基於多種綠色能源的農田信息採集節點供電裝置製造方法
2023-07-09 09:52:16
專利名稱:基於多種綠色能源的農田信息採集節點供電裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於多種綠色能源的農田信息採集節點供電裝置，其特徵在於，包括渦輪葉片、直流發電機、第一防回流保護模塊、風能DC/DC模塊；手動搖杆、交流發電機、第二防回流保護模塊、機械能AC/DC模塊；太陽能電池板、第三防回流保護模塊、太陽能DC/DC模塊、充電電池、智能控制模塊；將太陽能、風能兩種綠色能源結合，為不同環境的節點提供了更多的選擇方案；改善了傳統節點更換電池不方便，使用壽命短，適應性較差的技術問題。
【專利說明】基於多種綠色能源的農田信息採集節點供電裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種農田信息採集節點供電裝置，特別涉及了基於多種綠色能源 的農田信息採集節點供電裝置。
【背景技術】
[0002] 現有技術中，農田信息採集節點壽命延長的方式多採用兩種方法：1.電源設計考 慮的是低功耗。由於負載的功耗與電壓的平方成正比，因此在保證系統可靠工作時儘量選 用較低的工作電壓。降低功耗的方式從硬體和軟體兩個方向發展，硬體方面主要是以降低 元器件的耗電量以及提升電池的電量，軟體方面多是以控制節點的工作狀態達到節電的效 果，例如控制節點進入睡眠狀態，但是傳感器節點一般工作在無人值守的狀態，利用電池供 電，即使工作在低功耗模式下，節點的使用壽命也非常有限。2.到目前為止，對於供電裝置 的研宄已經從傳統的能源向新興的能源轉化，經過多年的研宄積累，已有了豐碩的成果， 利用能量收集技術從周圍環境源源不斷的收集能量並將其轉化成電能，不過更多的研宄都 是圍繞單一的能源採集與轉化，常用的環境能源有太陽能、振動能、風能、溫差熱能等，但這 些單一能源往往各有優缺點，有的受到氣候條件限制而無法持續穩定地供能，這對於無線 網絡的使用條件有了很大的限制。
【發明內容】
[0003] 本實用型新的目的在於：為農田信息採集節點提供綠色長效能源的供電裝置，實 現了採集節點的長壽命使用，將太陽能、風能兩種綠色能源結合，為不同環境的節點提供了 更多的選擇方案；改善了傳統節點更換電池不方便，使用壽命短，適應性較差的技術問題， 同時電池的智能充電也完成了系統電池的自動監控技術，保證了電池的健康。
[0004] 為了實現以上目的，本實用新型的技術方案是：基於多種綠色能源的農田信息採 集節點供電裝置，包括渦輪葉片、直流發電機、第一防回流保護模塊、風能DC/DC模塊；手動 搖杆、交流發電機、第二防回流保護模塊、機械能AC/DC模塊；太陽能電池板、第三防回流保 護模塊、太陽能DC/DC模塊、充電電池、智能控制模塊；
[0005] 所述的渦輪葉片帶動直流發電機發電，直流發電機的輸出端連接第一防回流保護 模塊的輸入端，第一防回流保護模塊的輸出端連接風能DC/DC模塊的輸入端，風能DC/DC模 塊的輸出端連接充電電池的輸入端；
[0006] 所述的手動搖杆帶動交流發電機發電，交流發電機的輸出端連接第二防回流保護 模塊的輸入端，第二防回流保護模塊的輸出端連接機械能AC/DC模塊的輸入端，機械能AC/ DC模塊的輸出端連接充電電池的輸入端；
[0007] 所述的太陽能電池板的輸出端連接第三防回流保護模塊的輸入端，第三防回流保 護模塊的輸出端連接太陽能DC/DC模塊的輸入端，太陽能DC/DC模塊的輸出端連接充電電 池的輸入端；
[0008] 所述的智能控制模塊的IO埠分別連接風能DC/DC模塊、機械能AC/DC模塊、太 陽能DC/DC模塊的控制端；
[0009] 所述的智能控制模塊同時監測充電電池的電量。
[0010] 更加優選的技術方案，所述的智能控制模塊採用TI公司的鋰電池充電晶片 BQ24103。
[0011] 更加優選的技術方案，所述的風能DC/DC模塊選擇穩壓晶片LM2596。
[0012] 更加優選的技術方案，所述的太陽能DC/DC模塊選擇穩壓晶片LM2940。
[0013] 更加優選的技術方案，所述的AC/DC模塊通過整流橋堆實現。
[0014] 更加優選的技術方案，所述的智能控制模塊通過檢測充電電池的充電電壓、充電 電流和放電電壓、放電電流來計算充電電池的電量。
[0015] 與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：（1)將不同的能源採集組合利用於 充電裝置，解決了單一能源採集對於不同地域農田適應性較差的問題，同時解決了多種能 源同時採集的衝突問題。（2)軟體晶片控制充電，硬體採用綠色能源收集，有效延長了了農 田節點的使用壽命。（3)本實用新型裝置，操作簡單，可以自由移動，方便安置在任意的農田 信息採集節點中。（4)本實用新型裝置具有顯著的環保作用，提高了能源利用率，降低了頻 繁更換節點電源的工作，節約了勞動成本。
【附圖說明】
[0016] 圖1本實用新型方框流程圖；
[0017] 圖2太陽能，風能，機械能採集的電路圖；
[0018] 圖3LM2596風能DC/DC模塊的電路圖；
[0019] 圖4以BQ24103為核心晶片的智能控制模塊電路原理圖；
[0020] 圖5BQ24103提供的充電檢測電路。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖，對本實用新型進一步的描述。
[0022] 如圖1 :基於多種綠色能源的農田信息採集節點供電裝置，包括渦輪葉片、直流發 電機、第一防回流保護模塊、風能DC/DC模塊；手動搖杆、交流發電機、第二防回流保護模 塊、機械能AC/DC模塊；太陽能電池板、第三防回流保護模塊、太陽能DC/DC模塊、充電電池、 智能控制模塊；所述的渦輪葉片帶動直流發電機發電，直流發電機的輸出端連接第一防回 流保護t旲塊的輸入端，弟一防回流保護t旲塊的輸出端連接風能DC/DC t旲塊的輸入端，風能 DC/DC模塊的輸出端連接充電電池的輸入端；所述的手動搖杆帶動交流發電機發電，交流 發電機的輸出端連接第二防回流保護模塊的輸入端，第二防回流保護模塊的輸出端連接機 械能AC/DC模塊的輸入端，機械能AC/DC模塊的輸出端連接充電電池的輸入端；所述的太陽 能電池板的輸出端連接第三防回流保護模塊的輸入端，第三防回流保護模塊的輸出端連接 太陽能DC/DC模塊的輸入端，太陽能DC/DC模塊的輸出端連接充電電池的輸入端；所述的智 能控制模塊的IO埠分別連接風能DC/DC模塊、機械能AC/DC模塊、太陽能DC/DC模塊的 控制端；所述的智能控制模塊同時監測充電電池的電量。
[0023] 其中，所述的智能控制模塊採用TI公司的鋰電池充電晶片BQ24103。所述的風能 DC/DC模塊選擇穩壓晶片LM2596。所述的太陽能DC/DC模塊選擇穩壓晶片LM2940。所述 的AC/DC模塊通過整流橋堆實現。所述的智能控制模塊通過檢測充電電池的充電電壓、充 電電流和放電電壓、放電電流來計算充電電池的電量。
[0024] 圖2,電能採集模塊具有三個能量源：風能、機械能、太陽能。有風時風力帶動葉片 旋轉使渦輪發電機M2的轉子做切割磁力線的運動，從而產生感應電動勢；
[0025] 無風時使用手動裝置使渦輪發電機Ml的轉子做切割磁力線的運動，從而產生感 應電動勢；BTl為太陽能電池板，可將太陽能高效轉化為電能。在製作實物過程中為了保證 每個能量採集正常工作，還另外加了發光二極體以判別獨自能量採集是否正常工作。在裝 置運行時，由於存在裝置關斷後的回流問題，此問題會危害到發電機以及太陽能電池板的 使用壽命，為了更好的保證裝置的壽命，特別在發光二極體之前加入了單向導通的二極體 保證系統不會因回流過大直接損害到核心發電模塊。
[0026] 風能部分原理
[0027] 當風吹向風力機的葉片時，風力機的主要作用是將風能轉化為機械能，風力機的 機械輸出功率可用式子表示為：
【權利要求】
1. 基於多種綠色能源的農田信息採集節點供電裝置，其特徵在於，包括渦輪葉片、直流 發電機、第一防回流保護模塊、風能DC/DC模塊；手動搖杆、交流發電機、第二防回流保護模 塊、機械能AC/DC模塊；太陽能電池板、第三防回流保護模塊、太陽能DC/DC模塊、充電電池、 智能控制模塊； 所述的渦輪葉片帶動直流發電機發電，直流發電機的輸出端連接第一防回流保護模塊 的輸入端，第一防回流保護模塊的輸出端連接風能DC/DC模塊的輸入端，風能DC/DC模塊的 輸出端連接充電電池的輸入端； 所述的手動搖杆帶動交流發電機發電，交流發電機的輸出端連接第二防回流保護模塊 的輸入端，第二防回流保護模塊的輸出端連接機械能AC/DC模塊的輸入端，機械能AC/DC模 塊的輸出端連接充電電池的輸入端； 所述的太陽能電池板的輸出端連接第三防回流保護模塊的輸入端，第三防回流保護模 塊的輸出端連接太陽能DC/DC模塊的輸入端，太陽能DC/DC模塊的輸出端連接充電電池的 輸入端； 所述的智能控制t旲塊的1〇埠分別連接風能DC/DC t旲塊、機械能AC/DC t旲塊、太陽能 DC/DC模塊的控制端； 所述的智能控制模塊同時監測充電電池的電量。2. 根據權利要求1所述的基於多種綠色能源的農田信息採集節點供電裝置，其特徵在 於，所述的智能控制模塊採用TI公司的鋰電池充電晶片BQ24103。3. 根據權利要求1所述的基於多種綠色能源的農田信息採集節點供電裝置，其特徵在 於，所述的風能DC/DC模塊選擇穩壓晶片LM2596。4. 根據權利要求1所述的基於多種綠色能源的農田信息採集節點供電裝置，其特徵在 於，所述的太陽能DC/DC模塊選擇穩壓晶片LM2940。5. 根據權利要求1所述的基於多種綠色能源的農田信息採集節點供電裝置，其特徵在 於，所述的AC/DC模塊通過整流橋堆實現。6. 根據權利要求1所述的基於多種綠色能源的農田信息採集節點供電裝置，其特徵在 於，所述的智能控制模塊通過檢測充電電池的充電電壓、充電電流和放電電壓、放電電流來 計算充電電池的電量。
【文檔編號】H02J7-00GK204304516SQ201420771541
【發明者】林相澤, 謝宇辰 [申請人]南京農業大學