CN112584339A - 一种太阳辐照数据采集节点 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳辐照数据采集节点，包括，数据采集模块，包括ZigBee传透模块、与ZigBee传透模块电连接的辐照传感器以及主控模块；电源模块，包括控制单元、与控制单元电连接的电平转换器以及设置在电平转换器上的稳压单元；以及，充电组件，所述充电组件设置在主控模块上，通过ZigBee透传模块向外发出，然后将数据紧凑存储，利用ZigBee技术可以在数百米的范围内传输最高达250Kb/S的数据。结合低成本的嵌入式技术，可供构建稳定可靠的数据传输通道。
Description
技术领域
本发明涉及数据收集采集的技术领域，尤其涉及一种太阳辐照数据采集节点。
背景技术
对太阳辐照数据的采集在环境、林业、资源及光伏发电领域都具有十分重要的意义，通过采集到的太阳辐照数据可供对日光辐射强度、云层气象条件、太阳辐照的实时变化规律、植物光合作用效率、农业经济作物生长情况、森林植被覆盖性态情况及光伏发电效率等进行有针对性的分析。但是由于条件所限，部分太阳辐照监测位置难以使用有线传输方式布设监测节点。例如在林业领域需要测量乔木冠层顶部的日光实时辐照值时，就难以布设专用的数据传输线用以连接监测节点与上位机。使用有线数据线传输数据的传输距离受线长限制、传输线成本较高、系统维护较为繁琐。此外由于辐照传感器的成本相对较高，在测量时常采用测试时布设、测试结束后取回的安装方式。传统的有线数据传输方式对监测节点的快速布设与拆除也造成了一定的困难。由于太阳辐照传感器通常需要安置在户外环境下，难免受到雨雪风霜等环境因素的影响，节点易于被外界因素损坏。这也要求节点的成本要控制在合理的范围内，且要架构简单易于维护。
随着无线通信技术与嵌入式技术的发展，无线传感网络技术日益成熟。近年来，采用ZigBee规范的无线传感器组网技术得到的较快的发展。Zigbee是基于IEEE802.15.4无线传输标准的低功耗个域网(PAN)协议。ZigBee技术的优点体现在组网简单、性能可靠、能耗较低、成本低廉、安全可靠性高、网络容纳节点数量多及可扩展性好。ZigBee技术已经在工业、金融、物流、气象、医疗、矿业与智能家居领域都得到了应用。现已有多家国内外厂商生产了基于ZigBee协议的商用数据模块，部分模块可实现透明传输。用户仅需通过RS-232、SPI或I 2C等数据总线对模块进行简单的读写操作，就可实现数据的传输。这大大方便了对ZigBee技术的使用。利用ZigBee技术可以在数百米的范围内传输最高达250Kb/S的数据。结合低成本的嵌入式技术，可供构建稳定可靠的数据传输通道。太阳辐照受太阳辐射、大气情况及云层变化等因素影响，其变化速度远低于ZigBee的数据传输速率及常见单片机的采样速率。所以采用ZigBee与单片机结合的技术方案可以有效地对太阳辐照数据进行采集与传输。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有太阳辐照数据采集节点及建立方法存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明目的是提供一种太阳辐照数据采集节点及建立方法。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种太阳辐照数据采集节点，包括，数据采集模块，包括ZigBee传透模块、与ZigBee传透模块电连接的辐照传感器以及主控模块；电源模块，包括控制单元、与控制单元电连接的电平转换器以及设置在电平转换器上的稳压单元；以及，充电组件，所述充电组件设置在主控模块上。
作为本发明所述太阳辐照数据采集节点及建立方法的一种优选方案，其中：所述稳压单元包括第一稳压器、第二稳压器以及第三稳压器，所述第三稳压器端头处连接有电源输入口。
作为本发明所述太阳辐照数据采集节点及建立方法的一种优选方案，其中：所述第三稳压器包括3.3V稳压器、-5V稳压器以及升压件，所述电源输入口均与3.3V稳压器、-5V稳压器和升压件电连接。
作为本发明所述太阳辐照数据采集节点及建立方法的一种优选方案，其中：所述数据采集模块还包括收集部件，所述收集部件包括设置在ZigBee传透模块上的收集板、设置在收集板上的电压检测板以及设置在电压检测板上的震动件，其中，所述震动件上向外连出有显示屏。
作为本发明所述太阳辐照数据采集节点及建立方法的一种优选方案，其中：所述收集板后端伸出与第一稳压器电连接的第一接口、与第二稳压器电连的第二接口以及与第三稳压器电连接的第三接口，其中，所述电压检测板向外伸出。
作为本发明所述太阳辐照数据采集节点及建立方法的一种优选方案，其中：所述震动件包括设置在电压检测板上的若干震动弦、设置在电压检测板前端的卡块以及设置在电压检测块后端的调整筒，所述调整筒与震动弦后端相连，所述震动弦后端伸出调整筒后分别与第一接口、第二接口或第三接口抵接。
作为本发明所述太阳辐照数据采集节点及建立方法的一种优选方案，其中：所述电压检测块前端固定有控制块，所述控制块上转动连接有若干与震动弦相连的连接杆，所述控制块上设有调整部件。
作为本发明所述太阳辐照数据采集节点及建立方法的一种优选方案，其中：所述调整部件包括与连接杆下端固定的涡轮、转动连接在控制块下端沿与涡轮啮合的蜗杆以及向外伸出的控制旋钮。
作为本发明所述太阳辐照数据采集节点及建立方法的一种优选方案，其中：所述控制块上夹有夹板，所述夹板内侧贴合有橡胶垫，所述橡胶垫上贴合有震动感受器，所述夹板上也设有显示屏，所述显示屏内设有用于检测震动频率的震动感受器。
本发明的有益效果：在使用之前预先配置赋予一个唯一的节点号，然后使用者根据辐照传感器的供电电压，利用稳压单元调整需要特定的电压要求，然后当ZigBee传透模块接收到数据包之后，单片机检测到串行的启动位之后进入到相应的处理程序，控制的程序包括采样的模式、采样的次数以及每次采样的间隔以及触发的信息，然后节点依据之前接受到控制信息设定采样模式，开始对辐照传感器的输出电压进行读取，并通过ZigBee透传模块向外发出，然后将数据紧凑存储，利用ZigBee技术可以在数百米的范围内传输最高达250Kb/S的数据。结合低成本的嵌入式技术，可供构建稳定可靠的数据传输通道。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明太阳辐照数据采集节点及建立方法的逻辑结构示意图。
图2为本发明太阳辐照数据采集节点及建立方法所述的整体结构示意图。
图3为本发明太阳辐照数据采集节点及建立方法所述的图2中A部分结构放大示意图。
图4为本发明太阳辐照数据采集节点及建立方法所述的调整部件内部结构爆炸示意图。
图5为本发明太阳辐照数据采集节点及建立方法所述的震动转化部件结构示意图。
图6为本发明太阳辐照数据采集节点及建立方法所述的夹板以及上方的显示屏结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例1
参照图1，一种太阳辐照数据采集节点，包括，数据采集模块100，包括ZigBee传透模块101、与ZigBee传透模块101电连接的辐照传感器102以及主控模块103；电源模块200，包括控制单元201、与控制单元201电连接的电平转换器202以及设置在电平转换器202上的稳压单元203；以及，充电组件，充电组件设置在主控模块103上，稳压单元203包括第一稳压器203a、第二稳压器203b以及第三稳压器203c，第三稳压器203c端头处连接有电源输入口，第三稳压器203c包括3.3V稳压器、-5V稳压器以及升压件，电源输入口均与3.3V稳压器、-5V稳压器和升压件电连接。
具体的，本发明包括数据采集模块100，数据采集模块100作为对太阳辐照数据进行采集的模块部分，在本实施例中，数据采集模块100包括ZigBee传透模块101，ZigBee传透模块101采用商用的ZigBee模块作为数据的主要传输模块，并且直接电连接有辐照传感器102，辐照传感器102和ZigBee传透模块101共同配合将太阳辐照数据进行收集和分析，然后在ZigBee传透模块101上还设有主控模块103，在本实施例中，主控模块103主要包括单片机和电路单元，单片机是整个数据采集模块100的核心，用来负责通信、数据采集和供电的检测，并且采用内部高集成的A/D通信模块的单片机，并且使用PIC16F90型号的单片机，此种单片机耗能低，并且运算速率高，并且能将从ZigBee传透模块101上传输过来的信号进行分析。
进一步的，本发明主体还包括电源组件，电源组件主要的功能是用来进行供电，在本实施例中，电源组件包括控制单元201，控制单元201为CPLD选用Altera公司EPM570F100I5N型号，然后还包括与控制单元201电连接的电平转换器202，在本实施例中，电平转换器202选用八七一厂的54LVC4245型电平转换器202，然后在电平转换器202上还设置有稳压单元203，稳压单元203配合电平转换器202，进行电源的稳压操作，同时稳压单元203与控制单元201电连。
进一步的，在本实施例中，稳压单元203包括第一稳压器203a，还有与第一稳压器203a并行设置的第二稳压器203b，同时还包括第三稳压器203c，第一稳压器203a用于将+6V经过稳压器稳压到+5V然后给晶振供电，第二稳压器203b则将+6V经过电源开关后再稳压到+5V给除去晶振外的其他电路供电，在本实施例中，第三稳压器203c包括3.3V稳压器、-5V稳压器以及升压件，其中3.3V稳压器是将+5V稳压到+3.3V给CPLD供电；-5V稳压器是降-6V稳压到-5V；升压件是将+6V经过升压电源模块200升压至+12V提供给跳频源。
操作过程：在使用之前预先配置赋予一个唯一的节点号，然后使用者根据辐照传感器102的供电电压，利用稳压单元203调整需要特定的电压要求，然后当ZigBee传透模块101接收到数据包之后，单片机检测到串行的启动位之后进入到相应的处理程序，控制的程序包括采样的模式、采样的次数以及每次采样的间隔以及触发的信息，然后节点依据之前接受到控制信息设定采样模式，开始对辐照传感器102的输出电压进行读取，并通过ZigBee透传模块向外发出，然后将数据紧凑存储。
实施例2
参照图2-6，该实施例不同于第一个实施例的是：数据采集模块100还包括收集部件300，收集部件300包括设置在ZigBee传透模块101上的收集板301、设置在收集板301上的电压检测板302以及设置在电压检测板302上的震动件303，其中，震动件303上向外连出有显示屏507，收集板301后端伸出与第一稳压器203a电连接的第一接口305、与第二稳压器203b电连的第二接口306以及与第三稳压器203c电连接的第三接口307，其中，电压检测板302向外伸出，震动件303包括设置在电压检测板302上的若干震动弦400、设置在电压检测板302前端的卡块401以及设置在电压检测块后端的调整筒402，调整筒402与震动弦400后端相连，震动弦400后端伸出调整筒402后分别与第一接口305、第二接口306或第三接口307抵接，电压检测块前端固定有控制块405，控制块405上转动连接有若干与震动弦400相连的连接杆406，控制块405上设有调整部件500，调整部件500包括与连接杆406下端固定的涡轮501、转动连接在控制块405下端沿与涡轮501啮合的蜗杆502以及向外伸出的控制旋钮503，控制块405上夹有夹板504，夹板504内侧贴合有橡胶垫505，橡胶垫505上贴合有震动感受器506，夹板504上也设有显示屏507，显示屏507内设有用于检测震动频率的震动感受器506。
具体的，在本实施例中，数据采集模块100还包括收集部件300，在本实施例中，收集模块包括设置在ZigBee传透模块101上的收集板301，收集板301的材质为铜铝合金，收集板301直接焊接，收集板301后端伸出与第一稳压器203a电连接的第一接口305、与第二稳压器203b电连的第二接口306以及与第三稳压器203c电连接的第三接口307，并且在收集板301的上表面还设置有电压检测板302，电压检测板302则是用于检测当前第一稳压器203a、第二稳压器203b和第三稳压器203c是否处于正常工作状态，同时为了实现检测，在电压检测板302上设有震动件303。
在本实施例中，震动件303包括设置在电压检测板302上的若干根震动弦400，震动弦400沿电压检测板302的直线方向设置，并且在本实施例中，分别对应第一稳压器203a、第二稳压器203b以及第三稳压器203c，并且三根震动弦400的粗细并不同，对应第一稳压器203a的震动弦400直径为1.65mm，对应第二稳压器203b的震动弦400直径为2.03mm，对应第三稳压器203c的震动弦400的直径为2.54mm，进而每根弦的震动频率不一样，以便在后期进行检测时，能够区分开，然后在每个震动弦400的后端都还固定有调整筒402，调整筒402形状为圆筒形，沿着电压检测板302的长度方向设置，然后在调整筒402的后端还伸出引脚404c，在第一稳压器203a、第二稳压器203b和第三稳压器203c上开设有与引脚404c配合的插孔，从稳压单元203流经的电流可以通过引脚404c到达调整筒402上，并且在调整筒402上还设有配合震动件404。
在本实施例中，配合震动件404包括设置在调整筒402上的转动板404b，转动板404b向外伸出调整筒402后与震动弦400抵接，并且在转动板404b的上端还固定有转动筒404a，转动筒404a的转动平面垂直于电压检测板302的上表面设置，然后在转动筒404a上设置有步进电机403，步进电机403控制转动筒404a的旋转，并且步进电机403与引脚404c的末端相连，进而能通过从引脚404c穿出的电流进行驱动，带动转动板404b的转动然后拨动震动弦400。
进一步的，在电压检测板302的前端还固定有控制块405，控制块405上设有将震动弦400的端头进行卡住的带有若干凹槽的凹槽块，然后在控制块405上还设有夹板504，夹板504包括第一夹边和与第一夹板504后端铰接的第二夹边，第一夹板504的前端内侧贴有橡胶垫505，橡胶垫505形状为圆盘形，然后在第二夹板504的内侧同样设有橡胶垫505，但设置在第二夹板504上的橡胶垫505形状为圆筒形，橡胶垫505的圆筒的长度方向垂直于电压检测板302的长度方向，并且对应圆盘形的橡胶垫505，圆盘形的橡胶垫505则使得夹板504在夹持时能够更加稳定。
同时在夹板504上端还设置有显示屏507，显示屏507内部设置有信号接收器，从信号接收器接收出的信号可以通过显示屏507显示，然后为了使得信号接收器接收信号，并且每根震动弦400的固定的震动频率都还被设定固定的名称，进而可以在显示屏507中显示，在电压检测板302上设置有震动转化部件600，在本实施例中，震动转化部件600包括开设在电压检测板302上的卡槽601，在卡槽601内固定有接收块602，接收块602的材质为塑料，并且接收块602的上端向外伸出，伸出的一侧面上对应每个震动弦400的位置都固定有电磁铁604，进而可以使得每个震动弦400都获磁，并且在接收块602外缠绕设置有铜线603，铜线603两端向外连接至信号接收器，进而在震动弦400震动时，会切割每个电磁铁604的磁场，然后产生感应电流，感应电流就流入到信号接收器内，信号接收器接收到信号后将信号输出，并且在输出时，会根据每根震动弦400的自身固有的震动频率以及不同的弦的震动的频率所产生的电流的不一致来判断是哪一根震动弦400发生了震动，进而就可以得知哪一个接口发生漏电。
同时在控制块405的端头位置还设置有供震动弦400连接的连接杆406，连接杆406垂直于控制块405的上表面设置，并且连接杆406可以转动，转动平面平行电压检测板302表面，因为震动弦400的端头是先固定在连接杆406上然后发生缠绕，使得震动弦400始终保持拉直紧绷状态，进而容易使得将电压检测板302拉弯，并且会影响震动弦400的紧绷状态，然后在控制块405上设有调整部件500，在本实施例中，调整部件500包括与连接杆406下端固定的涡轮501，然后在控制块405下端还转动连接有蜗杆502，蜗杆502与涡轮501啮合，并且蜗杆502向外伸出的一端还固定有控制旋钮503，控制旋钮503可以带动蜗杆502的旋转，然后带动涡轮501的转动，进而使得连接杆406旋转，进而可以带动震动弦400的端头的缠绕，就可以实现对震动弦400的松紧度的调整，以达到最优松紧度。
其余结构均与实施例1相同。
操作过程：在第一稳压器203a或第二稳压器203b或第三稳压器203c发生漏电事故时，漏的电会经过引脚404c进入到调整筒402，然后会激活步进电机403，步进电机403驱动转动筒404a的转动，然后带动转动板404b拨动震动弦400，使得震动弦400发生震动，然后震动弦400震动后会切割由电磁铁604产生的磁场，然后产生感应电流，感应电流通过铜线603流入到显示屏507内的信号接收器内，信号接收器将信号进行分析，然后将属于这根产生震动的震动弦400所设定的名称通过显示屏507送出，通知操作者。
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种太阳辐照数据采集节点，其特征在于：包括，
数据采集模块(100)，包括ZigBee传透模块(101)、与ZigBee传透模块(101)电连接的辐照传感器(102)以及主控模块(103)；
电源模块(200)，包括控制单元(201)、与控制单元(201)电连接的电平转换器(202)以及设置在电平转换器(202)上的稳压单元(203)；以及，
充电组件，所述充电组件设置在主控模块(103)上。
2.如权利要求1所述的太阳辐照数据采集节点，其特征在于：所述稳压单元(203)包括第一稳压器(203a)、第二稳压器(203b)以及第三稳压器(203c)，所述第三稳压器(203c)端头处连接有电源输入口。
3.如权利要求1所述的太阳辐照数据采集节点，其特征在于：所述第三稳压器(203c)包括3.3V稳压器、-5V稳压器以及升压件，所述电源输入口均与3.3V稳压器、-5V稳压器和升压件电连接。
4.如权利要求1所述的太阳辐照数据采集节点，其特征在于：所述数据采集模块(100)还包括收集部件(300)，所述收集部件(300)包括设置在ZigBee传透模块(101)上的收集板(301)、设置在收集板(301)上的电压检测板(302)以及设置在电压检测板(302)上的震动件(303)，
其中，所述震动件(303)上向外连出有显示屏(507)。
5.如权利要求4所述的太阳辐照数据采集节点，其特征在于：所述收集板(301)后端伸出与第一稳压器(203a)电连接的第一接口(305)、与第二稳压器(203b)电连的第二接口(306)以及与第三稳压器(203c)电连接的第三接口(307)，
其中，所述电压检测板(302)向外伸出。
6.如权利要求4或5所述的太阳辐照数据采集节点，其特征在于：所述震动件(303)包括设置在电压检测板(302)上的若干震动弦(400)、设置在电压检测板(302)前端的卡块(401)以及设置在电压检测块后端的调整筒(402)，
所述调整筒(402)与震动弦(400)后端相连，所述调整筒(402)上设有步进电机(403)，所述调整筒(402)上设有配合震动件(404)，所述配合震动件(404)包括与步进电机(403)相连的转动筒(404a)、设置在转动筒(404a)上的转动板(404b)以及从调整筒(402)后端伸出且分别插入到第一接口(305)、第二接口(306)和第三接口(307)内的引脚(404c)。
7.如权利要求6所述的太阳辐照数据采集节点，其特征在于：所述电压检测块前端固定有控制块(405)，所述控制块(405)上转动连接有若干与震动弦(400)相连的连接杆(406)，所述控制块(405)上设有调整部件(500)。
8.如权利要求7所述的太阳辐照数据采集节点，其特征在于：所述调整部件(500)包括与连接杆(406)下端固定的涡轮(501)、转动连接在控制块(405)下端沿与涡轮(501)啮合的蜗杆(502)以及向外伸出的控制旋钮(503)。
9.如权利要求8所述的太阳辐照数据采集节点，其特征在于：所述控制块(405)上夹有夹板(504)，所述夹板(504)内侧贴合有橡胶垫(505)，所述夹板(504)上也设有显示屏(507)，所述显示屏(507)内设有用于检测震动频率的震动感受器(506)，
其中，所述电压检测板(302)上设有震动转化部件(600)，所述震动转化部件(600)包括开设在电压检测板(302)上的卡槽(601)、固定在卡槽(601)内的接收块(602)以及缠绕设置在接收块(602)外的铜线(603)，所述接收块(602)上表面对应每个震动弦(400)的位置设有电磁铁(604)。
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