以風能和太陽能互補為動力的水體增氧系統及其控制方法
2023-07-28 10:07:16
以風能和太陽能互補為動力的水體增氧系統及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種以風能和太陽能互補為動力的水體增氧系統及其控制方法，太陽能發電模塊用於將接收到的太陽能轉換成電能；風力發電模塊用於將風能轉換成電能；太陽能發電模塊和風力發電模塊產生的電能同時輸入到風光互補模塊中進行電能大小的判斷，風光互補模塊時時控制產生電能多的發電模塊給供電模塊充電；供電模塊用於給控制模塊、水體含氧量傳感器和增氧模塊供電；水體含氧量傳感器用於檢測水體中的含氧量並將檢測結果傳輸給控制模塊；控制模塊根據水體含氧量傳感器輸入的檢測結果控制增氧模塊工作。本發明長期使用可降低耗電量，節約成本，節能減排；有效降低了員工的工作量，使用更加方便，同時更加經濟實用。
【專利說明】以風能和太陽能互補為動力的水體增氧系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於可再生能源利用和智能控制領域，特別涉及一種以風能和太陽能互補為動力的水體增氧系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]由於石油資源的有限性和日益嚴重的環境汙染，應用可再生能源已是全球趨勢。而風能和太陽能是其中最具前景的兩個方向。在偏遠的鄉村、海島等電網難以達到的地區可以使用當地充裕的風能、太陽能來提高生活品質。
[0003]隨著工業化進程的加快，人類排放大量含氮、磷等元素的物質進入湖泊、河流、海灣等水體，引起藻類及其他浮遊生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質惡化，造成魚類及其他生物大量死亡，對漁業及環境危害很大。如何最大限度地快速提高水體中的溶解氧含量，對受汙染水體的淨化至關重要。
[0004]目前常用的增氧淨化裝置主要是靠電力驅動的水體增氧泵或者攪拌器，存在以下缺點:
1.功率大，消耗電量較多；
2.需工作人員手動控制，增加運行成本；
3.增氧裝置不能跟隨 水體含氧量的變化自動調節功率、轉速等參數，造成能源的浪費。
【發明內容】
[0005]發明目的:本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種可提高經濟性並實現節能減排的水體增氧系統及其控制方法。
[0006]技術方案:本發明提供一種以風能和太陽能互補為動力的水體增氧系統，包括太陽能發電模塊、風力發電模塊、風光互補模塊、控制模塊、供電模塊、水體含氧量傳感器和增氧模塊，其中，所述太陽能發電模塊用於將接收到的太陽能轉換成電能，所述風力發電模塊用於將風能轉換成電能；所述太陽能發電模塊和所述風力發電模塊產生的電能同時輸送到所述風光互補模塊中，所述風光互補模塊對太陽能發電模塊和風力發電模塊產生的電壓進行比較並選擇產生電壓較高的發電模塊給供電模塊充電；所述供電模塊用於給控制模塊、水體含氧量傳感器和增氧模塊供電；所述水體含氧量傳感器讀取水中的含氧量數據並將檢測結果傳輸給控制模塊；所述控制模塊根據水體含氧量傳感器輸入的數據控制增氧模塊工作。
[0007]所述太陽能發電模塊包括太陽能板、兩個光敏電阻、兩個保護電阻、第一 AD晶片、異步電機和第一單片機，所述兩個光敏電阻分別設置在所述太陽能板對稱的兩側，通過所述兩個保護電阻分別與第一 AD晶片連接，所述第一 AD晶片與第一單片機相連接，所述異步電機分別與所述第一單片機和所述太陽能板相連接。太陽能發電模塊中的太陽能板在陽光照射下產生直流電壓。為了提高太陽能的利用率，增加太陽光追蹤系統，追蹤系統包括兩個光敏電阻，分別設置在在太陽能板對稱兩側，並分別與一個保護電阻串聯接進電路，單片機通過第一 AD晶片分別採樣兩個光敏電阻上的電壓值，電壓值的大小間接地反映了光線的強弱，單片機通過判斷電壓值的大小控制步進電機使得太陽能板朝著光強的一面的轉動，這樣就可以有效地提高太陽光吸收效率。
[0008]所述風力發電模塊包括風力發電機和AC-DC變換電路，所述風力發電機產生的交流電傳輸到AC-DC變換電路中轉換成直流電。
[0009]所述風光互補模塊包括電壓比較器和第一繼電器，將風力發電模塊產生的直流電壓分成兩路，一路接在所述繼電器的一個端子，另一路接在電壓比較器的正極；同時太陽能發電模塊產生的直流電壓分成兩路，一路接在繼電器的另一個端子，另一路接在電壓比較器的負極，所述電壓比較器的輸出端產生的控制信號控制繼電器的切換。風光互補模塊將太陽能發電模塊產生的直流電壓和風力發電模塊產生的直流電壓進行整合，選擇性地給供電模塊中的蓄電池進行充電。這樣充分利用太陽能、風能，輔以蓄電池蓄電，從而實現全天候供電。
[0010]所述控制模塊包括第二單片機、第二繼電器和第二 AD晶片。所述第二單片機通過第二 AD晶片與水體含氧量傳感器連接，所述單片機通過繼電器與增氧模塊連接。這樣可以實現自動增氧，使用更加方便。
[0011]進一步，所述太陽能發電模塊中的採用的兩個阻值為10歐姆的保護電阻，保護電阻採用普通的水泥電阻。
[0012]進一步，所述太陽能發電模塊中採用的第一 AD晶片型號為PCF8591 ;所述控制模塊中的第二 AD晶片型號為TLC0832。
[0013]進一步，所述風光互補模塊中的電壓比較器型號為LM311。
[0014]進一步，還包括遠程控制端，在所述控制模塊中還包括藍牙模塊，所述藍牙模塊分別與所述第二單片機及遠程控制端連接。這樣可以實時顯示水體含氧量數據並遠距離、無線控制整個系統的運行。遠程控制模塊可以採用手機。
[0015]本發明還提供了一種以風能和太陽能互補為動力的水體增氧系統的控制方法，包括以下步驟:
步驟1:在所述第二單片機中設置水體含氧量閾值；
步驟2:所述水體含氧量傳感器測量水體中的含氧量數據並將檢測結果輸入到第二單片機中；
步驟3:所述第二單片機將步驟2中測量到的水體的含氧量數據與設置的水體含氧量閾值進行比較；如果水體含氧量小於閾值，則第二單片機控制繼電器閉合，使增氧模塊工作；如果水體含氧量不小於閾值，則第二單片機控制繼電器斷開，使增氧模塊停止工作。
[0016]有益效果:與現有技術相比，本發明充分利用風能、太陽能，可遠程、無線讀取水體含氧量數據和控制增氧模塊工作，操作方便；加入太陽光追蹤系統，提高太陽光吸收效率；通過蓄電池驅動增氧模塊增氧以改善水質，單片機根據水體含氧量判斷、控制增氧模塊的工作；長期使用可以降低耗電量，節約運行成本，促進漁業的發展，並降低水體富營養化帶來的危害，具有很好的經濟效益和良好的應用前景，適合大規模推廣，尤其適宜在山區等電網難以達到的地區使用。
【專利附圖】
【附圖說明】[0017]圖1為本發明的系統模塊圖；
圖2為本發明的太陽光追蹤電路圖；
圖3為本發明中控制模塊的控制方法流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護範圍不局限於所述實施例。
實施例
[0019]如圖1所示，一種以風能和太陽能互補為動力的水體增氧系統，包括:太陽能發電模塊、風力發電模塊、風光互補模塊、控制模塊、供電模塊、水體含氧量傳感器和增氧模塊。
[0020]如圖2所示，太陽能發電模塊用於將接收到的太陽能轉換成電能；此模塊中設有太陽光追蹤系統，包括兩個光敏電阻、兩個保護電阻、第一 AD晶片、異步電機和第一單片機，兩個光敏電阻分別設置在太陽能板對稱的兩側，分別通過所述兩個電阻與第一 AD晶片連接，第一 AD晶片與第一單片機電連接，異步電機分別與第一單片機和太陽能板相連接；光敏電阻對光強感應產生不同阻值，單片機通過第一 AD晶片分別採樣兩個光敏電阻上的電壓值，電壓值的大小間接地反映了光線的強弱，單片機通過判斷電壓值的大小控制步進電機使得太陽能板朝著光強的一面的轉動，即朝著兩端電壓值大的一側轉動。這樣就可以有效地提高太陽光吸收效率。第一 AD晶片採用PCF8591。
[0021]風力發電模塊用於 將風能轉換成電能；自然風吹動風力發電機轉動，發出的交流電通過AC-DC變換電路，即整流器變為直流電。
[0022]風光互補模塊將經過整流後的風力發電模塊產生的直流電和太陽能發電模塊產生的直流電進行比較，選擇電壓值較高的發電模塊給供電模塊中的蓄電池充電。風光互補模塊包括電壓比較器和第一繼電器，將風力發電模塊產生的直流電壓分成兩路，一路接在所述繼電器的一個端子，另一路接在電壓比較器的正極；同時太陽能發電模塊產生的直流電壓分成兩路，一路接在繼電器的另一個端子，另一路接在電壓比較器的負極，電壓比較器的輸出端產生的控制信號控制繼電器的切換。其中，電壓比較器採用LM311。
[0023]供電模塊用於給控制模塊、水體含氧量傳感器和增氧模塊供電。
[0024]控制模塊主要是能夠根據水體含氧量的數值自動控制增氧模塊的工作，並且能夠通過藍牙與遠程控制端通信，其中遠程控制端為手機，這樣實現了隨時監測、遠程控制。控制模塊主要包括第二單片機、第二繼電器和第二 AD晶片。第二單片機、第二 AD晶片與水體含氧量傳感器連接，第二單片機通過第二繼電器與增氧模塊連接。如圖3所示，控制模塊的控制方法為:水體含氧量傳感器將水體含氧量轉換為電壓信號，第二單片機通過第二 AD晶片採樣電壓信號，得到水體含氧量的大小，通過與設定的含氧量閾值比較，當含氧量小於閾值時，第二單片機通過第二繼電器控制增氧模塊的工作，當含氧量不小於閾值時，則控制第二繼電器切斷增氧模塊的工作。其中，第二單片機還通過串口連接藍牙模塊，可以實現與手機通信，手機端通過發送預先規定的命令，可以查看水體含氧量的多少，也可以人為的控制增氧模塊的工作，給系統帶來很多便利和靈活性。第二 AD晶片採用TLC0832。
[0025]本發明提供的系統可以採用兩種類型的增氧模塊，一種是小型的增氧模塊，採用直流電機驅動，蓄電池輸出的電壓通過AC-DC變換驅動直流電機，這種增氧模塊適用於魚缸等小型養魚場所；另一種是比較大型的增氧模塊，採用交流電機驅動，蓄電池輸出的電壓通過DC-AC逆變成交流電，驅動交流電機，控制增氧模塊運行，適用於池塘等比較大型的養育場所及景 觀綠化。
【權利要求】
1.一種以風能和太陽能互補為動力的水體增氧系統，其特徵在於:包括太陽能發電模塊、風力發電模塊、風光互補模塊、控制模塊、供電模塊、水體含氧量傳感器及增氧模塊，其中，所述太陽能發電模塊用於將接收到的太陽能轉換成電能，所述風力發電模塊用於將風能轉換成電能；所述太陽能發電模塊和所述風力發電模塊產生的電能同時輸送到所述風光互補模塊中，所述風光互補模塊對太陽能發電模塊和風力發電模塊產生的電壓進行比較並選擇產生電壓較高的發電模塊給供電模塊充電；所述供電模塊用於給控制模塊、水體含氧量傳感器和增氧模塊供電；所述水體含氧量傳感器讀取水體中的含氧量數據並將檢測結果傳輸給控制模塊；所述控制模塊根據水體含氧量傳感器輸入的數據控制增氧模塊工作。
2.根據權利要求1所述的以風能和太陽能互補為動力的水體增氧系統，其特徵在於:所述太陽能發電模塊包括太陽能板、兩個光敏電阻、兩個保護電阻、第一 AD晶片、異步電機和第一單片機，所述兩個光敏電阻分別設置在所述太陽能板對稱的兩側，所述兩個光敏電阻分別通過所述兩個保護電阻與第一 AD晶片連接，所述第一 AD晶片與第一單片機相連接，所述異步電機分別與所述第一單片機和所述太陽能板相連接； 所述風力發電模塊包括風力發電機和AC-DC變換電路，所述風力發電機產生的交流電傳輸到AC-DC變換電路中轉換成直流電； 所述風光互補模塊包括電壓比較器和第一繼電器；將風力發電模塊產生的直流電壓分成兩路，一路接在所述繼電器的一個端子，另一路接在電壓比較器的正極；同時太陽能發電模塊產生的直流電壓分成兩路，一路接在繼電器的另一個端子，另一路接在電壓比較器的負極，所述電壓比較器的輸出端產生的控制信號控制繼電器的切換； 所述控制模塊包括第二單片機、第二繼電器和第二 AD晶片，所述第二單片機通過第二AD晶片與水體含氧量傳感器連接，所述第二單片機通過第二繼電器與增氧模塊連接。
3.根據權利要求1所述的以風能和太陽能互補為動力的水體增氧系統，其特徵在於:所述太陽能發電模塊中的採用的兩個保護電阻為阻值為10歐姆的水泥電阻。
4.根據權利要求1所述的以風能和太陽能互補為動力的水體增氧系統，其特徵在於:所述太陽能發電模塊中採用的第一 AD晶片型號為PCF8591 ;所述控制模塊中的第二 AD晶片型號為TLC0832。
5.根據權利要求1所述的以風能和太陽能互補為動力的水體增氧系統，其特徵在於:所述風光互補模塊中的電壓比較器型號為LM311。
6.根據權利要求1所述的以風能和太陽能互補為動力的水體增氧系統，其特徵在於:包括遠程控制端，在所述控制模塊中還包括藍牙模塊，所述藍牙模塊分別與所述第二單片機及遠程控制端連接。
7.採用權利要求1所述的以風能和太陽能互補為動力的水體增氧系統的控制方法，其特徵在於: 包括以下步驟: 步驟1:在所述第二單片機中設置水體含氧量閾值； 步驟2:所述水體含氧量傳感器測量水體中的含氧量數據並將檢測結果輸入到第二單片機中； 步驟3:所述第二單片機將步驟2中測量到的水體的含氧量數據與設置的水體含氧量閾值進行比較；如果水體含氧量小於閾值，則第二單片機控制繼電器閉合，使增氧模塊工作；如果水 體含氧量不小於閾值，則第二單片機控制繼電器斷開，使增氧模塊停止工作。
【文檔編號】H02S10/12GK103787519SQ201410035456
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】呂金其, 葉日平, 陸佳佳 申請人:東南大學