下水道排污及发电分配系统

下水道排污及发电分配系统

陈林祥

湛江德利车辆部件有限公司广东省湛江市524000

摘要：本系统利用下水道的污水资源，自主创新制作了一个下水管道系统模型。在管道中通过现有的成熟叶轮发电装置进行发电储能，在外围硬件电路中采用了单片机芯片作为主控单元，可实现对下水道管道垃圾的智能化处理，确保了管道不堵塞，促使叶轮发电装置工作效率更高，同时可有效的管理所储存的电能，智能化控制所需要供电的用电设备。系统能够高效的运用在生活区和工业区中，是一种新型的发电及智能分配电源的模式。

关键词：下水道；发电；垃圾处理；智能控制

引言：

目前，全社会都提倡低碳环保，废物利用，建设节约型社会，在这样的大背景下，下水道发电的前景是不可限量的，如果能大规模应用，将给社会带来无限大的利益。假设一个居民小区按照有6千户居民来计算，每3户一天用1吨水，那么，排出的废水将有两千吨，如果将这些水全部利用起来，将减少很多很多的电能，给社会减少很多电力负担。濮存希老师曾经在公益广告中说，如果每户居民每天节电一小时，将给全国省下几千万吨，甚至上亿吨的煤。如果把工业污水也加于利用的话，给社会带来的利益将会更加庞大。

再者，我们国家处于多降雨的地带，特别是南方，那么我们为什么不把雨水资源也好好利用起来呢？

同时考虑到排水、排污系统中的垃圾所带来的危害。我们就有了“下水道排污及发电系统”的想法。本设计主要针对城市居民区、多雨地区、工业区等的排污系统中。

利用下水道排出水的势能带动发电机的叶轮，使叶轮旋转的动能转化为电能，满足一部分用电的需要。在未来，如果可以大规模的使用这种新型下水道发电系统，将可以大大缓解城市中的用电需求，响应可持续发展策略，给社会造福，为子孙后代留下宝贵的矿物资源。

1系统方案

1.1设计的要求

利用下水道中排出水的势能带动发电的叶轮使之转化为电能，满足一部分用电的需求，通过硬件电路可以智能优化电能的分配以及智能排除下水道的垃圾（采用皮带型滤网，排除垃圾并集中放在指定位置，定时提醒清理），使下水道更加畅通。

1.2设计方案

由于整个下水管道系统过于复杂，现自主设计一种小型模拟下水道管道的模型，在此模型上搭建发电装置，另外设计有蓄电模块和硬件控制模块，使整个设计能达到系统的要求。总体设计方案如下图：

不同的下水管道系统拥有不同的管道设计，但为了达到本次设计的要求，自主制作了一个下水管道模型，此模型可以形象的模拟出下水道管道排水及发电的状况，对比模型，可以模仿改造现有的下水道管道，达到设计的实际目的。

用小型管道作为下水管道，在管道口上有一个排污入水口，此污水口里设计了皮带型滤网斜口排污装置（用电机带动滤网把垃圾排出管道），在实际管道中这种排污装置可以安装到多个管道口或者管道中。在管道出水口末端安装叶轮发电装置，叶轮组装在特制的流水口道下。

1.2.1发电装置

用叶轮带动发电机工作，本发电装置用的是2个小型发电机，用两块叶轮带动它们工作（在实际应用中需要通过实际污水流量来选择安装发电机的大小，同时发电机数量也是需要估量的）。为了保护发电机，故发电机模块安装在管道外。

1.2.2蓄电设计

为了达到合适的电压，把两个发电机进行串联使用，使蓄电量达到最大化，发电机发出的电会通过充电保护装置储蓄在蓄电池中（本设计用的是小型6V蓄电池）

1.2.3充电稳压模块

使用LM7806芯片进行稳压在6V。把稳压后输出的电压接到充电模块，再调节模块中的电位器，使输出的电压与蓄电池的充电电压匹配，这样就可以给蓄电池充电。本模块具有以下优点：ａ：具有双色充电指示作用，给蓄电池充电时，指示灯为红色，充电完毕指示灯为绿色；ｂ：输入具有反接保护，输出具有短路保护；ｃ：增加了输出防逆流二极管，防止给电池充电的时候电能倒流；

使用了专用的基准IC，使恒流更稳定。

1.2.4垃圾处理模块

垃圾的过滤排除和电能的分配使用均使用51系列单片机作为主控芯片，在电能分配中，首先对发电储蓄的电量进行分压调配，把蓄电池上的电压进行分压，分压模块可以自行调整大小，达到用电设备的要求（本设计的调压范围考虑到蓄电池的大小，调压范围是0~5V）。

2.硬件框图

3.系统测试结果

借助制作的管道模型，模拟从管道进水口倒入一定量的水，在水的势能下出水口端的叶轮发电机能正常有效的工作，经过多次测试模型能发出7V多的电压，最大测量值能达到8V多。从多次测量的发电量的大小，符合了对6V蓄电池充电的要求，通过自制的充电保护装置，发电机发出的电量能稳定有效的充进蓄电池里（蓄电池充电保护装置经过多次测量改进后能达到更好的充电效果）。

垃圾处理模块的定时运行电机功能，在外接直流电机下，工作的很顺利，本设计外接的是3V直流电机带动垃圾处理中的皮带装置，所以考虑到控制端口的输出电压值是0~5V通过电位器调节到需要的电压值后电机才能正常工作，在测试此模块的运行中，电机工作的时间效果的误差是0.1s左右，完全能在AT89C2051主控芯片实时运行范围内。

3.1发电系统的数据如下表：

4.结语

下水道排污及发电分配系统既可以过滤水中的垃圾，确保水道通畅，减少内涝，又可以有效地收集水中的动能为我们所用，如果能大范围推广，效益将非常显著。

参考文献：

[1]、邱关源编著电路第四版高等教育出版社

[2]、余孟尝编著数字电子技术基础简明教程高等教育出版社

[3]、恰汗•合孜尔主编C语言程序设计（第二版）中国铁道出版社

[4]、童诗白华成英主编模拟电子技术基础高等教育出版社

[5]、许晓峰主编电机与拖动高等教育出版社

[6]、刘剑刘奇穗主编51单片机开发与应用基础教程中国电力出版社

[7]、江世明编著基于Proteus的单片机应用技术电子工业出版社

[8]、无线电杂志