【正文】 } if ( val0=90) LED_2 = 0。 //轉為字符串格式的電壓值 LcdShowStr(0, 1, VIN0)。 //延時 30 秒 LED_1=1。 //初始化液晶 LcdShowStr(0, 0, AIN0 AIN3)。 unsigned char VIN0[10],VIN3[10]。i) //i,i++ for(j=113。 //壓縮機 sbit LED_5ZKB= P1^4。 //LED 燈模仿電磁閥 sbit LED_1 = P1^0。 extern unsigned char I2CReadNAK()。 void ValueToString(unsigned char *str, unsigned char val)。 //300ms 定時標志 unsigned char T0RH = 0。就是再這樣和諧上進，團結努力的集體中，才豐富了我的大學時光，讓我大學的生活更加多姿多彩。于此再次向我的導師孟翔飛老師獻上最純真的謝意，祝福孟老師平安健康。 Summit 2020. 常熟 理工學院畢業(yè)設計（論文） 26 致謝 我的大學生涯即將走到尾聲，在此，我向一起生活過來的同學，教導我的老師，以及所有關心過我，幫助過我的人致以衷心的感謝。最后為單片機的 AD 轉換模塊直接提供電壓值，模擬氣體達到一定濃度的情況，用 LED 燈代替執(zhí)行器，觀察系統(tǒng)是否會根據(jù)氣體濃度的變化而執(zhí)行準確度壓力水洗提純流程 展望 本文是根據(jù)沼氣壓力水洗法的水洗流程而提出的理論上的控制流程，由于缺少實際的工作環(huán)境，所以在實物水洗塔上進行控制時可能還需要對一些參數(shù)或者流程進行調(diào)整。 對比了以單片機和采集卡為基礎的控制系統(tǒng)的優(yōu)劣勢，確立控制方案的開發(fā)基礎。 實驗結果 試驗結果符合預期，該沼氣壓力水洗系統(tǒng)方案確實可行。觀察右 1 燈、右 4燈是否點亮，等待 30s 后，右 1 燈是否關閉。 其次 對電流信號經(jīng)過轉化后的電壓值與氣體濃度之間的線性度進行測定，也就是對轉化前后的電流與電壓之間線性度測定。 PCF8591 共有 4 個模擬量輸入通道，通道 0到通道 3，首先單片機對 PCF8591 進行尋址，寫入控制字節(jié)，選擇轉換通道， 再次對 PCF8591 進行尋址，然后進行讀操作 ，為了提供采樣的時間，這邊讓其先空讀一個字節(jié)，最后再讀取轉換完的值。 //延時 LED_3 =1。 //延時 LED_3 =0。 } if ( val0=90) LED_2 = 0。 //轉為字符串格式的電壓值 LcdShowStr(0, 1, VIN0)。 //延時 30 秒 LED_1=1。 //初始化液晶 LcdShowStr(0, 0, AIN0 AIN3)。 unsigned char VIN0[10],VIN3[10]。 //LED2 代表電磁閥 2 sbit LED_3 = P1^2。 。 ，單片機初始化，運行，電磁閥 1開，壓縮機開，延時 30 秒后電磁閥 1 關閉，以排空水洗塔頂部廢氣。此方案中，顯示模塊主要是用于模擬測試，在實際的安裝中使用的是甲烷和二氧化碳檢測儀自帶的顯示器，并不需要用到這個顯示模 塊，故只是略加說明。 5 號引腳為讀寫選擇端（ RW）， 與 連接。 常熟 理工學院畢業(yè)設計（論文） 18 液晶的顯示容量為 2 行，每行 16個字符 。所以這種情況一般都是用在一些個對精度要求不怎么高的地方。基準電壓的提供有 兩種方法。 13 腳是模擬地，如果沒有復雜的模擬部分電路，可以直接將模擬地和數(shù)字地接到一起。在 PCF8591 芯片上，地址、控制信號和數(shù)據(jù)信號都是通過 I2C 總線以串行的方式進行傳輸。 常熟 理工學院畢業(yè)設計（論文） 16 321114U 6 :ALM 32 4R325 0R410 kR510 0 kR610 0R74. 7 kR94. 7 kR V 11k1 2 v4 2 0 m a 電流輸入 圖 電流轉電壓模塊硬件原理圖 模塊 AD 轉換即是模擬量（連續(xù)變化的量）到數(shù)字量（非連續(xù)的，離散的量）的轉換，依靠的是模數(shù)轉換器 。 采用的是廉價運放 LM324，其對零點的處理是在反相輸入端上加入一個調(diào)整電壓，其大小恰好為輸入 4mA 時在 RAO 上的壓降。在圖中可以找到單片機最小系統(tǒng)， 由于 這以 Proteus 軟件進行繪制，在 Proteus 中所有的芯片的電源和地都是默認連接的，所以在圖中并沒有畫出電源。如圖 53 表示。 3 硬件電路設計 常熟 理工學院畢業(yè)設計（論文） 14 使用 Proteus 設計的沼氣壓力水洗提純系統(tǒng)硬件原理圖如圖 53所示，控制系統(tǒng)的硬件組成主要包括三部分：單片機最小系統(tǒng)、電流轉電壓模塊、 A/D 轉換模塊 、顯示模塊 。 常熟 理工學院畢業(yè)設計（論文） 13 CO2濃度檢測儀檢測到 CO2 的濃度大于 40%，壓縮機關閉， 電磁閥 3 開，真空泵開始 抽真空 ， 溶解在水中的 CO2 被釋放出來，并被收集 。 ，電磁閥都處于關閉狀態(tài)。在常壓水洗中，因為是常壓，多以采用的是連續(xù)式水洗，但是在壓力水洗中，普通水泵無法向高壓的水洗塔中注水，高壓下的連續(xù)式水洗對設備及儀器要求較高，成本較大。與預設值比較，輸出開關量控制執(zhí) 行器執(zhí)行。1%（ ） 重 復 性： ≤177。 具體參數(shù)如表 所示，實物圖如圖 所示。 考慮到設計的沼氣壓力水洗系統(tǒng)控制簡單，規(guī)模較小，成本也較低，同時也能滿足控制要求，所以利用單片機開發(fā)控制系統(tǒng)更加合理。 轉換及控制 使用 采集卡、基于 LabVIEW 的虛擬控制界面。故可以直接采用單片機控制方案。 常熟 理工學院畢業(yè)設計（論文） 7 表 13 幾種沼氣提純方法性能對比 參數(shù) 水洗法 有機溶解吸收法 胺吸收法 PSA法 膜分離法 生物天然氣中 CH4體積分數(shù)（ %） ~ ~ ~ ~ 甲烷回收率（ %） 80~ 輸氣壓力（ bar） 4~8 4~8 0 4~7 4~7 消耗電能（ kWh/m3） ~ ~ 加熱需求和溫度 70~80℃ 120~160℃ 脫硫需求 取決于工藝 需要 需要 需要 需要 消耗品需求 防污劑、干燥劑 有機溶劑（無毒） 胺溶液 (有毒，有腐蝕性 ) 活性炭（無毒） 可參考工程數(shù) 多 少 中等 多 少 本章詳細的寫了課題的研究背景和意義，指出沼氣提純有著巨大的發(fā)展前景。如表 12 所示，為幾種主要沼氣提純方法的對比 [3]。 但是 加壓水洗法 也有缺點，長期水洗后， 水洗塔內(nèi)的填料 會滋生大量微生物 ，造成填料堵塞，因此，需要 定期對水洗塔進行清理 ，或者加氯殺常熟 理工學院畢業(yè)設計（論文） 6 菌。 表 12 沼氣和天然氣部分組分及特性對比 參數(shù) 單位 沼氣 北海天然氣 荷蘭天然氣 低位熱值 MJ N1m3 23 40 密度 Kg N1m3 高華白數(shù) MJ N1m3 27 55 甲烷數(shù) 135 70 CH4 含量 % 63(53~70) 87 81 高碳氫化合物體積分數(shù) % 0 12 CO2 體積分數(shù) % 47(30~47) 1 N2 體積分數(shù) % 14 O2 體積分數(shù) % 0 0 0 H2S 體積分數(shù) 106 1000 NH3 體積分數(shù) 106 100 0 總氯（以 Cl–計） mg N1m3 0~5 0 壓力水洗法是利用 CO CH4 在水中溶解度的 巨大差異 實現(xiàn) 它們的 分離， 在 水中 ，CO2 在溶解度是 CH4 的 30 倍 左右 ， 加壓水洗時， CO2 水中溶解在水中，而 CH4 溶解量較 CO2 少太多，可認為 CH4 在水中幾乎不溶解， CH4 在水洗塔頂部富集后被收集 ， 降壓時， 溶解在水中的 CO2 解吸出來 ，實現(xiàn) CH CO2 的分離，完成沼氣提純 [3]，含有 CO2和 CH4 的廢水可以通過空氣吹托再 生 以 循環(huán)利用。目前，中國在化學吸收、變壓吸附等技術領域已開發(fā)有可商業(yè)化應用的提純設 備。但作為一個新型產(chǎn)業(yè)，我國沼氣凈化提純 工程及技術 還處于發(fā)展階段 ， 沼氣關鍵技術還需要 投資 研發(fā)或從國外引進。據(jù)估計，到 2020 年中國天然氣的年需求量將達到 1011m179。和 11010m179。 隨后 ，德國對沼氣的 利用由熱電 聯(lián)產(chǎn) 開始向管道生物天然氣及車用燃氣方向轉變。 據(jù)統(tǒng)計， 2020 年，德國沼氣工程 數(shù)量以達 7103 個 。其 中 55%是沼氣提純后得到的生物天然氣。 目前，歐洲各國都開展了沼氣提純技術的 應用 ，沼氣提純工程數(shù)量和規(guī)模不斷擴大，2020 年，歐洲沼氣提純工程達到 了 172 座，處理總規(guī)模達到 198,200m3/h。研究其控制系統(tǒng)，實現(xiàn)沼氣提純的自動化操作有著重要的意義。 它有很大優(yōu)勢，其一，此法效率很高，其次，因為甲烷 在水中的溶解率與二氧化碳相比來說非常低，所以沼氣中甲烷的流失量很少，最重要的一點是，該法利用隨處可見的水作為吸收劑，花費在吸收劑中的成本會非常低。 目前國內(nèi)外的沼氣提純方法大致分為以下幾種：吸附法，吸收法，膜分離法，低溫分離法，甲烷富集法，生物技術提純等 。如果用于發(fā)電，同樣只能在直接使用，無法儲存。 富含雜質(zhì)的沼氣利用率并不高，但是提純后這一現(xiàn)狀改變了，隨著沼氣生產(chǎn)的規(guī)?；?，標準化，工業(yè)化， 生產(chǎn)成本 降低了沼， 利用效率 提高了， 經(jīng)濟效益增加了。光 2020年，我國農(nóng)村的農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量差不多達到了 億噸。相對的，平時沒有什么作用生活垃圾，糞 便，工農(nóng)業(yè)有機廢物等有了去處 —— 生產(chǎn)沼氣，而不用吃力不討好的集中焚燒，填埋。沼氣提純后還能用于車用燃料，其生產(chǎn)成本低廉，在與石化天然氣燃料的對比中有著巨大的價格優(yōu)勢 。而且，沼氣是一種比較清潔的能源，由各類禽畜，以及人們的糞便，工農(nóng)業(yè)的有機廢棄物， 生活垃圾等在厭氧環(huán)境下產(chǎn)生。生物天然氣可以作為石化天然氣的重要替代燃氣，使得發(fā)展沼氣成為增加天然氣供應的突破口。 就中國而言，除了水電以外的可再生電力一直快速增長，同比增幅僅次于美國。為此，世界各國不得不尋找解決之道。 關鍵詞： 沼氣提純 壓力水洗法 控制系統(tǒng) Gas pressure control system for water purification Abstract With economic development, the world has entered the era of energy crisis. Coal, oil, natural gas and other traditional fossil fuel consumption continues to increase, which only exacerbated the depletion of fossil resources speed, but also brought many serious environmental problems. Growing energy needs and increasingly serious environmental pollution forced us to look for the way out to solve the energy crisis. Development and production of a variety of renewable energy sources to replace coal, oil and natural gas and other fossil fuels in the world to solve the energy shortage in the future an effective means, developed countries are mitted to the development of efficient, nonpolluting biomass utilization technology to protect national fossil energy resources, and ensure the sustainable development of the national economy. Biogas is an important source of biomass in renewable energy sources, which methane as the main ponent, mainly obtained through biogas purification. Si