基于LabVIEW的微生物燃料電池監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

張帥

摘 要：微生物燃料電池處理廢水的同時能夠發(fā)電的優(yōu)點使其成為廣大學(xué)者關(guān)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(tǒng)的自動化水平，利用LabVIEW開發(fā)一套監(jiān)測系統(tǒng)。該監(jiān)測系統(tǒng)集成了參數(shù)設(shè)置、參數(shù)測量、性能曲線、數(shù)據(jù)管理和幫助五個模塊，系統(tǒng)簡單，可靠且易操作。

關(guān)鍵詞：微生物燃料電池；LabVIEW；監(jiān)測系統(tǒng)

1 概述

近年來，隨著環(huán)境污染和能源危機的加劇，綠色清潔能源技術(shù)得到越來越多的關(guān)注，微生物燃料電池能在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)污水處理和產(chǎn)電雙重效果，因而廣大學(xué)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們對微生物燃料電池系統(tǒng)的性能要求也在不斷增加，如何提高整個系統(tǒng)的自動化程度，降低成本，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益就成為主要發(fā)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(fā)平臺，簡化了微生物燃料電池監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)過程，使得監(jiān)測系統(tǒng)的研制和使用過程生動有趣。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

硬件部分包括傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡、微生物燃料電池系統(tǒng)和計算機。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

微生物燃料電池系統(tǒng)采用香港理化公司生產(chǎn)的雙室MFC 反應(yīng)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(chǎn)的質(zhì)子交換膜Nafion117分隔開，電極選擇上海河森電氣有限公司生產(chǎn)的含0.5mg Pt 催化劑的碳紙。微生物燃料電池系統(tǒng)的示意圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

以LabVIEW 為開發(fā)平臺的監(jiān)測系統(tǒng)是用戶用來操作設(shè)備，與設(shè)備進行通訊，輸入?yún)?shù)設(shè)置，輸出結(jié)果顯示的人機交互接口。用戶可以通過虛擬界面讀取現(xiàn)場數(shù)據(jù)，還能夠操作主界面的菜單選項及控件。整個系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)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(jiān)測軟件平臺主界面，該主界面具備參數(shù)設(shè)置、參數(shù)測量、性能曲線、數(shù)據(jù)管理、和幫助五大模塊。

（1）參數(shù)設(shè)置界面：通過該界面可以對整個系統(tǒng)的基本參數(shù)進行設(shè)置，正確的參數(shù)才能確保測試的準(zhǔn)確性。

（2）參數(shù)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(fù)責(zé)調(diào)用相關(guān)的子VI來完成整個系統(tǒng)運行參數(shù)的測量及顯示，測量的結(jié)果自動保存在TDMS文件中，便于今后的數(shù)據(jù)管理。

（3）性能曲線界面：該界面實現(xiàn)微生物燃料電池系統(tǒng)性能曲線數(shù)據(jù)的測定與性能曲線圖的繪制。

（4）數(shù)據(jù)管理界面實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(rèn)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(jié)束語

針對微生物燃料電池系統(tǒng)設(shè)計了一套監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了微生物燃料電池運行參數(shù)的監(jiān)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(yīng)用價值。

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