基于LabVIEW的微生物燃料電池監測系統設計

2017-02-21 19:09:45張帥

科技創新與應用 2016年36期

張帥

摘要：微生物燃料電池處理廢水的同時能夠發電的優點使其成為廣大學者關注的熱點，并取得了一定的成果。為了提高微生物燃料電池廢水處理系統的自動化水平，利用LabVIEW開發一套監測系統。該監測系統集成了參數設置、參數測量、性能曲線、數據管理和幫助五個模塊，系統簡單，可靠且易操作。

關鍵詞：微生物燃料電池；LabVIEW；監測系統

1 概述

近年來，隨著環境污染和能源危機的加劇，綠色清潔能源技術得到越來越多的關注，微生物燃料電池能在微生物的作用下將化學能轉化為電能，實現污水處理和產電雙重效果，因而廣大學者對其展開了廣泛深入的研究，并取得了一定的成果。成果主要集中在實驗研究方面。隨著計算機及網絡技術的發展，人們對微生物燃料電池系統的性能要求也在不斷增加，如何提高整個系統的自動化程度，降低成本，產生更大的經濟效益就成為主要發展方向。

LabVIEW 功能強大、使用靈活，采用圖形化操作，這使得它的編程方式非常直觀。本文選用LabVIEW作為開發平臺，簡化了微生物燃料電池監測系統的開發過程，使得監測系統的研制和使用過程生動有趣。

2 系統的硬件設計

硬件部分包括傳感器、信號調理電路、數據采集卡、微生物燃料電池系統和計算機。系統結構框圖如圖1所示。

微生物燃料電池系統采用香港理化公司生產的雙室MFC 反應器，陰陽兩極室均為棱長8cm的正方體有機玻璃容器，容積為512ml，有效體積為470ml（陽極室）和400ml（陰極室），陰極室上部為敞口，里面放置曝氣頭，陰陽極室中間采用美國杜邦公司生產的質子交換膜Nafion117分隔開，電極選擇上海河森電氣有限公司生產的含0.5mg Pt 催化劑的碳紙。微生物燃料電池系統的示意圖如圖2所示。

3 系統軟件設計

以LabVIEW 為開發平臺的監測系統是用戶用來操作設備，與設備進行通訊，輸入參數設置，輸出結果顯示的人機交互接口。用戶可以通過虛擬界面讀取現場數據，還能夠操作主界面的菜單選項及控件。整個系統程序結構圖如圖3所示。

首先對用戶的身份進行驗證，包括用戶選擇、密碼確定；通過身份驗證后，用戶即可進入微生物燃料電池監測軟件平臺主界面，該主界面具備參數設置、參數測量、性能曲線、數據管理、和幫助五大模塊。

（1）參數設置界面：通過該界面可以對整個系統的基本參數進行設置，正確的參數才能確保測試的準確性。

（2）參數測量界面：該界面可以顯示電壓值、電流值、溫度值及流量。它負責調用相關的子VI來完成整個系統運行參數的測量及顯示，測量的結果自動保存在TDMS文件中，便于今后的數據管理。

（3）性能曲線界面：該界面實現微生物燃料電池系統性能曲線數據的測定與性能曲線圖的繪制。

（4）數據管理界面實現數據的查詢、刪除、回放及報表查看等功能，用戶能夠通過此界面進行數據管理及生成所需報表。

（5）幫助界面：該界面提供軟件的使用說明及測試軟件的版本信

息，為用戶使用該軟件提供方便。

圖4顯示了用戶身份確認模塊，主要是對用戶名與用戶密碼進行核對，完成對用戶輸入的用戶名與用戶密碼進行驗證，如正確則進入主界面，否則重新輸入密碼。

4 結束語

針對微生物燃料電池系統設計了一套監測系統，實現了微生物燃料電池運行參數的監視與測量。整個操作簡單、安全可靠、使用成本低，具有較高的實際應用價值。