CN101739798A - 太阳能与风能混合供电的环境因子无线监测系统 - Google Patents

太阳能与风能混合供电的环境因子无线监测系统 Download PDF

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李辉耀
赵虎
王三根
王纪元
姚亮
韩伟
凌松安
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Abstract

一种太阳能和风能混合供电的环境因子无线监测系统，由能源部分、单片机、传感器、存储芯片和无线模块组成：其中能源部分由能量转换部分和能量存储部分组成，能量转换部分将太阳能和风能转变为电能，并且在能量存储部分保存，以保证系统的持续供电；传感器包括温湿度一体传感器和霍尔传感器，后者用于测量风速；无线模块采用低功耗的RF12模块，具有传输距离远、穿透力强、编程简单等特点。本系统特别适用于野外山间电源无法供应的地方，可以将温湿度和风速等环境因子通过无线传输的方式发送回来。

Description

太阳能与风能混合供电的环境因子无线监测系统
技术领域
本发明属于绿色能源与环境因子监测相结合的交叉领域，具体涉及一种太阳能与风能混合供电的环境因子无线监测系统。
背景技术
发达国家非常重视无线传感器网络的发展，IEEE正在努力推进无线传感器网络系统的应用和发展，波士顿大学(Boston Unversity)还于最近创办了传感器网络协会(Honeywell)、L-3Commun ications、Millennial Net及Textron Systems。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术；《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域：
*环境的监测和保护
*医疗研究、护理领域
*侦察敌情、监控兵力等军事领域
*危险的工业环境如井矿、核电厂等的安全监测
上世纪九十年代，我国的独立电源系统采用水平轴风力发电机和太阳能光伏系统供应电力，主要应用于通信基站、边防哨所、海岛部队等特殊场合，是面向部队的一套后勤保障系统。经过一定时间的应用后，发现诸多问题，如台风期间的设备损坏严重、噪音大，影响人员正常休息；对通信设备的干扰，使得某些设备无法正常运转。2002年，在西军电、西交大、上复旦、上同济等高校一批专家的配合下，上海模斯电子设备有限公司(MUCE)成功研制出了世界上第一台新型(H型)垂直轴风力发电机，并于2002年底通过了各项测试，并达到了各项设计要求。2002年底至今，MUCE先后在部队安装了60多套垂直轴风力发电机和风光互补系统。
综上所述，太阳能与风能混合供电系统主要应用于自动气象站和军事领域，存在造价高、系统复杂、维护困难等问题。普通科研院所和高校实验室，缺少具备功能先进、价格较低、维护工作量小等特点的能够对温湿度等环境因子自动监测的自供电无线系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能和风能混合供电的环境因子监测系统，以解决在野外和山区进行环境因子监测时的供电问题，并且达到功能先进、价格较低、维护工作量小等要求。
本发明太阳能和风能混合供电的环境因子监测系统由各监测点系统和主控制盒系统及能源部分组成，各监测点系统包括单片机、无线模块、温湿度传感器和霍尔传感器；主控制盒系统包括单片机、无线模块、短信模块和存储模块；各监测点和主控制盒的能源部分都由能量转换部分和能量存储部分组成，能量转换部分包括风能发电机和太阳能板，能量转换部分将太阳能和风能转变为电能，并且在能量存储部分保存，以保证系统的持续供电；各组成部分按常规连接，霍尔传感器安装在风能发电机的扇叶部位。
各监测点系统的功能是检测各点的温湿度值和风速值，并通过无线模块自动发送到主控制盒；主控制盒系统的功能是通过无线模块收集各监测点的温湿度和风速值，并将数据存在存储模块中；当用户通过手机发短信时，主控制盒调用存储模块中的温湿度和风速值，自动发送短信到用户的的手机上。
本发明太阳能和风能混合供电的环境因子监测系统可实现如下功能：
1、将无线传感器网络内各个节点的温湿度通过无线数据传输的方式采集并存储在主控盒内，用户可用手机发短信查询，也可从存储芯片中将数据拷贝出来；
2、主控盒和各个监测点的电源由太阳能和风能混合供应；
3、在风能发电机的扇叶部位安装霍尔传感器，在风能发电的同时检测风速；
更进一步优选配置如下：
以STC89C58单片机为核心，采用SHT10型温湿度一体传感器和霍尔传感器为环境因子检测部分；无线模块采用RFM12型射频无线模块；存储芯片采用RM31256芯片(容量为256K)，该芯片同时具备实时时钟(RTC)和FRAM非易失性存储部分；短信查询功能由西门子公司的TC35模块来实现；太阳能板采用多晶太阳能板，可提供12V电源，设计寿命25年；风力发电机采用田宫环翼风力发电机：
风速1.2米/秒(4.3公里/小时)-2倍速，约2.6mW
风速3.3米/秒(11.9公里/小时)-3倍速，约38mW
风速5米/秒(18公里/小时)-3倍速，约54mW
附图说明
图1为主控盒系统结构图
图2为监测点系统结构图
本发明的优点是，本系统特别适用于野外山间电源无法供应的地方，可以将温湿度和风速等环境因子通过无线传输的方式发送回来。同时系统采用了功耗低、传输距离远的RF12射频无线模块，保证了监测范围覆盖一定区域，具有传输距离远、穿透力强、编程简单等特点。
具体实施方式：
以STC89C58单片机为核心，采用SHT10温湿度一体传感器作为信号采集部分，各监测点之间的数据传输采用RFM12型射频无线模块；I2C口接FM31256芯片作为实时时钟(RTC)和FRAM非易失性存储部分；串口接TC35模块，可供用户短信查询；电源部分采用太阳能和风能混合发电。
其中FM31256芯片的256K铁电非易失性RAM功能是作为数据存储部分，它具有断电数据自动保存功能，可供无限次写入，同时还具有实时时钟/日历功能，可以为单片机提供系统时间，这样就可以简化硬件结构、降低系统成本；瑞士产SHT10数字温湿度传感器具有极高的可靠性，全量程标定，可测量温度范围是：-40～+123.8℃；湿度范围：0～100％RH。环翼风力发电机独特的刀片形状来自TSUKURI出公司的最新技术，振动小、运行更安静，小风力发电性能显著；太阳能板采用多晶太阳能板，可提供12V电源，设计寿命25年。

Claims (2)

1.一种太阳能与风能混合供电的环境因子无线监测系统，其特征在于，系统由各监测点系统和主控制盒系统及能源部分组成，各监测点系统包括单片机、无线模块、温湿度传感器和霍尔传感器；主控制盒系统包括单片机、无线模块、短信模块和存储模块；各监测点和主控制盒的能源部分都由能量转换部分和能量存储部分组成，能量转换部分包括风能发电机和太阳能板，能量转换部分将太阳能和风能转变为电能，并且在能量存储部分保存，以保证系统的持续供电；各组成部分按常规连接，霍尔传感器安装在风能发电机的扇叶部位。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，以STC89C58单片机为核心，采用SHT10型温湿度一体传感器和霍尔传感器为环境因子检测部分；无线模块采用RFM12型射频无线模块；存储芯片采用RM31256芯片，该芯片同时具备实时时钟和FRAM非易失性存储部分；短信查询功能由西门子公司的TC35模块来实现；太阳能板采用多晶太阳能板；风力发电机采用田宫环翼风力发电机。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105510623A (zh) * 2016-01-07 2016-04-20 徐州康亚特电子科技有限公司 一种无线风速测试仪
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US10055781B2 (en) 2015-06-05 2018-08-21 Boveda Inc. Systems, methods and devices for controlling humidity in a closed environment with automatic and predictive identification, purchase and replacement of optimal humidity controller
US10909607B2 (en) 2015-06-05 2021-02-02 Boveda Inc. Systems, methods and devices for controlling humidity in a closed environment with automatic and predictive identification, purchase and replacement of optimal humidity controller

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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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