技术中也有着广泛的应用。除了太阳能热水器、光生物利用、光化学分解等用途之外，太阳能也大范围地被运用到发电之中。目前太阳能发电的应用技术已经日趋成熟，已获得应用的主要有以下两种。

1、光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。

2、光—电转换。其基本原理是利用“光生伏打”效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。

太阳能电池的基本原理是由半导体硅材料构成P-N结，并制作成太阳能电池。当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。

因此，利用发展较为成熟的太阳能技术成为该项目的一个重要部分。

1.2.3 振动能量采集技术

振动能量采集技术作为一种新型的能量采集方式，现在正越来越受到广泛关注，并且逐渐得到应用。在热电、光电和振动等多种新型能源中，振动的能量转换效率最高，而现在的微处理器和传感器的低功耗化，也使振动能量更加有用武之地。

目前，将振动能量转换为电能的技术逐渐趋于成熟，主要的方式有以下几种：

1、最传统的做法：和大型发电厂的发电机组相似，利用电磁感应原理，将磁铁悬挂在线圈中，系统振动时则会产生电磁感应现象，从而产生电能。

2、压电转换方式。使用压电元件，施加压力后会产生相应电压，从而将振动能变成电能。该元件虽然作为检测压力的传感器已得到广泛使用，但是随着能量采集技术的发展，压电元件被赋予了全新的用途。

1.2.4 音乐播放器技术

MP3既指一种数字音乐，也指一种音频压缩技术，即将原来的音频压缩成很小的音乐文件，正是这种小型文件形式的诞生，使得人们的日常生活发生了一次革命性的变化。

从第一款硬盘式的MP3开始(可以支持MP3、WMA和MAV三种格式)，一直到如今的中文触摸式MP3以及拍照MP3的诞生，MP3作为一种音乐播放器，其音质和可以支