CN116104389A - 一种光伏百叶窗控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光伏百叶窗控制系统，涉及光伏百叶窗技术领域，包括百叶窗控制器、数据监控平台、终端设备，其中：百叶窗控制器采集光伏百叶窗的实时数据并上传至数据监控平台；数据监控平台以树莓派为载体，树莓派通过物联网操作系统内置服务接收上传数据并进一步传送至数据监控平台，数据监控平台对数据进行分析处理后进行本地存储及可视化显示；终端设备一方面通过访问树莓派的内置服务查看百叶窗控制器采集的实时数据，另一方面通过部署的应用软件控制百叶窗控制器，实现叶片旋转和窗帘升降；百叶窗控制器、树莓派、终端设备通过Wifi连接到同一路由下。本发明可以实现数据的本地存储及可视化显示，还可以实现光伏百叶窗叶片的自动追光。

Description

一种光伏百叶窗控制系统

技术领域

本发明涉及光伏百叶窗技术领域，具体的说是一种光伏百叶窗控制系统。

背景技术

随着能源危机与环境问题日渐凸显，新能源技术的优势越来越明显。近年来我国出台各种环保政策，减少碳排放，标志着我国越来越重视环保问题。近年来光伏发电技术发展迅速，太阳能作为天然的免费“能源”已逐渐应用于各种领域。现如今市场上逐渐出现了光伏移动冷库、光伏座椅、光伏垃圾桶、光伏共享充电宝等产品的雏形，但是产品都不是很成熟。随着物联网的发展和人工智能设备的普及，智能家居受到众多年轻人的喜爱。乌克兰的SolarGaps公司推出了光伏百叶窗产品，实现百叶窗遮光与光伏发电的结合，通过叶片表面搭载的柔性光伏组件面板和各种感应装置，实现叶片的光伏发电和窗帘的远程遥控。此设备有效的利用了太阳能并实现能源的二次利用，具有重要的研究价值。目前国内暂无较为成熟的光伏窗帘等系列的产品。传统的百叶窗具备美观和遮光的效果，而贴有光伏组件的光伏百叶窗可以将光能转化为电能，实现了对光伏百叶窗发电和遮光的有效结合。

发明内容

本发明针对目前技术发展的需求和不足之处，提供一种光伏百叶窗控制系统。

本发明的一种光伏百叶窗控制系统，解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种光伏百叶窗控制系统，包括百叶窗控制器、数据监控平台、终端设备，其中：

百叶窗控制器通过MCU的数据采集功能采集光伏百叶窗的实时数据，通过MCU的无线通讯功能将采集数据上传至数据监控平台；

数据监控平台以树莓派为载体，树莓派通过物联网操作系统内置服务接收百叶窗控制器的上传数据并进一步传送至数据监控平台，数据监控平台对数据进行分析处理后进行本地存储及可视化显示；

终端设备上部署有控制光伏百叶窗升降及叶片旋转的应用软件，终端设备一方面通过访问树莓派的内置服务查看百叶窗控制器采集的实时数据，另一方面通过应用软件控制百叶窗控制器，进而根据百叶窗控制器采集的实时数据控制光伏百叶窗升降和叶片旋转；

上述百叶窗控制器、树莓派、终端设备通过Wifi连接到同一路由下。

可选的，所涉及百叶窗控制器包括MCU、温湿度传感模块、光敏传感模块、电机驱动模块、光伏数据采集模块、按键模块、电源模块以及时钟模块，其中：

温湿度传感模块用于检测光伏百叶窗所处环境的温湿度数据，

光敏传感模块用于检测光伏百叶窗叶片表面的光照强度值，

电机驱动模块与MCU通过串口连接，用于驱动双轴电机转动，控制光伏百叶窗的升降和叶片旋转，

光伏数据采集模块用于采集光伏百叶窗的实时发电量以及功率；

按键模块在短按时用作百叶窗控制器的启闭开关，在长按时用作清除百叶窗控制器的配网信息，对百叶窗控制器重新配网；

MCU采集上述温湿度数据、光照强度值、光伏百叶窗的实时发电量以及功率，并上传至数据监控平台。

进一步可选的，所涉及百叶窗控制器还包括语音模块，用户通过语音唤醒关键词语音模块，控制光伏百叶窗的升降。

进一步可选的，所涉及百叶窗控制器的MCU将采集数据通过MQTT协议上传至树莓派，终端设备访问树莓派即可实现数据的可视化监控。

进一步可选的，用户通过应用软件控制百叶窗控制器，控制内容如下：

用户通过应用软件给百叶窗控制器配网，使百叶窗控制器连接到本地网络中；

配网成功后，在应用软件中选择百叶窗控制器的工作模式：手动模式/自动模式，其中默认百叶窗控制器在自动模式下工作，

手动模式下，用户通过应用软件控制百叶窗控制器，实现光伏百叶窗的升降和叶片旋转，

自动模式下，百叶窗控制器根据MCU的采集数据自动控制电机驱动模块，实现光伏百叶窗的自动升降和叶片旋转；

选择模式后，百叶窗控制器通过MCU开始周期的将采集数据上传至树莓派。

进一步可选的，在应用软件的控制下，所述百叶窗控制器的具体工作流程如下：

步骤1)、上电进行各种接口以及模块的初始化，进入步骤2)；

步骤2)、检测MCU的flash中是否有配网信息，若无配网信息，则等待配网，若有配网信息，则连接wifi，进入步骤3)；

步骤3)、在终端设备上通过应用软件选择工作模式，手动模式下需用户通过应用软件手动调整光伏百叶窗的升降高度及叶片开合角度，自动模式下百叶窗控制器会根据不同时间的光照强度自动调节光伏百叶窗的升降高度及叶片开合角度，进入步骤4)；

步骤4)、百叶窗控制器的MCU采集温湿度数据、光照强度值、光伏百叶窗的实时发电量以及功率，随后通过MQTT协议上传至树莓派的数据监控平台，进入步骤5)；

步骤5)、语音模块检测是否有语音唤醒关键词，若检测到语音唤醒关键词，则根据关键词进行百叶窗的开关或者升降控制，若未检测到语音唤醒关键词，则进入步骤6)；

步骤6)、按键模块检测是否存在长按按键的状态，若长按按键则清除MCU中flash配网信息，百叶窗控制器进入重新配网模式，跳到步骤2)，若检测到短按按键则关闭百叶窗控制器，若未检测到按键信息，则跳到步骤4)进入循环。

进一步可选的，所涉及光伏百叶窗的叶片旋转范围为0-180°；

在手动模式/自动模式下，百叶窗控制器通过电机驱动模块驱动双轴电机转动，使光伏百叶窗的叶片每次旋转10°。

进一步可选的，在自动模式下，百叶窗控制器的MCU通过电机驱动模块驱动双轴电机转动，使光伏百叶窗的叶片每次旋转10°并停留设定时间，这一过程中，MCU采集光照强度值并排序，随后通过电机驱动模块驱动双轴电机转动，使光伏百叶窗的叶片旋转至最大光照强度值对应的旋转角度；

每间隔一小时，百叶窗控制器的MCU通过电机驱动模块驱动双轴电机转动，使光伏百叶窗的叶片继续旋转10°并停留设定时间。

可选的，所涉及树莓派作为本地服务器，用于接入多个物联网设备；

所述终端设备通过访问树莓派的内置服务查看多个物联网设备的实时数据，进而通过物联网设备对应的应用软件进行物联网设备的控制。

本发明的一种光伏百叶窗控制系统，与现有技术相比具有的有益效果是：

(1)本发明通过MCU采集光伏百叶窗的温湿度数据、光照强度值、实时发电量以及功率，并上传至以树莓派为载体的数据监控平台，实现数据的本地存储及可视化显示，通过部署于终端设备的应用软件控制百叶窗控制器，实现光伏百叶窗的升降和叶片旋转，进而实现光伏百叶窗叶片的自动追光，保证光伏发电系统获得最大的发电效率；

(2)本发明中的树莓派作为本地服务器可以接入多个智能家居设备，数据存储在本地服务器即可实现数据的监控而不必上传至云端，可以有效保证智能家居设备数据的安全性；

(3)本发明通过MCU的数据采集和计算功能控制光伏百叶窗叶片跟随不同时间段的最佳光照角度旋转到相应的位置，完成了光伏百叶窗叶片对太阳的自动追光功能，既提高了智能家居的自动化水平，又实现了室内遮阳和光伏发电的二次利用，有效利用了太阳能发电设备，低碳环保，具有经济、高效的特点，在如今大力发展新能源以及智能家居普及的今天，具有较大的市场和发展前景。

附图说明

附图1是本发明中百叶窗控制器的模块连接图；

附图2是本发明中百叶窗控制器、树莓派、终端设备的通信连接示意图；

附图3是本发明中通过应用软件控制百叶窗控制器的运行流程图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案、解决的技术问题和技术效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例一：

结合附图1、2，本实施例提出一种光伏百叶窗控制系统，包括百叶窗控制器、数据监控平台、终端设备，其中：

百叶窗控制器通过MCU的数据采集功能采集光伏百叶窗的实时数据，通过MCU的无线通讯功能将采集数据上传至数据监控平台；

数据监控平台以树莓派为载体，树莓派作为本地服务器，树莓派通过物联网操作系统内置服务接收百叶窗控制器的上传数据并进一步传送至数据监控平台，数据监控平台对数据进行分析处理后进行本地存储及可视化显示；

终端设备上部署有控制光伏百叶窗升降及叶片旋转的应用软件，终端设备一方面通过访问树莓派的内置服务查看百叶窗控制器采集的实时数据，另一方面通过应用软件控制百叶窗控制器，进而根据百叶窗控制器采集的实时数据控制光伏百叶窗升降和叶片旋转；

上述百叶窗控制器、树莓派、终端设备通过Wifi连接到同一路由下。

本实施例中，树莓派作为本地服务器，可以接入多个物联网设备；终端设备通过访问树莓派的内置服务查看多个物联网设备的实时数据，进而通过物联网设备对应的应用软件进行物联网设备的控制。

本实施例中，百叶窗控制器包括MCU、温湿度传感模块、光敏传感模块、红外感应模块、电机驱动模块、光伏数据采集模块、语音模块、按键模块、电源模块以及时钟模块，其中：

温湿度传感模块用于检测光伏百叶窗所处环境的温湿度数据；

光敏传感模块用于检测光伏百叶窗叶片表面的光照强度值；

红外感应模块用于检测是否有物体靠近光伏百叶窗；

电机驱动模块与MCU通过串口连接，用于驱动双轴电机转动，控制光伏百叶窗的升降和叶片旋转；

光伏数据采集模块用于采集光伏百叶窗的实时发电量以及功率；

语音模块，用户通过语音唤醒关键词语音模块，控制光伏百叶窗的升降；

按键模块在短按时用作百叶窗控制器的启闭开关，在长按时用作清除百叶窗控制器的配网信息，对百叶窗控制器重新配网；

MCU采集上述温湿度数据、光照强度值、光伏百叶窗的实时发电量以及功率，并通过MQTT协议上传至数据监控平台，终端设备访问树莓派即可实现数据的可视化监控。

本实施例中，用户通过应用软件控制百叶窗控制器，控制内容如下：

用户通过应用软件给百叶窗控制器配网，使百叶窗控制器连接到本地网络中；

配网成功后，在应用软件中选择百叶窗控制器的工作模式：手动模式/自动模式，其中默认百叶窗控制器在自动模式下工作，

手动模式下，用户通过应用软件控制百叶窗控制器，实现光伏百叶窗的升降和叶片旋转，

自动模式下，百叶窗控制器根据MCU的采集数据自动控制电机驱动模块，实现光伏百叶窗的自动升降和叶片旋转；

选择模式后，百叶窗控制器通过MCU开始周期的将采集数据上传至树莓派。

结合附图3，在应用软件的控制下，百叶窗控制器的具体工作流程如下：

步骤1)、上电进行各种接口以及模块的初始化，进入步骤2)；

步骤2)、检测MCU的flash中是否有配网信息，若无配网信息，则等待配网，若有配网信息，则连接wifi，进入步骤3)；

步骤3)、在终端设备上通过应用软件选择工作模式，手动模式下需用户通过应用软件手动调整光伏百叶窗的升降高度及叶片开合角度，自动模式下百叶窗控制器会根据不同时间的光照强度自动调节光伏百叶窗的升降高度及叶片开合角度，进入步骤4)；

步骤4)、百叶窗控制器的MCU采集温湿度数据、光照强度值、光伏百叶窗的实时发电量以及功率，随后通过MQTT协议上传至树莓派的数据监控平台，进入步骤5)；

步骤5)、语音模块检测是否有语音唤醒关键词，若检测到语音唤醒关键词，则根据关键词进行百叶窗的开关或者升降控制，若未检测到语音唤醒关键词，则进入步骤6)；

步骤6)、红外感应模块检测是否有物体靠近光伏百叶窗，在有物体靠近时，进行提示；按键模块检测是否存在长按按键的状态，若长按按键则清除MCU中flash配网信息，百叶窗控制器进入重新配网模式，跳到步骤2)，若检测到短按按键则关闭百叶窗控制器，若未检测到按键信息，则跳到步骤4)进入循环。

需要说明的是：光伏百叶窗的叶片旋转范围为0-180°。在手动模式/自动模式下，百叶窗控制器通过电机驱动模块驱动双轴电机转动，使光伏百叶窗的叶片每次旋转10°。

需要补充的是：在自动模式下，百叶窗控制器的MCU通过电机驱动模块驱动双轴电机转动，使光伏百叶窗的叶片每次旋转10°并停留设定时间，如停留1分钟，这一过程中，首先通过时钟模块确定当前时间，随后使光伏百叶窗的叶片每次旋转10°并停留设定时间，通过MCU采集光照强度值并排序，再次确定最大光照强度值，并通过电机驱动模块驱动双轴电机转动，使光伏百叶窗的叶片旋转至最大光照强度值对应的旋转角度。设定每间隔一小时，百叶窗控制器的MCU通过电机驱动模块驱动双轴电机转动，使光伏百叶窗的叶片继续旋转10°并停留设定时间，重复前述过程，以使光伏百叶窗的叶片再次至最大光照强度值对应的旋转角度。

综上可知，采用本发明的一种光伏百叶窗控制系统，可以实现数据的本地存储及可视化显示，还可以实现光伏百叶窗的升降和叶片旋转，进而实现光伏百叶窗叶片的自动追光，保证光伏发电系统获得最大的发电效率。

以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了详细阐述，这些实施例只是用于帮助理解本发明的核心技术内容。基于本发明的上述具体实施例，本技术领域的技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对本发明所作出的任何改进和修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种光伏百叶窗控制系统，其特征在于,包括百叶窗控制器、数据监控平台、终端设备，其中：

百叶窗控制器通过MCU的数据采集功能采集光伏百叶窗的实时数据，通过MCU的无线通讯功能将采集数据上传至数据监控平台；

数据监控平台以树莓派为载体，树莓派通过物联网操作系统内置服务接收百叶窗控制器的上传数据并进一步传送至数据监控平台，数据监控平台对数据进行分析处理后进行本地存储及可视化显示；

终端设备上部署有控制光伏百叶窗升降及叶片旋转的应用软件，终端设备一方面通过访问树莓派的内置服务查看百叶窗控制器采集的实时数据，另一方面通过应用软件控制百叶窗控制器，进而根据百叶窗控制器采集的实时数据控制光伏百叶窗升降和叶片旋转；

上述百叶窗控制器、树莓派、终端设备通过Wifi连接到同一路由下。

2.根据权利要求1所述的一种光伏百叶窗控制系统，其特征在于，所述百叶窗控制器包括MCU、温湿度传感模块、光敏传感模块、电机驱动模块、光伏数据采集模块、按键模块、电源模块以及时钟模块，其中：

温湿度传感模块用于检测光伏百叶窗所处环境的温湿度数据，

光敏传感模块用于检测光伏百叶窗叶片表面的光照强度值，

电机驱动模块与MCU通过串口连接，用于驱动双轴电机转动，控制光伏百叶窗的升降和叶片旋转，

光伏数据采集模块用于采集光伏百叶窗的实时发电量以及功率；

按键模块在短按时用作百叶窗控制器的启闭开关，在长按时用作清除百叶窗控制器的配网信息，对百叶窗控制器重新配网；

MCU采集上述温湿度数据、光照强度值、光伏百叶窗的实时发电量以及功率，并上传至数据监控平台。

3.根据权利要求2所述的一种光伏百叶窗控制系统，其特征在于，所述百叶窗控制器还包括语音模块，用户通过语音唤醒关键词语音模块，控制光伏百叶窗的升降。

4.根据权利要求3所述的一种光伏百叶窗控制系统，其特征在于，所述百叶窗控制器的MCU将采集数据通过MQTT协议上传至树莓派，终端设备访问树莓派即可实现数据的可视化监控。

5.根据权利要求4所述的一种光伏百叶窗控制系统，其特征在于，用户通过应用软件控制百叶窗控制器，控制内容如下：

用户通过应用软件给百叶窗控制器配网，使百叶窗控制器连接到本地网络中；

配网成功后，在应用软件中选择百叶窗控制器的工作模式：手动模式/自动模式，其中默认百叶窗控制器在自动模式下工作，

手动模式下，用户通过应用软件控制百叶窗控制器，实现光伏百叶窗的升降和叶片旋转，

自动模式下，百叶窗控制器根据MCU的采集数据自动控制电机驱动模块，实现光伏百叶窗的自动升降和叶片旋转；

选择模式后，百叶窗控制器通过MCU开始周期的将采集数据上传至树莓派。

6.根据权利要求5所述的一种光伏百叶窗控制系统，其特征在于，在应用软件的控制下，所述百叶窗控制器的具体工作流程如下：

步骤1)、上电进行各种接口以及模块的初始化，进入步骤2)；

步骤2)、检测MCU的flash中是否有配网信息，若无配网信息，则等待配网，若有配网信息，则连接wifi，进入步骤3)；

步骤3)、在终端设备上通过应用软件选择工作模式，手动模式下需用户通过应用软件手动调整光伏百叶窗的升降高度及叶片开合角度，自动模式下百叶窗控制器会根据不同时间的光照强度自动调节光伏百叶窗的升降高度及叶片开合角度，进入步骤4)；

步骤4)、百叶窗控制器的MCU采集温湿度数据、光照强度值、光伏百叶窗的实时发电量以及功率，随后通过MQTT协议上传至树莓派的数据监控平台，进入步骤5)；

步骤5)、语音模块检测是否有语音唤醒关键词，若检测到语音唤醒关键词，则根据关键词进行百叶窗的开关或者升降控制，若未检测到语音唤醒关键词，则进入步骤6)；

步骤6)、按键模块检测是否存在长按按键的状态，若长按按键则清除MCU中flash配网信息，百叶窗控制器进入重新配网模式，跳到步骤2)，若检测到短按按键则关闭百叶窗控制器，若未检测到按键信息，则跳到步骤4)进入循环。

7.根据权利要求6所述的一种光伏百叶窗控制系统，其特征在于，所述光伏百叶窗的叶片旋转范围为0-180°；在手动模式/自动模式下，百叶窗控制器通过电机驱动模块驱动双轴电机转动，使光伏百叶窗的叶片每次旋转10°。

8.根据权利要求6所述的一种光伏百叶窗控制系统，其特征在于，在自动模式下，百叶窗控制器的MCU通过电机驱动模块驱动双轴电机转动，使光伏百叶窗的叶片每次旋转10°并停留设定时间，这一过程中，MCU采集光照强度值并排序，随后通过电机驱动模块驱动双轴电机转动，使光伏百叶窗的叶片旋转至最大光照强度值对应的旋转角度；

每间隔一小时，百叶窗控制器的MCU通过电机驱动模块驱动双轴电机转动，使光伏百叶窗的叶片继续旋转10°并停留设定时间。

9.根据权利要求1所述的一种光伏百叶窗控制系统，其特征在于，所述树莓派作为本地服务器，用于接入多个物联网设备；

所述终端设备通过访问树莓派的内置服务查看多个物联网设备的实时数据，进而通过物联网设备对应的应用软件进行物联网设备的控制。

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