CN103346604A - 采用太阳能供电采集监测数据的装置 - Google Patents

Abstract

本发明为采用太阳能供电采集监测数据的装置，公开一种可以安装在城市需要对空气质量PM2.5检测的任何地方的监测设备，是组成整个城市或地区PM2.5云监测的节点。本监测设备采用太阳能供电，PM2.5传感器将检测数据通过GPRS模块传输到云监测中心进行数据汇总和发布。其特点是本监测设备利用太阳能供电可以在没有市电的全市任何地点长期监测空气质量PM2.5的指标。优点一是不受市电的影响而可以户外不间断的长期监测；二是减轻设备维护人员的工作量，户外供电用电池不需要经常更换充电。三是成本较低，维护方便。

Description

采用太阳能供电采集监测数据的装置

技术领域

本发明涉及环保领域空气质量中PM2.5的检测，具体涉及用太阳能供电的PM2.5传感器检测和GPRS模块通信传输检测数据的系统。

背景技术

目前整个中国城市环境监测中心站点较少，分布分散，环境监测的数据仅能够从宏观上反映城市的整体的空气质量，但是不能从微观上反映局部区域、特定区域的空气质量的好坏，这就需要建设更多的环境监测站点，提供更多的实时的环境监测数据。

国内外一套PM2.5环境监测系统价格昂贵。建设更多的环境监测站点需要巨大的资金投入，成本太高。而本检测设备PM2.5环境监测系统价格低廉，能够解决资金投入问题。在监测区内，每个节点的PM2.5检测由PM2.5传感器、检测板组成，通过无线通信方式将数据传送给云监控中心。在无线远距离数据传输方式中，通用分组无线业务(GPRS)为远程监测的数据传输提供了一种高效、低成本的途径。用户在线按流量计费，大大降低了系统的营运成本。GPRS所提供Internet的全球性无线接入，使经由GPRS和Internet数据传输已越来越快捷和高效。

但是GPRS模块和PM2.5传感器一般使用锂电池、镍氢电池、或者其他外部直流电源（如交流电源适配器等）进行供电，电源适配器供电方式离不开市电。使用锂电池、镍氢电池需要工作人员在一定的时间对电池充电，这样就影响了PM2.5大面积布置和应用。

为克服现有PM2.5检测设备依赖于市电供电，不能布置在城市你想要布置的地方（检测设备要申请用电和电费结算都是比较麻烦的，没有市电的地方就更不要想安装了），极大的限制了PM2.5检测设备的城市布局，不能够建立对整个城市进行全面的监测体系。本专利提出就是太阳能供电装置在为PM2.5传感器、数据采集模块和GPRS模块同时供电。形成一个完整的太阳能单节点远程PM2.5数据采集和传输供电系统。

发明内容

本发明是针对现有技术中存在的不足，提供的一种采用太阳能供电采集PM2.5监测数据的装置。

本发明通过以下技术方案实现发明目的：

一种采用太阳能供电采集监测数据的装置，包括太阳能光伏发电系统、数据采集模块、PM2.5传感器及数据传送模块，所述太阳能光伏发电系统包括太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池；所述太阳能电池板、蓄电池和DC-DC电压转换电路分别与太阳能控制器连接，所述PM2.5传感器、数据采集模块和数据传送模块通过DC-DC电压转换电路与太阳能控制器相连接，所述数据采集模块同时分别和PM2.5传感器和GPRS数据传送模块相连。

本发明中所述的数据传送模块为GPRS数据传送模块。

太阳能光伏发电系统是利用光伏组件半导体材料的“光伏效应”，将太阳光辐射直接转换为电能。由于太阳能电池板的输出随日照而变化，特别在阴雨天或日照不好时，发出的电能是有限的且输出不稳定，为保证夜间或阴雨天用电的需要，配备蓄电池储能。

太阳能控制器是对蓄电池进行自动充电、放电的监控装置，当蓄电池充满电时，防止过充，当蓄电池发生过放电时（电压值可设置），它会及时发出报警提示以及相关的保护动作，从而保证蓄电池能够长期可靠的运行。当蓄电池电量恢复后（恢复电压可设置），系统自动恢复正常状态。

数据采集模块前端的DC-DC转换电路主要是将控制器的输出转变成负载所需要的电压，给GPRS模块和数据采集模块和PM2.5传感器供电。

 

有益效果；

采用太阳能光伏发电系统以后，直接把太阳能转换成电能，这种供电方式使PM2.5检测设备在野外具有了长期工作的潜力。可放置野外连续的检测，而不受时间和市电的约束。

 

附图说明

 

图1是本发明检测设备电气接线示意图。

图2为本发明的外形装配图。

图3为本发明中的DC/DC转换电路。

 

具体实施方式

 如图l所示，本发明系统由蓄电池1、太阳能控制器2、太阳能电池板3、数据采集模块4、PM2.5传感器5、GPRS模块6和DC-DC电压转换模块7构成。太阳能电池板3、蓄电池1和DC-DC电压转换电路7分别与太阳能控制器2连接，PM2.5传感器5、数据采集模块4和GPRS模块6通过DC-DC电压转换电路7与太阳能控制器2相连接，数据采集模块4同时分别和PM2.5传感器5和GPRS模块6相连。其中蓄电池1、太阳能控制器2、DC-DC电压转换电路7、数据采集模块4、PM2.5传感器5、GPRS模块6内置在箱体（8）中。如图2所示。

本发明系统的安装过程如下：

1．将太阳能板，蓄电池，DC/DC输入正极，共3根正极线并接在控制器的红色线上；2．接负载，DC/DC输入负极接绿色线上；3．将蓄电池的负极接在控制器的黑色线上,此时太阳能控制器的空闲灯，红灯亮起，过10分钟后，控制器的放电绿灯亮起，同时负载亮起，说明放电正常；4．将太阳能板的负极接在控制器的蓝色线上，过15秒后，太阳能控制器的充电黄灯亮起，太阳能控制器转为充电状态，充电系统正常，如果您是晚上接线，太阳能控制器不会进入充电状态，将维持第3步的放电状态，直到太阳能控制器的放电时间结束；

 为了给负载提供合适的电压，在太阳能控制器的负载端连接DC-DC转换电路，将12V转换成4.2V和3.3V的电路如图3所示。

  为了给本PM2.5检测设备配备太阳能光伏发电装置，首先，确定该套设备所应用地点的光照强度和阴雨天情况。其次，确定二者的功率和工作时间。第三、根据前面的两点选择合适的太阳能电池板、控制器和蓄电池。

    

例如，现在应用于南京环保检测站的PM2.5监测设备

查1961年到1990年，南京降雨日数最多的是7月(13天)，连续阴雨天9天。平均最短日照为3.96小时。整个PM2.5监测系统用电3W，共计每天工作24小时。日耗功率是72W。

所以该太阳能发电装置按日耗功率72W、日平均日照时间3.96小时、如遇连续阴雨天工作9天计算就能够保证全年正常使用。

    太阳能光伏发电装置的具体设计过程如下：

    (1)太阳能电池组件功率计算

    计算公式如下：

太阳能方阵总功率=负载功率×用电时间(H)/日照峰值时间(H)/ 损耗系数(0.75)；

    按采集箱内设备负载总功率为3W，用电时间为24小时，日照峰值时间为3.96小时；

太阳能方阵总功率=3W×24/3.96/0.75=24W。

    从优化系统角度考虑，可配置太阳能电池组件40Wp。

    (2)蓄电池容量的计算：

    为了使整套网络在全年能够正常工作，蓄电池储备9天的电能。

BC=A×QL×NL×TO／CC

其中：BC为蓄电池容量，A为安全系数，取1.1～1.4之间，一般取1.1； 

QL为负载日平均耗电量，即工作电流乘以日工作小时数；

NL为最长连续阴雨天数（取9天）；

TO为温度修正系数，一般在0℃以上取1；

CC为蓄电池放电深度，一般铅酸蓄电池取0.75。

BC=1.1×(0.25×24) ×9×1/0.75=79.2Ah

需配1组12V/80AH的硅胶蓄电池

    (3)为了控制整个发电装置，防止蓄电池出现过充和过放的情况，系统必须采用太阳能控制器。如前面选用了12V的蓄电池，这里的控制器的输入应选用12V输入的控制器。输出电流应等于或大于负载电流。因此，采用可12V10A的太阳能控制器。其外形图如图3所示。

 

    以上所有参数确定好以后就可以购买相应的器材，然后进行安装、测试。其连接图如图1所示。它们的接线顺序为：先接蓄电池（尽可能靠近控制器故置），再接太阳能电池板、DC-DC转换输入口插座及负载。

    以上是以南京环境检测站的PM2.5检测设备为例的，如应用于其他地方，我们只需要根据以上计算方法算出相应的参数，购买器材，搭建系统，就能够给GPRS模块和汇聚节点供电了。

Claims (2)

1.一种采用太阳能供电采集监测数据的装置，其特征在于：包括太阳能光伏发电系统、数据采集模块（4）、PM2.5传感器(5)及数据传送模块，所述太阳能光伏发电系统包括太阳能电池板（3）、太阳能控制器(2)、蓄电池(1)；所述太阳能电池板（3）、蓄电池（1）和DC-DC电压转换电路（7）分别与太阳能控制器(2)连接，所述PM2.5传感器（5）、数据采集模块（4）和数据传送模块（6）通过DC-DC电压转换电路（7）与太阳能控制器（2）相连接，所述数据采集模块（4）同时分别和PM2.5传感器(5)和数据传送模块（6）相连。

2.根据权利要求1所述的采用太阳能供电采集监测数据的装置，其特征在于：所述的数据传送模块（6）为GPRS数据传送模块。

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