基于熱—電轉(zhuǎn)換的CPU能量饋送裝置

彭世辰

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)在國民生活中的普及率越來越高，但是其能量消耗也成為一個(gè)不可忽視的因素，因此本文對(duì)于CPU的能量饋送裝置進(jìn)行了研究，希望通過散熱器來把CPU的熱能轉(zhuǎn)化為電能，使其能夠饋送給電網(wǎng)，這樣就使得能量利用率提升，減少了能源的消耗。

【關(guān)鍵詞】熱-電轉(zhuǎn)換 CPU 饋送

1 引言

電子計(jì)算機(jī)是我們生活中的常見辦公用品，且耗電量較大，因此我們可以采用適當(dāng)?shù)姆绞綄⑵渌a(chǎn)生的CPU熱能回饋給電網(wǎng)，這樣就提升了能量的再利用率。CPU在進(jìn)行供電時(shí)，整個(gè)線路在全天的損耗下表現(xiàn)出一些特征來，主要有以下幾點(diǎn)：CPU在沒有進(jìn)行供電時(shí)，整條線路的負(fù)載情況較好，負(fù)載損耗率較低，在此情況下，如果變壓器的，空載損耗率有所提升，那么整個(gè)線路的損耗也會(huì)增加。在給CPU進(jìn)行供電時(shí)，線路負(fù)載率增加，可以使得空載的損耗率減少，在CPU的回饋率達(dá)到40%時(shí)，整條線路的負(fù)載損耗等于變壓器的空載損耗，整條線路的負(fù)載率較好，線路可以長久的穩(wěn)定運(yùn)行，但是當(dāng)CPU的數(shù)量較多，已經(jīng)超過一半以上時(shí)，線路的損耗率就較高了，這樣整條線路的運(yùn)行成本較高，推廣難度較大。因此我們應(yīng)當(dāng)對(duì)相關(guān)的能量回饋裝置進(jìn)行研究，使其能夠更好的采用熱電轉(zhuǎn)換的方式來將電能輸回到電網(wǎng)，使得國家的能源消耗減少。

2 CPU能量饋送裝置分析

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

CPU熱-電轉(zhuǎn)換能量饋送監(jiān)測器，包括感應(yīng)過壓，接地電流，電流方向判斷檢測模塊：包括羅氏線圈，積分器電路，數(shù)據(jù)采集器，CPLD，存儲(chǔ)器，CPU處理器，RS485數(shù)據(jù)傳輸部。接地電阻檢測模塊：包括內(nèi)置非接觸傳感器，激勵(lì)脈沖信號(hào)發(fā)生單元，電流檢測單元，電壓檢測單元，數(shù)據(jù)處理器，RS485數(shù)據(jù)傳輸部。由于被監(jiān)控的信號(hào)是模擬信號(hào)，這些信號(hào)并不能直接被處理器所分析與處理，故此需要ADC來將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最終傳輸給處理器。

CPU熱-電轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)監(jiān)視器，包括感應(yīng)過壓，接地電流，電流方向判斷檢測模塊：包括羅氏線圈，積分器電路，數(shù)據(jù)采集器，CPLD，存儲(chǔ)器，CPU處理器，無線數(shù)據(jù)傳輸部。接地電阻檢測模塊：包括內(nèi)置非接觸傳感器，激勵(lì)脈沖信號(hào)發(fā)生單元，電流檢測單元，電壓檢測單元，數(shù)據(jù)處理器，無線數(shù)據(jù)傳輸部。

CPU熱-電轉(zhuǎn)換終端通信管理單元，包括RS485接口轉(zhuǎn)SDH的2M。CPU熱-電轉(zhuǎn)換終端在線式無線通信管理單元，包括無線轉(zhuǎn)RS485接口，RS485接口轉(zhuǎn)SDH的2M。CPU熱-電轉(zhuǎn)換前端在線式通信管理單元，包括SDH的2M轉(zhuǎn)RS485接口，RS485接口轉(zhuǎn)USB接口。CPU熱-電轉(zhuǎn)換在線式監(jiān)測系統(tǒng)服務(wù)器程序，包括實(shí)時(shí)顯示感應(yīng)過壓，接地電阻，接地電流，電流方向，告警信息，曲線圖，數(shù)據(jù)記錄，拓?fù)鋱D，歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

2.2 運(yùn)行方式

這種用于將計(jì)算機(jī)CPU或GPU熱能回饋電網(wǎng)的方法，主要包括如下步驟：

（1）將散熱器安裝在計(jì)算機(jī)的CPU或GPU芯片表面；

（2）散熱器翅片上安裝一種溫差驅(qū)動(dòng)的活塞式機(jī)械結(jié)構(gòu)，內(nèi)部具有溫差工作的介質(zhì)；

（3）活塞機(jī)構(gòu)在熱能的驅(qū)動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過皮帶或鏈條帶動(dòng)小型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；

（4）發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電通過整流裝置整流后變?yōu)橹绷麟娫矗?/p>

（5）通過小型逆變器將發(fā)出的直流電源逆變?yōu)榻涣麟娫?，接入電網(wǎng)，將能量回饋。

可以將CPU或GPU工作時(shí)的熱能通過溫差驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生動(dòng)能，動(dòng)能通過驅(qū)動(dòng)活塞機(jī)構(gòu)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電通過整流和逆變裝置回饋到電網(wǎng)中。

3 能量饋送監(jiān)視系統(tǒng)分析

利用STC89C52單片處理模塊將電壓計(jì)測風(fēng)電壓轉(zhuǎn)換“X00.0，000#”文本格式，其中X為電壓計(jì)放置的方向代碼，00.0為電壓值，000為角度值。單片機(jī)以0.2s一次的頻率將數(shù)據(jù)從串口輸出。由于被采集的信號(hào)是模擬信號(hào)，這些信號(hào)并不能直接被處理器所分析與處理，故此需要ADC來將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最終傳輸給處理器。A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集的最為關(guān)鍵的一環(huán)，轉(zhuǎn)化速度的快慢與精度的高低直接影響到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的好壞。A/D轉(zhuǎn)換器具有很多類型，本次設(shè)計(jì)所用的A/D轉(zhuǎn)換器是逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器。此芯片轉(zhuǎn)換速度快，精度高，對(duì)于實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)非常有利，為以后的主控芯片分析數(shù)據(jù)提高了效率。

連接單片機(jī)串口的433MHZ無線傳輸模塊將電壓數(shù)據(jù)以廣播形式外發(fā)。安裝在機(jī)械設(shè)備上的智能電壓監(jiān)視儀通過433MHZ無線傳輸模塊的串口接收電壓和熱量數(shù)據(jù)。智能電壓監(jiān)視儀將接收到“X00.0，000#”格式的電壓、熱量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換具體值顯示在智能電壓監(jiān)視儀屏幕上。智能電壓監(jiān)視儀對(duì)監(jiān)測到達(dá)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將每次熱能等級(jí)變化自動(dòng)保存，用于設(shè)備操作人員查詢和分析。檢測分為兩個(gè)模塊，一種可以將電壓進(jìn)行相位檢測，另一種控制選擇電壓電流的大小其中之一來進(jìn)行檢測。PC機(jī)數(shù)據(jù)采集和查詢管理模塊對(duì)監(jiān)測到達(dá)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將每次熱量等級(jí)變化自動(dòng)保存，用于查詢和分析。

能量回饋系統(tǒng)但是對(duì)于穩(wěn)壓部分的要求更高。如果穩(wěn)壓模塊不夠合理，那么短時(shí)間內(nèi)造成電壓值出現(xiàn)大幅波動(dòng)，這種現(xiàn)象的主要危害在于，可能因?yàn)樗矔r(shí)電壓故障而導(dǎo)致線路與設(shè)備不可逆的損壞，處理方法主要有提供不間斷電源、電壓整流器等。采用不間斷電源（UPS）、無功功率補(bǔ)償器（SVG）等設(shè)備可以有效地減輕電壓波動(dòng)對(duì)于設(shè)備帶來的影響，起到平波的作用，同時(shí)也減輕了對(duì)于線路的損耗，是相對(duì)科學(xué)有效的辦法。

4 總結(jié)

加強(qiáng)能量回饋技術(shù)是極為重要的，技術(shù)工程人員需要掌握現(xiàn)代的電子技術(shù)、對(duì)于電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有著較高的處理效率，計(jì)算機(jī)、英語能力較強(qiáng)，工程經(jīng)驗(yàn)的價(jià)值舉足輕重。通過自動(dòng)控制原理與現(xiàn)代控制理論的綜合應(yīng)用，工程技術(shù)人員將同時(shí)具有微電子技術(shù)與通信技術(shù)的實(shí)踐能力，兼具創(chuàng)新意識(shí)和能力，成為建設(shè)國家電子信息產(chǎn)業(yè)的新一代工作核心和中堅(jiān)力量。

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作者單位

成都市外國語學(xué)校 四川省成都市 611731