一种基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置的制作方法

技术特征：

1.一种基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置，其特征在于：包括斯特林发动机模块（1）、实时温度检测模块（2）、实时电机驱动模块（3）、可变大小皮带轮模块（4）、固定大小皮带轮（5）、发电机驱动轴（6）、发电机（7）、弹簧（24）、活动皮带轮（25）、导轨（26）、皮带Ⅰ（27）和皮带Ⅱ（29）；所述斯特林发动机模块（1）与可变大小皮带轮模块（4）通过皮带Ⅰ（27）连接，实时温度检测模块（2）与实时电机驱动模块（3）连接，实时电机驱动模块（3）与可变大小皮带轮模块（4）连接，可变大小皮带轮模块（4）与固定大小皮带轮（5）连接，固定大小皮带轮（5）与发电机驱动轴（6）通过皮带Ⅱ（29）连接，发电机驱动轴（6）直接驱动发电机（7）进行发电；

所述斯特林发动机模块（1）不断的做功带动可变大小皮带轮模块（4）转动，实时温度检测模块（2）实时检测斯特林发动机模块（1）中热腔（11）与冷腔（17）的温度并传至实时电机驱动模块（3），实时电机驱动模块（3）用于控制可变大小皮带轮模块（4）中带轮叶片（28）进行径向的直线运动使由多个皮带轮叶片（28）构成的皮带轮外径大小得到改变，可变大小皮带轮模块（4）的皮带轮叶片（28）外径大小改变，带动皮带Ⅰ（27）的松紧状态改变，通过弹簧（24）与小型活动皮带轮（25）的自动支撑，使皮带Ⅰ（27）始终保持紧绷状态，弹簧（24）的伸缩运动，带动小型活动皮带轮（25）在导轨（26）内运动，可变大小皮带轮模块（4）的运动带动固定大小皮带轮（5）运动，固定大小皮带轮（5）运动带动发电机驱动轴（6）直接驱动发电机（7）进行发电。

2.根据权利要求1所述的基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置，其特征在于：所述斯特林发动机模块（1）包括烟囱内部吸热片（8）、热传导导管（9）、烟囱外部导热片（10）、热腔（11）、冷热气体交换导管（13）、冷热气体交换腔（14）、冷腔活塞（15）、冷腔（17）、水管冷却模块（18）、热腔活塞（19）、热腔传动连接杆（20）、固定轴承（21）、驱动轮（22）和冷腔传动连接杆（23）；所述热传导导管（9）分别与烟囱内部吸热片（8）和烟囱外部导热片（10）连接，烟囱内部吸热片（8）紧贴烟囱内侧墙体，热传导导管（9）嵌于烟囱墙体内部，烟囱外部导热片（10）紧贴烟囱外侧墙体，热腔（11）与烟囱外部导热片（10）紧贴一起，冷腔（17）外侧与水管冷却模块（18）紧贴一起，热腔（11）与冷腔（17）共同通过冷热气体交换导管（13）连接冷热气体交换腔（14），冷热气体交换腔（14）中充入氦气或氢气作为斯特林发动机的做功工质，热腔传动连接杆（20）分别与热腔活塞（19）和驱动轮（22）连接，冷腔传动连接杆（23）分别与冷腔活塞（15）和驱动轮（22）连接，热腔活塞（19）在热腔（11）内做直线伸缩运动，冷腔活塞（15）在冷腔（17）内做直线伸缩运动，热腔传动连接杆（20）与冷腔传动连接杆（23）共同驱动固定在固定轴承（21）上的驱动轮（22）转动，驱动轮（22）与可变大小皮带轮模块（4）通过皮带Ⅰ（27）连接。

3.根据权利要求1所述的基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置，其特征在于：所述实时温度检测模块（2）包括两个结构相同的热传感器Ⅰ（12）和热传感器Ⅱ（16），热传感器Ⅰ（12）放置在斯特林发动机模块（1）中热腔活塞（19）的上侧，热传感器Ⅱ（16）放置在斯特林发动机模块（1）中冷腔活塞（15）的上侧；

其中热传感器Ⅰ（12）和热传感器Ⅱ（16）的结构均由实时温度信号采集放大电路和模数转换电路组成，实时温度信号采集放大电路将采集的温度信号放大后通过模数转换电路传至实时电机驱动模块（3）。

4.根据权利要求3所述的基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置，其特征在于：所述实时温度信号采集放大电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、滑动变阻器RP1、滑动变阻器RP2、热电阻传感器RI1、电容C1和放大器LM741；其中5V电源分别连接电阻R1和电阻R2的一端，电阻R1的另一端连接热电阻传感器RI1和电阻R3的一端，电阻R2连接滑动变阻器RP1、电阻R3、电阻R4的一端，热电阻传感器RI1和滑动变阻器RP1的另一端共同接地，电阻R4的另一端分别连接电容C1、电阻R6的一端及放大器LM741的同相输入端，电容C1和电阻R6的另一端接地，放大器LM741的反相输入端连接电阻R5的一端、电阻R3的另一端，电阻R5的另一端连接滑动变阻器RP2的一端，滑动变阻器RP2的另一端连接放大器LM741的输出端，放大器LM741的输出端接模数转换电路中模数转换器ADC0809的IN0端口。

5.根据权利要求4所述的基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置，其特征在于：所述热电阻传感器RI1使用型号为PT100温度传感器。

6.根据权利要求3所述的基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置，其特征在于：所述模数转换电路包括模数转换器ADC0809、两个或非门74LS02；其中模数转换器ADC0809的ref(-)管脚接地，ref(+)管脚接5V电源，IN-0管脚接实时温度信号采集放大电路中放大器LM741的输出端，ADD-A、ADD-BH和ADD-C管脚同时接地，2-1至2-8管脚接实时电机驱动模块（3）中单片机AT89C51的P0.0至P0.7管脚，ALE和START管脚接一个或非门74LS02的输出口且该或非门74LS02的输入口分别接实时电机驱动模块（3）中单片机AT89C51的和P2.7管脚，ENABLE管脚接另一个或非门74LS02的输出口且该或非门74LS02的输入口分别接实时电机驱动模块（3）中单片机AT89C51的和P2.7管脚。

7.根据权利要求1所述的基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置，其特征在于：所述实时电机驱动模块（3）包括单片机AT89C51、驱动器ULN2003、晶振Y1，电容C2、电容C3、电容C4、电阻R7、开关K1；其中单片机AT89C51的RST管脚接电容C2、电阻R7和开关K1的一端，电容C2、开关K1的另一端接5V电源，电阻R7的另一端接地，单片机AT89C51的X1管脚并联晶振Y1和电容C3一端，单片机AT89C51的X2管脚并联晶振Y1和电容C4一端，电容C3和电容C4的另一端同时接地，单片机AT89C51的管脚接电源，单片机AT89C51的P2.4、P2.5、P2.6、P2.7管脚分别接入驱动器ULN2003的1B、2B、3B、4B管脚，驱动器ULN2003的GND管脚接地，驱动器ULN2003的1C、2C、3C、4C管脚分别接可变大小皮带轮模块（4）中步进电机（40）的3、4、5、6接口，驱动器ULN2003的VCC管脚接电源。

8.根据权利要求1所述的基于斯特林发动机的废热发电嵌入式实时控制装置，其特征在于：所述可变大小皮带轮模块（4）包括皮带轮叶片（28）、螺纹杆（30）、固定螺母（31）、被动锥形齿轮（32）、主动锥形齿轮（33）、齿轮轴（34）、齿轮槽（35）、固定轴（36）、圆柱齿轮Ⅰ（37）、圆柱齿轮Ⅱ（38）、电机驱动齿轮（39）、步进电机（40）；所述皮带轮叶片（28）通过皮带Ⅰ（27）与斯特林发动机模块（1）连接，通过斯特林发动机模块（1）带动皮带轮叶片（28）转动，皮带轮叶片（28）转动带动固定在固定轴（36）上的固定大小皮带轮（5）运动，固定螺母（31）固定在皮带轮叶片（28）的内侧边缘，螺纹杆（30）从固定螺母（31）中穿过固定在被动锥形齿轮（32）上，主动锥形齿轮（33）与固定在固定轴（36）上的被动锥形齿轮（32）通过轮齿咬合固定在一起，用来改变传动方向，主动锥形齿轮（33）固定在齿轮轴（34）上，齿轮轴（34）的下部有齿轮槽（35），齿轮槽（35）与圆柱齿轮Ⅰ（37）通过轮齿咬合固定在一起，圆柱齿轮Ⅰ（37）与圆柱齿轮Ⅱ（38）固定在一起，圆柱齿轮Ⅰ（37）与圆柱齿轮Ⅱ（38）通过轴承固定在固定轴（36）上，步进电机（40）固定在固定轴（36）上，电机驱动齿轮（39）固定在步进电机（40）驱动轴上且与圆柱齿轮Ⅱ（38）通过轮齿咬合固定在一起；步进电机（40）工作，驱动电机驱动齿轮（39）带动圆柱齿轮Ⅱ（38）与圆柱齿轮Ⅰ（37）转动，圆柱齿轮Ⅰ（37）带动齿轮轴（34）转动，通过主动锥形齿轮（33）将传动力转移到被动锥形齿轮（32）上，被动锥形齿轮（32）与螺纹杆（30）同步转动，螺纹杆（30）转动推动固定螺母（31）运动带动皮带轮叶片（28）进行径向的直线运动使由多个皮带轮叶片（28）构成的皮带轮外径大小得到改变。