一种基于PVDF的双发电系统的设计

的设计

　　系统采用的方案是，将相邻的四片压电材料通过一个无线传感器进行实时监测，实现高效、迅速、灵敏且最大限度地收集压电材料所产生的电能。系统无线传感控制系统与电网监测系统的设计原理图如图5所示。

　　无线传感控制系统的工作原理：预先设定无线传感器的额定工作频率及转换的额定工作电压，只有相邻的压电应变片达到预设的工作频率，其应变才能被无线传感器检测到，其产生的电能才可以被无线RF传输电路传递给电网集成电路集中收集。

　　3.2 RF远程传输电路的设计

　　系统主要应用于公路发电系统，也有可能安装在环境较为恶劣的地区，故采用了传输效率高、传输响应频率严格的RF远程传输电路来提高系统能量的收集效率。

　　RF发射电路由发射头电路和微处理器两部分组成，其工作原理是当微处理器和发射头电路同时上电后，微处理器串行输出口TXD发送一组数据，通过发射头电路以电磁波形式发送到空中。数据发送时间要小于10ms,因为压电发电装置所提供的电压在控制电路的调解下每次只能持续1s,故所设计的发射电路要适应压电发电装置这个特性。

　　在系统中，利用RF发射电路将系统电网收集的电能集中传输给升压及储能电路，实现了远程传输和远程控制。在一些特定的区域应用时可以大大减少安装、运输及管理成本等。

　　3.3 升压电路的设计

　　一般的升压电路，当电源电压低于DC/DC驱动电压，DC/DC根本无法启动及进行任何升压动作。因此首先要解决的就是升压电路的启动问题。但是系统增加启动电路必然使整个电路复杂化，且电路的稳定性降低。本设计需要的是一种不加启动电路的升压电路。

　　采用S882Z系列充电泵就能使上述问题迎刃而解。S882Z系列按放电开始电压大小有4个品种：分别为1.8V,2.0V,2.2V及2.4V,在型号后缀中用18,20,22及24来区分。例如，S882Z20是放电开始电压为2.0V的充电泵。

　　该系列的主要特点如下：输入电压VIN范围在Ta=-30~+60!时为0.3~3.0V;Ta=-40~+85!时为0.35~3.0V;工作时的消耗电流在VIN=0.3V时为0.5mA（最大值）；有关闭控制，在关闭状态或称休眠状态时耗电小于0.6A（VIN=0.3V）；关闭控制电压为放电开始电压降0.1V（小于等于3.0V）；内部振荡器频率为350kHz;外部仅接一个启动电容（CCPOUT）；小尺寸SOT235封装。

　　3.4 储能电路设计

　　压电元件产生的电荷是瞬间和交替的，是以不规则的随机突发形式提供能量，而且在电能提取过程中具有阻尼效应。当振动能传递到压电材料时，由于压电材料内部电阻太大（相当于断路）或电阻太小（相当于短路）时，产生的电能未消失，会再次转化为振动能；重复这种过程，振动衰减会持续一段时间。所积聚起来的电荷阻碍电荷的进一步生成，因此必须先在一个超级电容器中积累足够的能量，然后通过转换电路将能量储存于电池中。

　　本系统采用MAX1811作为主控芯片设计电路对可充电电池进行电能收集。MAX1811体积小，尺寸为5.00mm?6.20mm?1.35mm,它是一种高集成度电池充电器，所需外围元件很少，易于控制电路体积，而且，它可以用于锂电池充电。

　　MAX1811有两个设置端，其中SELV设置为高时，对电池的最终充电电压为4.2V;设置为低时，最终充电电压为4.1V,可适应不同最终充电电压的锂电池，MAX1811最终充电电压的精度可达到0.5%,能安全地对电池进行充电。另一个设置端是SELI,开关K闭合设置成高时，充电电流为500mA,适用于高功率的端口（4.75~5.25V,500mA）；开关断开为低电平时，充电电流为100mA,适用于低功率端口（4.40~5.25V,100mA），CHG一端在充电期间为低电平，可连接一只发光二极管作充电指示。

　　压电材料振动得到的交流电电压大约为1V,通过升压电路后电容电压达到MAX1811充电控制端输入电压要求，电路开始工作。MAX1811的各项参数满足设计要求。

　　4 发电系统测试流程设计

　　压电发电装置及试验系统从主体结构设计、电路设计到软件编程组建了一套完整的压电材料发电能力的试验测试系统，这为接下来要进行的对压电材料发电性能参数的测定提供了平台，并且为研究外界激励的频率、振幅对压电材料发电产生电压、电荷量大小的影响提供了分析测试基础。

　　测试系统的工作原理为：由功率放大器和高能激振器组成的信号发生器输出一个频率及振幅可调的正弦激励，为以压电材料为主体的结构提供激励源。经霍尔位移传感器和电荷放大器分别检测压电材料变形量和压电材料变形所产生的电荷量，并用图6测试系统工作框图电阻分压的方法把压电材料产生的输出电压调整到采集卡允许的输入电压范围。然后使用数据采集卡对三路信号进行采集，最后利用采集软件进行数据的采集、存储、处理等。

　　5 结语

设计制作