CN106300619B - 一种基于互联网云平台的太阳能便携充电系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生活用品技术领域，具体来说是一种基于互联网云平台的太阳能便携充电系统及控制方法，包括光伏发电系统、电池电量采集模块、无线通讯模块及数据管理端，所述的光伏发电系统带有可充电电池，电池电量采集模块连接至可充电电池用于采集并监测光伏发电系统产生的发电量数据，电池电量采集模块接有无线通讯模块，所述的无线通讯模块与数据管理端通过蓝牙或GPRS或Wifi的方式进行数据交换。本系统成本低，实时性好，精度较高，能实时查询和记录太阳能充电设备的数据信息，方便使用者和商家了解设备的使用工况及历史记录，使用效果更加直观，并能方便地支持商家在各平台为客户提供其他服务。

Description

一种基于互联网云平台的太阳能便携充电系统及控制方法
[技术领域]
本发明涉及生活用品技术领域，具体来说是一种基于互联网云平台的太阳能便携充电系统及控制方法。
[背景技术]
移动智能电子产品现已无处不在，它们已成为人们日常生活、户外活动、特种行业等必不可少的配置。这些移动智能电子产品如果没电而不能使用则会导致无法通过电子产品通讯，特别是处在户外环境中，无法对外通讯则会造成难以想象的影响，而有了太阳能充电器这个问题就迎刃而解了。
太阳能充电器是一种有阳光就能给移动智能电子产品充电的移动电源，目前市场上的太阳能充电设备，功能比较单一，仅能用于作为移动电源给设备充电，用户无法对太阳能充电设备的状态进行监控和记录，商家也无法对售出的产品进行追踪和管理。
[发明内容]
本发明是根据现有太阳能充电器功能单一的技术问题，针对客户需求，通过硬件电路结构将便携太阳能充电设备与互联网相结合，实现一种基于互联网云平台的太阳能便携充电系统及控制方法。
为了实现上述目的，设计一种基于互联网云平台的太阳能便携充电系统，包括光伏发电系统、电池电量采集模块、无线通讯模块及数据管理端，所述的光伏发电系统带有可充电电池，电池电量采集模块连接至可充电电池用于采集并监测光伏发电系统产生的发电量数据，电池电量采集模块接有无线通讯模块，所述的无线通讯模块与数据管理端通过蓝牙或GPRS或Wifi的方式进行数据交换。
所述的电池电量采集模块的输入端连接可充电电池，电池电量采集模块由芯片U2作为主控芯片，电池电量采集模块的输入端连接电阻R7后连接运算放大器U3的正极输入端，电池电量采集模块的输入端另抽出一端串联电阻R10、R11后连接至运算放大器U3的负极输入端，运算放大器U3的输出端连接电阻R8后接至芯片U2的4号管脚，在运算放大器U3的负极输入端与输出端之间接有电阻R12，所述的电阻R10另抽头一端连接电阻R13后连接运算放大器U4的正极输入端，并对地分别并联接有电阻R15及电容C7，运算放大器U4的负极输入端连接至输出端，运算放大器U4的输出端串联电阻R14后连接至芯片U2的5号管脚，电阻R14另抽出一端连接电容C8，芯片U2的1号管脚、3号管脚及7号管脚接地，芯片U2的8号管脚连接至3.3V电源，并抽头一端连接电容C2后接地，芯片U2的2号管脚连接电阻R2后接3.3V电源，芯片U2的10号管脚连接电阻R3后接3.3V电源，芯片U2的9号管脚连接电阻R4后接3.3V电源，所述的2号管脚、10号管脚、9号管脚另分别抽出一端连接至无线通讯模块。
所述的无线通讯模块由芯片U6作为主控芯片，所述的芯片U6的1号管脚对地接有电容C13后接3.3V电压，芯片U6的2号管脚串联电感L2及电感L1后连接至AVDD端，电感L1另抽出一端接电容C12后接地，芯片U6的5号管脚、9号管脚、10号管脚分别连接并接收电池电量采集模块的数据，芯片U6的12号管脚对地接有电容C18后接3.3V电压，芯片U6的45号管脚及46号管脚之间接有由电容C1、电容C9及晶振X2组成的晶振电路，芯片U6的37号管脚及38号管脚之间接有由电容C3、电容C4及晶振X1组成的晶振电路，芯片U6的39号管脚连接电容C6后接地，所述的芯片U6的35号管脚及36号管脚并联后接至AVDD，芯片U6的34号管脚及33号管脚并联后电容C10后接至AVDD，芯片U6的32号管脚串联电容C11及电感L3后接天线，在电感L3两端分别对地接有电容C14及电容C15，芯片U6的32号管脚及31号管脚之间接有电感L4，芯片U6的31号管脚及30号管脚之间接有电感L5，电感L5另抽出一端连接电容C17后接地，芯片U6的29号管脚接电容C16后接地，所述的芯片U6的28号管脚连接蓝牙唤醒电路。
所述的蓝牙唤醒电路连接至芯片U6的28号管脚，芯片U6的28号管脚对地接电容C1后串联电阻R6并连接至运算放大器U1的输出端，运算放大器U1正极输入端连接Wake up信号端，运算放大器U1负极输入端接电阻R5后接至3.3V电压，电阻R5另抽出一端连接电阻R9后接地。
所述的电源数据包括电压、功率、电流及发电量。
一种采用上述基于互联网云平台的太阳能便携充电系统的控制方法，太阳光照射电池板时，光伏板上半导体与金属组合部位间产生电位差从而将太阳能转化为直流电能；通过电池电量采集模块来监测电池板产生的电能状态和数据，通过无线通讯模块发送到数据管理端，以图文形式展示，同时将数据定期的和数据管理端进行传送。
所述的电池电量采集模块实时监测太阳能电池板充电时的电流和电压，并计算累计的充电电量，在电流回路插入检测电阻从而产生一个相应的压降，经过放大后形成与电流成比例的输出信号，所述的检测电阻采用康铜丝。
本发明同现有技术相比，其优点在于：本系统利用电池电量采集模块采集光伏发电系统的电压、功率、电流及发电量等电源数据，使其通过无线通讯模块发送至数据管理端，数据管理端能对太阳能产品设备进行管理、统计、查看设备状态，并对移动端电能做数据存储，本系统成本低，实时性好，精度较高，能实时查询和记录太阳能充电设备的数据信息，方便使用者和商家了解设备的使用工况及历史记录，使用效果更加直观，并能方便地支持商家在各平台为客户提供其他服务。
[附图说明]
图1是本发明的连接示意图；
图2是本发明中电路原理示意图；
图3是本发明中无线通讯模块的电路原理图；
图4是本发明中蓝牙唤醒电路的电路原理图。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置及方法的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本系统的连接示意图，本系统包括光伏发电系统、电池电量采集模块、无线通讯模块及数据管理端，光伏发电系统上带有可充电电池，电池电量采集模块连接至可充电电池用于采集并监测光伏发电系统产生的电压、功率、电流及容量等电源数据，电池电量采集模块接有无线通讯模块，无线通讯模块与数据管理端通过蓝牙或GPRS的方式进行数据交换。系统的功能包括：检测电流和电压，蓝牙输送，过流保护和电量唤醒。本系统能使用稳压恒流源、滑动变阻器、万用表和示波器检测电流、电压的准确度，蓝牙无线传输的距离和其他功能的实现。
现有的电流检测有两个基本方法，一种是测量载流导体的磁场，另一种是在电流回路插入一个小电阻并测量其两端压降。第一种方法没有强行插入元件或引入插入损耗，但价格相对便宜，而且容易导致非线性和温度系数误差，因此，磁场检测虽然避免了插入损耗，但由于其高成本，在具体应用中受到很大限制。
目前最常用的是电阻测量或者直接使用电流检测的集成芯片，二则原理相同，参见图3。本发明中是在电流回路插入一个小阻值的检测电阻可以产生一个相应的压降，经过放大后形成与电流成比例的输出信号。根据应用环境和检测电阻的放置位置不同，该检测技术为检测放大器设计带来了各种挑战，因此本发明设计采用电阻测量来实现电流的检测。本发明中的电池电量采集模块的输入端连接可充电电池，电池电量采集模块由芯片U2作为主控芯片，电池电量采集模块的电路图请见图2，电池电量采集模块的输入端连接电阻R7后连接运算放大器U3的正极输入端，电池电量采集模块的输入端另抽出一端串联电阻R10、R11后连接至运算放大器U3的负极输入端，运算放大器U3的输出端连接电阻R8后接至芯片U2的4号管脚，在运算放大器U3的负极输入端与输出端之间接有电阻R12，电阻R10另抽头一端连接电阻R13后连接运算放大器U4的正极输入端，并对地分别并联接有电阻R15及电容C7，运算放大器U4的负极输入端连接至输出端，运算放大器U4的输出端串联电阻R14后连接至芯片U2的5号管脚，电阻R14另抽出一端连接电容C8，芯片U2的1号管脚、3号管脚及7号管脚接地，芯片U2的8号管脚连接至3.3V电源，并抽头一端连接电容C2后接地，芯片U2的2号管脚连接电阻R2后接3.3V电源，芯片U2的10号管脚连接电阻R3后接3.3V电源，芯片U2的9号管脚连接电阻R4后接3.3V电源，2号管脚、10号管脚、9号管脚另分别抽出一端连接至无线通讯模块。
无线通讯模块由芯片U6作为主控芯片，其电路图参加图3，芯片U6的1号管脚对地接有电容C13后接3.3V电压，芯片U6的2号管脚串联电感L2及电感L1后连接至AVDD端，电感L1另抽出一端接电容C12后接地，芯片U6的5号管脚、9号管脚、10号管脚分别连接并接收电池电量采集模块的数据，芯片U6的12号管脚对地接有电容C18后接3.3V电压，芯片U6的45号管脚及46号管脚之间接有由电容C1、电容C9及晶振X2组成的晶振电路，芯片U6的37号管脚及38号管脚之间接有由电容C3、电容C4及晶振X1组成的晶振电路，芯片U6的39号管脚连接电容C6后接地，芯片U6的35号管脚及36号管脚并联后接至AVDD，芯片U6的34号管脚及33号管脚并联后电容C10后接至AVDD，芯片U6的32号管脚串联电容C11及电感L3后接天线，在电感L3两端分别对地接有电容C14及电容C15，芯片U6的32号管脚及31号管脚之间接有电感L4，芯片U6的31号管脚及30号管脚之间接有电感L5，电感L5另抽出一端连接电容C17后接地，芯片U6的29号管脚接电容C16后接地。
本系统还带有蓝牙唤醒回路，电路图见4，当检测的电压过低时自动进入低功耗模式，低功耗模式下关闭所有无关电路，只保留蓝牙芯片在睡眠状态，当检测的电量达到满足工作的值时从低功耗模式唤醒，这样大大降低了模块的功耗，具体是：芯片U6的28号管脚对地接电容C1后串联电阻R6并连接至运算放大器U1的输出端，运算放大器U1正极输入端连接Wake up信号端，运算放大器U1负极输入端接电阻R5后接至3.3V电压，电阻R5另抽出一端连接电阻R9后接地。
当太阳光照射电池板时，光伏发电系统上的半导体与金属组合部位间产生电位差从而将太阳能转化为直流电能；电池电量采集模块实时监测太阳能电池板充电时的电流和电压，并计算累计的充电电量，在电流回路插入检测电阻从而产生一个相应的压降，经过放大后形成与电流成比例的输出信号，检测电阻采用康铜丝。康铜丝作为一种铜镍电阻合金，也具有较多的属性。它具有较低的电阻温度系数，较宽的使用温度范围(480℃以下)，加工性能表现良好，具有良好的焊接性能。为了加强导电性能，减小导线内阻和电阻率，尽量避免出现导线过流发热和接触部分发热打弧及氧化现象，同时保证信号传输精确，使设备避免误动作和延长寿命降低故障率，因此在一些要求技术含量较高、要求衔接性能稳定的设备上要求使用康铜丝。通过电池电量采集模块来监测电池板产生的电能状态和数据，通过无线通讯模块发送到手机端，以图文形式展示，同时将数据定期的和数据管理端进行传送。
数据管理端是对所有数据做云存储、云计算、移动端展示并提供接口服务，从而对太阳能产品设备进行管理、统计、查看设备状态；云存储是指对移动端电能数据做存储；云计算：对所有的太阳能设备数据做深度计算和挖掘，提供电能管理、电能预测、电能分配等；接口服务：提供各种统计数据，做移动端深层次展示使用，提供体验服务；移动端展示：通过无线通讯模块获取设备端电能状态，在移动端以界面图形化方式展示移动设备电能情况，方便随时查看；还通过GPRS从数据管理端查看设备历史数据。本系统还相应配有APP，其功能为：接受蓝牙传输的数据；显示电流、电压、功率和累计电量四个参数；把数据通过网络传输到服务器。
蓝牙芯片：采用Nordic的nrf51822，ARM内核，低功耗蓝牙4.0，进口芯片，性能稳定。其中各接口如表1所示：
表1接口说明
P1 Mini_USB 太阳能充电输入接口
P2 USB 模块输出给充电宝接口
P3 UART 串口调试接口
P4 SWD 程序烧录接口
系统LED灯指示说明：
1、红色LED-系统故障指示。
2、蓝色LED-蓝牙连接状态指示。
系统硬件参数：
检测电流范围：1mA～3A；
检测电压范围：0～6V；
无线传输距离：10米。

Claims (7)

1.一种基于互联网云平台的太阳能便携充电系统，包括便携光伏发电系统、电量采集模块、无线通讯模块及数据管理端，其特征在于所述的便携光伏发电系统带有可充电电池，电池电量采集模块连接至可充电电池用于采集并监测光伏发电系统产生的发电量数据，电池电量采集模块接有无线通讯模块，所述的无线通讯模块与数据管理端通过蓝牙或GPRS或Wifi的方式进行数据交换，所述的数据管理端对所有数据做云存储、云计算、移动端展示并提供接口服务，从而对太阳能产品设备进行管理、统计、查看设备状态。
2.如权利要求1所述的一种基于互联网云平台的太阳能便携充电系统，其特征在于所述的电池电量采集模块的输入端连接可充电电池，电池电量采集模块由芯片U2作为主控芯片，电池电量采集模块的输入端连接电阻R7后连接运算放大器U3的正极输入端，电池电量采集模块的输入端另抽出一端串联电阻R10、R11后连接至运算放大器U3的负极输入端，运算放大器U3的输出端连接电阻R8后接至芯片U2的4号管脚，在运算放大器U3的负极输入端与输出端之间接有电阻R12，电池电量采集模块的输入端连接电阻R13后连接运算放大器U4的正极输入端，并对地分别并联接有电阻R15及电容C7，运算放大器U4的负极输入端连接至输出端，运算放大器U4的输出端串联电阻R14后连接至芯片U2的5号管脚，电阻R14另抽出一端连接电容C8，芯片U2的1号管脚、3号管脚及7号管脚接地，芯片U2的8号管脚连接至3.3V电源，并抽头一端连接电容C2后接地，芯片U2的2号管脚连接电阻R2后接3.3V电源，芯片U2的10号管脚连接电阻R3后接3.3V电源，芯片U2的9号管脚连接电阻R4后接3.3V电源，所述的2号管脚、10号管脚、9号管脚另分别抽出一端连接至无线通讯模块。
3.如权利要求1所述的一种基于互联网云平台的太阳能便携充电系统，其特征在于所述的无线通讯模块由芯片U6作为主控芯片，所述的芯片U6的1号管脚对地接有电容C13后接3.3V电压，芯片U6的2号管脚串联电感L2及电感L1后连接至AVDD端，电感L1另抽出一端接电容C12后接地，芯片U6的5号管脚、9号管脚、10号管脚分别连接并接收电池电量采集模块的数据，芯片U6的12号管脚对地接有电容C18后接3.3V电压，芯片U6的45号管脚及46号管脚之间接有由电容C1、电容C9及晶振X2组成的晶振电路，芯片U6的37号管脚及38号管脚之间接有由电容C3、电容C4及晶振X1组成的晶振电路，芯片U6的39号管脚连接电容C6后接地，所述的芯片U6的35号管脚及36号管脚并联后接至AVDD，芯片U6的34号管脚及33号管脚并联后经电容C10接至AVDD，芯片U6的32号管脚串联电容C11及电感L3后接天线，在电感L3两端分别对地接有电容C14及电容C15，芯片U6的32号管脚及31号管脚之间接有电感L4，芯片U6的31号管脚及30号管脚之间接有电感L5，电感L5另抽出一端连接电容C17后接地，芯片U6的29号管脚接电容C16后接地，所述的芯片U6的28号管脚连接蓝牙唤醒电路。
4.如权利要求3所述的一种基于互联网云平台的太阳能便携充电系统，其特征在于所述的蓝牙唤醒电路连接至芯片U6的28号管脚，芯片U6的28号管脚对地接电容C1后串联电阻R6并连接至运算放大器U1的输出端，运算放大器U1正极输入端连接Wake up信号端，运算放大器U1负极输入端接电阻R5后接至3.3V电压，电阻R5另抽出一端连接电阻R9后接地。
5.如权利要求1所述的一种基于互联网云平台的太阳能便携充电系统，其特征在于所述的发电量数据包括电压、功率、电流及发电量。
6.一种采用权利要求1-5任一所述基于互联网云平台的太阳能便携充电系统的控制方法，其特征在于太阳光照射电池板时，电池板上半导体与金属组合部位间产生电位差从而将太阳能转化为直流电能；通过电池电量采集模块来监测电池板产生的电能状态和数据，通过无线通讯模块发送到数据管理端，以图文形式展示，同时将数据定期的和数据管理端进行传送。
7.如权利要求6所述的一种基于互联网云平台的太阳能便携充电系统的控制方法，其特征在于所述的电池电量采集模块实时监测太阳能电池板充电时的电流和电压，并计算累计的充电电量，在电流回路插入检测电阻从而产生一个相应的压降，经过放大后形成与电流成比例的输出信号，所述的检测电阻采用康铜丝。
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