EVK1105和UC/OS-II操作系统自主能量开发解析

　　一、项目概述
　　1.1 引言
　　该系统基于EVK1105平台和UC/OS操作系统进行制作和开发，以太阳能和振动能量作为系统主要的能量来源，并通过低功耗的电路实现节约能源、保护环境的理念。系统所有电源提供的电能用来提供给一个音乐播放器（MP3），该播放器以无线双向通信方式与耳机连接，并且支持多用户同时利用该播放器听不同的内容，实现多用户的播放功能。
　　1.2 项目背景
　　1.2.1 新能源技术
　　随着世界能源危机的不断发展，以及科学进步的不断进步，石油、煤和天然气等这些矿物资源不再是人类唯一的能量来源。人类意识到矿产资源的有限性以及地球本身的巨大能源潜力。环境保护、节约能源、开发新能源日益成为全球科技工作者共同关注的问题，同时这一目标和思想也深入到了所有人的意识当中。
　　在面对能源危机最初的阶段中，人们试图通过减少人类活动中的能量消耗（即低功耗）的方法来解决能源，于是产生了一系列方案，例如：对工厂、作业现场能源管理的各种条例进行了整合；在运输领域引进节能方案；强化对建筑物的节能管理；生产节能冰箱、汽车等日用产品。
　　但是一味地减少能源消耗的方法是不足的，因此人类开始开发新能源以弥补矿产能源不足所带来的能源危机，其中，这些能源包括：核能、太阳能、水力、风能、废弃物发电、海洋热能、生物发电、绿色能源汽车、燃料电池等。这些新能源的开发在一定程度上缓解了对矿产能源的消耗。之后，随着科技的不断发展，又产生了人工光合作用固定二氧化碳、利用化学物质的生物分解技术、再生能源技术、化石燃料应用技术、能源输送与储存技术、系统化技术、基础性节能技术、高效与革新性能源技术、环境技术等一系列专门的技术。
　　由此可见，节约能源成为当今能源使用的一大主题，并且与之相关的各种科学技术也越来越受广泛关注。
　　1.2.2 太阳能采集技术
　　太阳能作为一种重要的新型能源，在目前的新能源开发进程中有着广泛的应用和很好的利用价值。太阳能是可再生能源，取之不尽，用之不竭，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。通过测量和计算，地球获得的太阳发出的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/㎡，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/㎡，相当于有102000TW 的能量。
　　同时，太阳能在能源技术中也有着广泛的应用。除了太阳能热水器、光生物利用、光化学分解等用途之外，太阳能也大范围地被运用到发电之中。目前太阳能发电的应用技术已经日趋成熟，已获得应用的主要有以下两种。
　　1、光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。
　　2、光—电转换。其基本原理是利用“光生伏打”效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。
　　太阳能电池的基本原理是由半导体硅材料构成P-N结，并制作成太阳能电池。当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。
　　因此，利用发展较为成熟的太阳能技术成为该项目的一个重要部分。
　　1.2.3 振动能量采集技术
　　振动能量采集技术作为一种新型的能量采集方式，现在正越来越受到广泛关注，并且逐渐得到应用。在热电、光电和振动等多种新型能源中，振动的能量转换效率最高，而现在的微处理器和传感器的低功耗化，也使振动能量更加有用武之地。
　　目前，将振动能量转换为电能的技术逐渐趋于成熟，主要的方式有以下几种：
　　1、最传统的做法：和大型发电厂的发电机组相似，利用电磁感应原理，将磁铁悬挂在线圈中，系统振动时则会产生电磁感应现象，从而产生电能。
　　2、压电转换方式。使用压电元件，施加压力后会产生相应电压，从而将振动能变成电能。该元件虽然作为检测压力的传感器已得到广泛使用，但是随着能量采集技术的发展，压电元件被赋予了全新的用途。
　　1.2.4 音乐播放器技术
　　MP3既指一种数字音乐，也指一种音频压缩技术，即将原来的音频压缩成很小的音乐文件，正是这种小型文件形式的诞生，使得人们的日常生活发生了一次革命性的变化。
　　从第一款硬盘式的MP3开始（可以支持MP3、WMA和MAV三种格式），一直到如今的中文触摸式MP3以及拍照MP3的诞生，MP3作为一种音乐播放器，其音质和可以支持的音乐文件格式以及存储空间的大小都有了很大程度的发展。
　　因此，日渐成熟的MP3技术也成为项目组提出该方案的一个重要背景。
　　二、需求分析
　　2.1 功能要求
　　该系统为一个可以通过太阳能和振动采集能量的多用户播放器，即通过太阳能和振动采集能量，并同时有进行多用户通道的音乐播放功能。围绕这样的总体系统功能，该系统具有以下各个功能：
　　2.1.1 能量采集
　　1、太阳能采集
　　系统自带的太阳能板可在有光的情况下不断为系统提供电能。在播放的同时可以将播放器放在太阳下进行充电，在不使用的时候也可以在阳光下进行充电，并将电能储存在电池中，以便以后使用。
　　2、振动能量采集
　　利用振动能量转换装置，当用户带着播放器走路或者跑步的时候，可将振动能量转换成电能，给播放器供电或储存在电池中，方便以后使用。
　　2.1.2 播放器功能
　　1、多用户播放
　　该系统中加入多用户播放功能，即同一台播放器可以同时满足不同用户的需要。通过多个通道，播放器可以为多个不同的用户播放他们各自所选择的歌曲。这一功能打破了音乐播放器只能进行单首歌曲播放的限制，使得多个用户可以同时分享同一台音乐播放器。
　　2、无线双向通信
　　该系统中加入了无线的双向通信功能，主要用于播放器与用户使用的耳机之间的通信。这样用户可以在室内活动的时候，可以将播放器的主体部分放到阳台、院子这种可以充分接收到阳关的地方以获得更多的能量，而只把小巧轻便的耳机带在身上。考虑到用户可能需要随时对播放器的播放状态进行调整，因此该系统的无线双向通信是必须的，因为在双向通信的前提下，用户可以不用借助播放器，而只在耳机上就可以完成换歌、调节音量等工作。
　　3、低功耗，节电
　　除了高效的能量采集装置，对于系统本身还设计了较强的低功耗的节电功能。
　　在硬件方面，除了采用的EVK1105平台的低功耗特点，在外设的选用，如用户耳机，遥控器等器件，均采用CMOS器件以减少整体的功率消耗。
　　在软件方面，加入系统睡眠功能。因为系统不需要不停的运作，当系统处于等待用户触发的时间里自动进入睡眠状态。当用户需要使用播放器时，对系统的人为控制就会引起软件上的中断触发，使得系统进入工作状态，以此来降低系统功耗。
　　4、液晶显示
　　该系统吸收了传统的音乐播放器的优点：利用液晶显示器将播放器的播放状态，如歌曲、音量和歌词等信息显示出来，让用户可以实时了解到系统的状态，以便根据自己的喜好和需要对系统状态进行调整。
　　5、辅助寻找
　　该系统针对人们日常生活中经常遇到的不便设计了相关的人性化功能。人们在生活中经常会遇到找不到手机，手表等这种便携式产品。因此，当用户只带着耳机而把播放器放到某个地方充电的时候，就可能会出现难以找到播放器的情况，为了防止这种情况的出现，该系统加入了辅助寻找功能，用户只需按下耳机上的寻找按钮，播放器就会发出声音应答，方便寻找。反过来，如果用户找不到耳机的时候，就可以按下播放器上的寻找按钮来找寻耳机。