CN106685071A - 一种用于无线电的监控平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于无线电的监控平台，包括主控模块、柴油模块、太阳能模块、风力模块及无线监测设备，主控模块包括主控制器、蓄电模块和采集1模块和切换模块，蓄电模块包括蓄电1模块和蓄电2模块，蓄电1模块包括蓄电池组1和蓄电池组2，蓄电2模块包括蓄电池组3和蓄电池组4；主控制器还连接有以太网控制器、热释电模块、声音模块和显示模块，以太网控制器通过隔离变压器接入以太网，还包括接入以太网的工作站。本发明可对柴油发电机、太阳能电池板、风力发电机及蓄电模块的信息采集，并以此来控制蓄电模块的充放工作，从而实现对无线电监测设备的电源供给。

Description

一种用于无线电的监控平台
技术领域
本发明涉及通信工程领域，尤其是涉及一种用于无线电的监控平台。
背景技术
为了准确全面监测无线电信号，许多无线电监测基站要求建立在无线电污染较小的区域，这些区域多为高山等人迹罕至的地方。因此，无线电监测设备的供电就成为一个突出的问题。现有的解决办法是以柴油发电为主、以风光发电为辅作为供电电源，但目前的电源系统能耗较大，对环境的适应性较弱，这些极易影响供电的稳定性。同时，该电源系统对无线电监设备的干扰较大，放电频率也较高，这些势必会影响监测设备监测信号的准确性。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于无线电的监控平台，可对柴油发电机、太阳能电池板、风力发电机及蓄电模块的信息采集，并以此来控制蓄电模块的充放工作，从而实现对无线电监测设备的电源供给。
本发明的目的主要通过以下技术方案实现：
一种用于无线电的监控平台，包括主控模块、柴油模块、太阳能模块、风力模块及无线监测设备，主控模块包括主控制器、蓄电模块、与蓄电模块相连的采集1模块和切换模块，采集1模块和切换模块均与主控制器相连，蓄电模块包括蓄电1模块和蓄电2模块，蓄电1模块包括均与无线监测设备相连的蓄电池组1和蓄电池组2，蓄电2模块包括均与主控制器相连的蓄电池组3和蓄电池组4；柴油模块包括柴油发电机、与柴油发电机相连和主控制器均相连的柴油控制器、与柴油控制器和柴油发电机均相连的采集2模块；太阳能模块包括太阳能电池板、与太阳能电池板和主控制器均相连的太阳能控制器、与太阳能控制器和太阳能电池板均相连的采集3模块；风力模块包括风力发电机、与风力发电机和主控制器均相连的风力控制器、与风力控制器和风力发电机均相连的采集4模块；柴油发电机、太阳能电池板和风力发电机均通过切换模块与蓄电模块相连，柴油控制器、太阳能控制器和风力控制器均通过LIN总线与主控制器相连；主控制器还连接有以太网控制器、热释电模块、声音模块和显示模块，以太网控制器通过隔离变压器接入以太网，还包括接入以太网的工作站。
由于基站通常都远离城市，因而需将所采集的数据进行远距离传输，以实现在终端的监测和显示。由于是远距离传输，首先要保证数据的可靠性和及时性，而以太网则可以满足这种要求。本发明中，主控制器通过SPI接口与以太网控制器进行数据交换，可实现与远程工作站的无线通信。其中，隔离变压器主要用于信号电平耦合，它不近可以增强信号，使数据传输的距离更远，还可增强抗干扰能力大大。另外，当接到不同电平的网口时，也可避免出现信号不能正确识别而造成的出错或者暂时失效的问题。热释电模块可感应现场是否有人活动，以其感应信号对声音模块、和显示模块进行控制；主控制器可通过串口通信实现对声音模块和显示模块的控制。显示模块可显示系统的各种实时信息，可以使整个系统的实时信息更加直观且人性化。柴油模块用于实现对柴油发电机的油量、电压和电流等信息的采集，并通过LIN总线将采集到的信息发送至主控制器，再接受主控制器的命令对柴油发电机的启停进行控制。太阳能模块用于实现对太阳能电池板的电压和电流等信息的采集，并通过LIN总线将采集到的信息发送至主控制器，再接受主控制器的命令对太阳能电池板进行功率控制。风力模块用于实现对风力发电机的电压和电流等信息的采集，并通过LIN总线将采集到的信息发送至主控制器，再接受主控制器的命令对风力发电机进行功率控制。主控模块用于接受柴油模块、太阳能模块及风力模块通过LIN总线传送的消息；对蓄电模块的电压和电流进行信息采集，以此发出命令控制蓄电模块的充放电。本发明中，可选用水平轴、三叶片、直接驱动和三相交流永磁同步发电机的风力发电机组。太阳能电池板可选择中电光伏的标准组件。LIN总线是一个低速的A类串行总线协议，它的作用时将开关、执行元件和传感器等部分从子总线连接到主总线上。LIN总线是单线总线，它用12V的隐形电平线与总线，数据传输能达到的最高速度为20Kbit/s，最大传输距离为40m。一个LIN网络包括一个主机节点和多个从机节点，主机节点控制媒体访问，从机节点最大可达16个，共有64个标识符。LIN总线可以简单方便的实现对传输速度和实时性要求不高、功能简单、性能指标要求较低的节点的数据传输和控制。LIN总线的这些特点，不仅能满足系统数据传输的需要，而且其较低的数据传输速度和单总线可以减少总线上的功耗，并有效降低由总线带来的电磁干扰。
其中，各模块需要使用多种电压值的电源，如此则需经过整流斩波方可得到，在此过程中则不可避免地会在电源处产生干扰。如若主控模块和无线电监测设备都直接使用风力发电机、太阳能电池板或者柴油发电机产生的电能，无线电监测设备就有可能在电源上受到干扰，从而影响监测数据和结果。因此设计，将风力发电机、太阳能电池板产生的电能首先存储到蓄电模块中，再通过蓄电模块对主控模块和无线电监测设备供电。
其中，蓄电模块通过设置有蓄电1模块和蓄电2模块可分别为无线电监测设备和主控制器进行相对独立的电能供给，如此，可进一步降低电源处对无线监测设备的干扰。蓄电池没有完全放电时进行充电会使蓄电池的容量不断减小，而且蓄电池的充电次数是固定的，频繁的充电相当于减少电池的使用寿命。如果蓄电1模块只有1组蓄电池组对无线电监测设备供电，为了随时储存电能，就需要随时对蓄电池组进行充电，如此，一方面影响蓄电池的容量，另一方面也增加了蓄电池的充电频率，也即缩短了蓄电池的使用寿命。而采用两组蓄电池组交替进行充放电就可以有效减少上述情况的发生，而且对产生的电能储存也更及时，利用率也更高。通过切换模块的设置，一方面，可根据蓄电池组1、蓄电池组2、蓄电池组3、蓄电池组4的电量情况来控制对它们的充放电，以实现每一蓄电模块的交替充放电；另一方面也可根据采集3模块和采集4模块对太阳能电池板和风力发电机的信息采集来实现风力发电机和太阳能电池板充电比例的控制。当缺乏风光能源时，也可实现全部由柴油发电机供电。可见，本系统能既能减少对蓄电池容量的不良影响，延长蓄电池的使用寿命；还能实现对风光电能的充分利用，具有对较强的环境适应性。
进一步地，所述以太网控制器的控制芯片为ENC28J60。ENC28J60可支持全双工和半双工模式，有8Kb的发送/接收数据包双端口SRAM 和用于快速数据传送的内部DMA，并且具有可编程LED输出用来显示工作状态。基站和工作站之间并不需要时刻进行数据传输，当没有需要时，主控芯片可通过SPI接口改变ENC28J60的寄存器，执行掉电命令，进入休眠模式时，它不能再发送和接受任何数据包，对ENC28J60的掉电控制可以显著的降低系统的功耗。
进一步地，所述热释电模块采用D-SUNPIR人体红外感应器。D-SUNPIR具有灵敏度高、可靠性强、超低功耗，超低电压工作的特点。它采用可重复触发方式，即感应输出高电平后，如果有人体在其感应范围内活动，则会一直保持此输出状态直至感应源消失。它最远感应距离可达7米，可有效实现对基站内有人与否的监控。
进一步地，所述声音模块的语音芯片为WTD588D-16。WTD588D-16是一款集单片机和语音电路于一体的可编辑语音芯片，功能多音质好功耗低，支持6K-22K采样率的音频加载。
进一步地，所述切块模块中设置有多个二极管。二极管的设置可起到逆止的作用，防止有关装置之间发生反冲现象。
进一步地，所述主控制器的主控芯片为STM32LI52VBT6。STM32LI52VBT6芯片工作电压1.65至3.6V，适应温度范围为-40℃至85℃，可以说对电源及使用环境有着较好的适应性，完全可以满足使用需求。此芯片在具有丰富资源、可满足使用需求的基础上，最大的特点是功耗低，在低功耗模式，工作频率32KHz时其电流消耗只有9uA，睡眠模式下只有4.4Ua，有着极低的功耗。
进一步地，所述采集1模块、所述采集2模块、所述采集3模块以及所述采集4模块均配备有HFV10/25AS霍尔电压传感器和ACS712霍尔电流传感器。HFV10/25AS霍尔电压传感器初次级之间是绝缘的，可用于测量直流、交流和脉冲电压。ACS712霍尔电流传感器内置有精确的偏置的线性霍尔传感器电路，能输出与检测电流成比例的电压信号。内部传导电阻只有1.2毫欧，噪声低，具有较低的功率损耗，相应时间快，总输出误差为1.5%。
进一步地，所述LIN总线的收发器为TJA1020。TJA1020收发器在LIN总线应用中起物理媒体链接的功能，作为LIN主机/从机协议控制器和LIN传输媒体之间的接口。它修整输出波形以使电磁辐射非常低，且有高抗电磁干扰性。
本发明具有以下有益效果：本发明中，可对柴油发电机、太阳能电池板、风力发电机及蓄电模块的信息采集，并以此来控制风力发电机、太阳能电池板及柴油发电机对蓄电模块的充放工作，从而实现对无线电监测设备的电源供给。本发明可提高风光油互补能源的利用率，减小电源系统对无线电监测设备的干扰，降低不完全放电频率。其中，蓄电模块通过设置有蓄电1模块和蓄电2模块可分别为无线电监测设备和主控制器进行相对独立的电能供给，如此，可进一步降低电源处对无线监测设备的干扰。通过切换模块的设置，一方面，可根据蓄电池组1、蓄电池组2、蓄电池组3、蓄电池组4的电量情况来控制对它们的充放电，以实现每一蓄电模块的交替充放电；另一方面也可根据采集3模块和采集4模块对太阳能电池板和风力发电机的信息采集来实现风力发电机和太阳能电池板充电比例的控制。当缺乏风光能源时，也可实现全部由柴油发电机供电。可见，本系统能既能减少对蓄电池容量的不良影响，延长蓄电池的使用寿命；还能实现对风光电能的充分利用，具有对较强的环境适应性。
附图说明
图1为本发明所述的一种用于无线电的监控平台的结构框图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，一种用于无线电的监控平台，包括主控模块、柴油模块、太阳能模块、风力模块及无线监测设备，主控模块包括主控制器、蓄电模块、与蓄电模块相连的采集1模块和切换模块，采集1模块和切换模块均与主控制器相连，蓄电模块包括蓄电1模块和蓄电2模块，蓄电1模块包括均与无线监测设备相连的蓄电池组1和蓄电池组2，蓄电2模块包括均与主控制器相连的蓄电池组3和蓄电池组4；柴油模块包括柴油发电机、与柴油发电机相连和主控制器均相连的柴油控制器、与柴油控制器和柴油发电机均相连的采集2模块；太阳能模块包括太阳能电池板、与太阳能电池板和主控制器均相连的太阳能控制器、与太阳能控制器和太阳能电池板均相连的采集3模块；风力模块包括风力发电机、与风力发电机和主控制器均相连的风力控制器、与风力控制器和风力发电机均相连的采集4模块；柴油发电机、太阳能电池板和风力发电机均通过切换模块与蓄电模块相连，柴油控制器、太阳能控制器和风力控制器均通过LIN总线与主控制器相连；主控制器还连接有以太网控制器、热释电模块、声音模块和显示模块，以太网控制器通过隔离变压器接入以太网，还包括接入以太网的工作站。
由于基站通常都远离城市，因而需将所采集的数据进行远距离传输，以实现在终端的监测和显示。由于是远距离传输，首先要保证数据的可靠性和及时性，而以太网则可以满足这种要求。本实施例中，主控制器通过SPI接口与以太网控制器进行数据交换，可实现与远程工作站的无线通信。其中，隔离变压器主要用于信号电平耦合，它不近可以增强信号，使数据传输的距离更远，还可增强抗干扰能力大大。另外，当接到不同电平的网口时，也可避免出现信号不能正确识别而造成的出错或者暂时失效的问题。热释电模块可感应现场是否有人活动，以其感应信号对声音模块、和显示模块进行控制；主控制器可通过串口通信实现对声音模块和显示模块的控制。显示模块可显示系统的各种实时信息，可以使整个系统的实时信息更加直观且人性化。柴油模块用于实现对柴油发电机的油量、电压和电流等信息的采集，并通过LIN总线将采集到的信息发送至主控制器，再接受主控制器的命令对柴油发电机的启停进行控制。太阳能模块用于实现对太阳能电池板的电压和电流等信息的采集，并通过LIN总线将采集到的信息发送至主控制器，再接受主控制器的命令对太阳能电池板进行功率控制。风力模块用于实现对风力发电机的电压和电流等信息的采集，并通过LIN总线将采集到的信息发送至主控制器，再接受主控制器的命令对风力发电机进行功率控制。主控模块用于接受柴油模块、太阳能模块及风力模块通过LIN总线传送的消息；对蓄电模块的电压和电流进行信息采集，以此发出命令控制蓄电模块的充放电。本发明中，可选用水平轴、三叶片、直接驱动和三相交流永磁同步发电机的风力发电机组。太阳能电池板可选择中电光伏的标准组件。LIN总线是一个低速的A类串行总线协议，它的作用时将开关、执行元件和传感器等部分从子总线连接到主总线上。LIN总线是单线总线，它用12V的隐形电平线与总线，数据传输能达到的最高速度为20Kbit/s，最大传输距离为40m。一个LIN网络包括一个主机节点和多个从机节点，主机节点控制媒体访问，从机节点最大可达16个，共有64个标识符。LIN总线可以简单方便的实现对传输速度和实时性要求不高、功能简单、性能指标要求较低的节点的数据传输和控制。LIN总线的这些特点，不仅能满足系统数据传输的需要，而且其较低的数据传输速度和单总线可以减少总线上的功耗，并有效降低由总线带来的电磁干扰。
其中，各模块需要使用多种电压值的电源，如此则需经过整流斩波方可得到，在此过程中则不可避免地会在电源处产生干扰。如若主控模块和无线电监测设备都直接使用风力发电机、太阳能电池板或者柴油发电机产生的电能，无线电监测设备就有可能在电源上受到干扰，从而影响监测数据和结果。因此设计，将风力发电机、太阳能电池板产生的电能首先存储到蓄电模块中，再通过蓄电模块对主控模块和无线电监测设备供电。
其中，蓄电模块通过设置有蓄电1模块和蓄电2模块可分别为无线电监测设备和主控制器进行相对独立的电能供给，如此，可进一步降低电源处对无线监测设备的干扰。蓄电池没有完全放电时进行充电会使蓄电池的容量不断减小，而且蓄电池的充电次数是固定的，频繁的充电相当于减少电池的使用寿命。如果蓄电1模块只有1组蓄电池组对无线电监测设备供电，为了随时储存电能，就需要随时对蓄电池组进行充电，如此，一方面影响蓄电池的容量，另一方面也增加了蓄电池的充电频率，也即缩短了蓄电池的使用寿命。而采用两组蓄电池组交替进行充放电就可以有效减少上述情况的发生，而且对产生的电能储存也更及时，利用率也更高。通过切换模块的设置，一方面，可根据蓄电池组1、蓄电池组2、蓄电池组3、蓄电池组4的电量情况来控制对它们的充放电，以实现每一蓄电模块的交替充放电；另一方面也可根据采集3模块和采集4模块对太阳能电池板和风力发电机的信息采集来实现风力发电机和太阳能电池板充电比例的控制。当缺乏风光能源时，也可实现全部由柴油发电机供电。可见，本系统能既能减少对蓄电池容量的不良影响，延长蓄电池的使用寿命；还能实现对风光电能的充分利用，具有对较强的环境适应性。
优选地，所述以太网控制器的控制芯片为ENC28J60。ENC28J60可支持全双工和半双工模式，有8Kb的发送/接收数据包双端口SRAM 和用于快速数据传送的内部DMA，并且具有可编程LED输出用来显示工作状态。基站和工作站之间并不需要时刻进行数据传输，当没有需要时，主控芯片可通过SPI接口改变ENC28J60的寄存器，执行掉电命令，进入休眠模式时，它不能再发送和接受任何数据包，对ENC28J60的掉电控制可以显著的降低系统的功耗。
优选地，所述热释电模块采用D-SUNPIR人体红外感应器。D-SUNPIR具有灵敏度高、可靠性强、超低功耗，超低电压工作的特点。它采用可重复触发方式，即感应输出高电平后，如果有人体在其感应范围内活动，则会一直保持此输出状态直至感应源消失。它最远感应距离可达7米，可有效实现对基站内有人与否的监控。
优选地，所述声音模块的语音芯片为WTD588D-16。WTD588D-16是一款集单片机和语音电路于一体的可编辑语音芯片，功能多音质好功耗低，支持6K-22K采样率的音频加载。
优选地，所述切块模块中设置有多个二极管。二极管的设置可起到逆止的作用，防止有关装置之间发生反冲现象。
优选地，所述主控制器的主控芯片为STM32LI52VBT6。STM32LI52VBT6芯片工作电压1.65至3.6V，适应温度范围为-40℃至85℃，可以说对电源及使用环境有着较好的适应性，完全可以满足使用需求。此芯片在具有丰富资源、可满足使用需求的基础上，最大的特点是功耗低，在低功耗模式，工作频率32KHz时其电流消耗只有9uA，睡眠模式下只有4.4Ua，有着极低的功耗。
优选地，所述采集1模块、所述采集2模块、所述采集3模块以及所述采集4模块均配备有HFV10/25AS霍尔电压传感器和ACS712霍尔电流传感器。HFV10/25AS霍尔电压传感器初次级之间是绝缘的，可用于测量直流、交流和脉冲电压。ACS712霍尔电流传感器内置有精确的偏置的线性霍尔传感器电路，能输出与检测电流成比例的电压信号。内部传导电阻只有1.2毫欧，噪声低，具有较低的功率损耗，相应时间快，总输出误差为1.5%。
优选地，所述LIN总线的收发器为TJA1020。TJA1020收发器在LIN总线应用中起物理媒体链接的功能，作为LIN主机/从机协议控制器和LIN传输媒体之间的接口。它修整输出波形以使电磁辐射非常低，且有高抗电磁干扰性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于无线电的监控平台，其特征在于：包括主控模块、柴油模块、太阳能模块、风力模块及无线监测设备，主控模块包括主控制器、蓄电模块、与蓄电模块相连的采集1模块和切换模块，采集1模块和切换模块均与主控制器相连，蓄电模块包括蓄电1模块和蓄电2模块，蓄电1模块包括均与无线监测设备相连的蓄电池组1和蓄电池组2，蓄电2模块包括均与主控制器相连的蓄电池组3和蓄电池组4；柴油模块包括柴油发电机、与柴油发电机相连和主控制器均相连的柴油控制器、与柴油控制器和柴油发电机均相连的采集2模块；太阳能模块包括太阳能电池板、与太阳能电池板和主控制器均相连的太阳能控制器、与太阳能控制器和太阳能电池板均相连的采集3模块；风力模块包括风力发电机、与风力发电机和主控制器均相连的风力控制器、与风力控制器和风力发电机均相连的采集4模块；柴油发电机、太阳能电池板和风力发电机均通过切换模块与蓄电模块相连，柴油控制器、太阳能控制器和风力控制器均通过LIN总线与主控制器相连；主控制器还连接有以太网控制器、热释电模块、声音模块和显示模块，以太网控制器通过隔离变压器接入以太网，还包括接入以太网的工作站。
2.根据权利要求1所述的一种用于无线电的监控平台，其特征在于：所述以太网控制器的控制芯片为ENC28J60。
3.根据权利要求1所述的一种用于无线电的监控平台，其特征在于：所述热释电模块采用D-SUNPIR人体红外感应器。
4.根据权利要求1所述的一种用于无线电的监控平台，其特征在于：所述声音模块的语音芯片为WTD588D-16。
5.根据权利要求1所述的一种用于无线电的监控平台，其特征在于：所述切块模块中设置有多个二极管。
6.根据权利要求1所述的一种用于无线电的监控平台，其特征在于：所述主控制器的主控芯片为STM32LI52VBT6。
7.根据权利要求1所述的一种用于无线电的监控平台，其特征在于：所述采集1模块、所述采集2模块、所述采集3模块以及所述采集4模块均配备有HFV10/25AS霍尔电压传感器和ACS712霍尔电流传感器。
8.根据权利要求1所述的一种用于无线电的监控平台，其特征在于：所述LIN总线的收发器为TJA1020。
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