CN201444622U - 一种应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统 - Google Patents

一种应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统，包括太阳能发电装置、燃料电池发电装置以及微机智能控制装置，其中，太阳能发电装置和燃料电池发电装置的输出端与微机智能控制装置相连，微机智能控制装置的输出端接与家用电源负荷开关相连；所述太阳能发电装置包括太阳能电池组、太阳能充电控制器、蓄电池组及DC-AC逆变器，其中太阳能电池组通过太阳能充电控制器将太阳能转换成电能储存在蓄电池组中，蓄电池组再经DC-AC逆变器与家用电源负荷开关相连。本实用新型在发电和使用过程中均不会对大自然产生温室气体和任何污染，通过微机对电源的使用状态进行监控，构成了一种新型的、环保的、绿色节能高效的智能家居控制。

Description

一种应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统
技术领域
本实用新型涉智能家居技术领域，具体地说是一种应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统。
背景技术
近些年来，随着个人电脑和太阳能PV(Photovoltaic，太阳能光伏技术)技术的普及、推广，在当前国际金融危机下，世界各国对节约能源、日益恶劣的人类生存环境的改善的需要、人类环保意识的增加，使太阳能技术、燃料电池技术和微机控制系统的整合便成了可能。
传统的智能家居系统综合了各类传感器、各个公司开发的控制器，具有家电控制功能，但也有如下不足之处：存在的各厂商间器件的通用性差，通信协议也千差万别，在进行上位机组态或控制时要考虑到各种智能控制器间的通信协议和驱动程序的开发，为大规模的应用造成了障碍。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型要解决的技术问题是提供一种将微机控制系统、太阳能发电技术以及燃料电池技术进行了整合的应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型一种应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统包括太阳能发电装置、燃料电池发电装置以及微机智能控制装置，其中，太阳能发电装置和燃料电池发电装置的输出端与微机智能控制装置相连，微机智能控制装置的输出端接与家用电源负荷开关相连。
所述太阳能发电装置包括太阳能电池组、太阳能充电控制器、蓄电池组及DC-AC逆变器，其中太阳能电池组通过太阳能充电控制器将太阳能转换成电能储存在蓄电池组中，蓄电池组再经DC-AC逆变器与家用电源负荷开关相连；所述太阳能发电装置通过电-氢转换装置与燃料电池发电装置相连；所述电-氢转换装置包括电解水制氢装置及贮气池，其中电解水制氢装置接收太阳能发电装置中蓄电池组的电能生成氢气，贮气池与电解水制氢装置的输出端相连，贮气池的输出端接有燃料电池发电装置；所述微机智能控制装置包括计算机及控制器，其中，计算机通过总线桥单元与控制器相连，控制器的输出端接有各类用电器；所述计算机还具有LAN接口，通过LAN总线接至局域网；所述计算机的USB串口经数据传输单元(DTU)通过GPRS与远端控制器进行信号传送；所述计算机具有图像采集卡，其接有摄像头；所述控制器的输入端接有室内温度传感器、湿度传感器、室内气体浓度传感器、室内红外传感器以及设于太阳能发电装置输出端的数字电压表，控制器的输出端接有声光报警器及电控制按钮，其中电控制按钮为继电器的常开触点，与电源插座的电源开关并联连接；所述计算机还具有GPRS手机、3G智能手机、数传电台或蓝牙适配器，其中GPRS手机通过WAP服务器与互联网相连；3G手机通过3G服务器与互联网相连；数传电台通过串口与计算机、远程控制器相连，蓝牙适配通过蓝牙局域网与控制器进行短距离信号传输。
本实用新型具有以下有益效果及优点：
1.本实用新型将家庭利用太阳能发出的电能并且能够在太阳能不足时利用燃料电池技术发出的电能为家庭供电并做为太阳能的互为备用的环保双电源系统，两种环保能源为家庭的双电源系统。两种能源在发电和使用过程中均不会对大自然产生温室气体和任何污染，是造福子孙后代并将在不久将来推广和使用的技术。
2.本实用新型通过微机控制将两者结合起来，对电源的使用状态进行监控，保证能源的合理分配，并延长电池的使用寿命，构成了一种新型的、环保的、绿色节能高效的智能家居控制。
3.本实用新型可适用多种传输方式实施对家用电器的控制，通过GPRS手机或3G智能手机发送控制代码，对家电状态无线远程监测控制(理论上是手机信号覆盖处都可)；通过数传电台对中远程控制设备进行监测控制(10KM范围内如有中继站更远，实时性，可靠性高)；通过WIFI网络和蓝牙网络提供近距离无线接入。
附图说明
图1为本实用新型结构框图；
图2为本实用新型中太阳能发电装置及燃料电池发电装置电能转换原理框图；
图3为本实用新型中太阳能发电装置结构示意图；
图4为本实用新型中燃料电池发电装置原理示意图；
图5为本实用新型的一个实施例原理图。
图6为应用本实用新型的智能家居控制系统拓扑结构图。
具体实施方式
如图1～3所示，本实用新型包括太阳能发电装置、燃料电池发电装置以及微机智能控制装置，其中，太阳能发电装置和燃料电池发电装置的输出端与微机智能控制装置相连，微机智能控制装置的输出端与家用电源负荷开关相连。太阳能发电装置包括太阳能电池组、太阳能充电控制器、蓄电池组及DC-AC逆变器，其中太阳能电池组通过太阳能充电控制器将太阳能转换成电能储存在蓄电池组中，蓄电池组再经逆变器与家用电源负荷开关相连。所述太阳能发电装置通过电-氢转换装置与燃料电池发电装置相连。电-氢转换装置包括电解水制氢装置及贮气池，其中电解水制氢装置接收太阳能发电装置中蓄电池组的剩余电能生成氢气，贮气池与电解水制氢装置的输出端相连，贮气池的输出端接有燃料电池发电装置。
太阳能电池组是太阳能发电装置的核心部分，也是太阳能发电装置中价值最高的部分，其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，送往蓄电池中存储起来；太阳能充电控制器的作用是控制整个太阳能发电装置的工作状态，并对燃料电池发电装置起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，太阳能充电控制器还具备温度补偿的功能及其他附加功能，如光控开关、时控开关等。
本实施例中，燃料电池发电装置采用铅酸电池(也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池)。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。本实用新型在应用太阳能的基础上应用燃料电池技术，做为太阳能发电的补充。
如图4所示，燃料电池就是将在氢气里存储的化学能在不燃烧的情况下，并且在催化剂的作用下，和空气中的氧气发生反应，同时形成电压，且这种反应有很高的转换效率可以高达30％-50％，燃料电池组产生的电能通过DC-AC逆变器转换为交流220V供给用户使用。氢气成也可以通过催化水解制氢装置生成。
DC-AC逆变器：太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。
如图6所示，本实施例中，微机智能控制装置为本实用新型所述系统的控制层部分，主要包括计算机及控制器、数据传输单元(DTU)DTU、PCI转串口卡、图像采集卡以及无线路由器(802.11B网络即WIFI无线网络)，其中，计算机通过总线桥单元与控制器相连，控制器的输出端接有各类用电器；计算机的LAN接口通过LAN总线接至局域网；计算机的USB串口经DTU通过GPRS与远端控制器进行信号传送；计算机通过图像采集卡，其接有摄像头；控制器的输入端接有室内温度传感器、湿度传感器、室内气体浓度传感器、室内红外传感器、电表、煤气表、冷热水表以及设于太阳能发电装置输出端的数字电压表或其变送器，控制器的输出端接有声光报警器及电控制按钮等，其中电控制按钮为继电器的常开触点，与电源插座的电源开关并联连接；太阳能发电装置与燃料电池发电装置的使用转换通过空气开关进行转换(如图5所示)。计算机中存有图像处理软件及工业组态软件。
本实用新型还可具有GPRS手机、3G智能手机、数传电台或蓝牙适配器，其中GPRS手机通过WAP服务器与互联网相连；3G手机通过3G服务器与互联网相连；数传电台通过串口与计算机、远程控制器相连。蓝牙适配器通过蓝牙局域网与控制器进行短距离信号传输。
设备层部分包括与控制器的I/O端口相连的家电、照明等设备、室内的温、湿度进行检测的变送器，电表、煤气表、冷热水表等数据的采集、传输，又可通过红外、气漏等变送器等进行安全报警，其中：
温度检测控制，检测当前室内温度值，该值被送给控制器再经计算机读取控制器中相应单元内数据后在计算机组态画面上进行显示，同时再由计算机将该值与设定值的差值送给控制器以改变空调末端设备控制器运行设定，从而达到温度的检测及控制。
湿度检测，检测当前室内温度值，并在计算机组态画面上显示。
家电控制，控制家电的开/关。
灯光控制，控制室内灯具的开关及照明度。
本实用新型采用组态王搭建家庭控制网络
组态技术在家庭控制网络中的应用给住宅智能化带来了全新的解决方案。采用RS485网络使得从封闭的依赖于单个厂商的控制系统到完全可以互操作的家庭智能控制系统的转变成为现实，可以以组态技术为依托，开发RS485兼容的能用智能控制节点，各种专用节点，以及各种智能传感器、执行器，搭建新一代的家庭控制网络。
家庭总线的家庭智能控制系统是社区管理和服务系统的用户终端，其间通过路由器连接。家庭智能控制系统集宅内安防、远程抄表和家电控制于一体，有关设备都挂接在RS485网组成的家庭总线上，所有报警信号经过控制器送给个人电脑。
系统构成
安全防卫系统：包括红外防盗探测、煤气泄漏及自动关阀控制、火警探测、紧急求助按钮、门磁、劫持求助、报警信号等，所有报警信息经过控制器的输入端输入，通过RS485网络送到个人电脑，进行多媒体声光报警信息提示，并实现报警历史记录、警情处理记录的统计查询，为住户提供一个安全的居住环境。
家电控制系统：用户可通过手机将控制码发送给与个人电脑相连的DTU，或直接在个人电脑上通过组态软件，达到对家电工作状态的监测和控制。如用照度探测、红外感应或时间表实现门灯、照明、空调等设备的自动控制；自动控制调节室内温度、湿度等，为用户提供舒适便利的家居环境。
远程抄表系统：通过DTU和无线路由器实现水电气暖4表与个人电脑间通信，达到远程电子抄表计费，杜绝入户抄表的不安全因素和人工抄表的弊端，为住户提供安全便捷准确的服务。
使用GPRS手机或3G手机的用户可通过远程GPRS手机或3G手机登陆到指定WAP网页，即进入到与互联网相连的控制计算机程序页面中，选择页面上的控制按钮，控制信号便从GPRS手机或3G手机发到WAP服务器中，WAP服务器将自动判断信号的读、写等类型，然后自动生成一个WAP控制文本文件，同时将此文本通过文件传输协议(FTP)由互联网发送到指定的控制计算机的内存单元中，组态软件实时读取此内存单元中数据，并对其串口相应控制器的变量缓存器刷新输出。

Claims (10)

1.其特征在于：包括太阳能发电装置、燃料电池发电装置以及微机智能控制装置，其中，太阳能发电装置和燃料电池发电装置的输出端与微机智能控制装置相连，微机智能控制装置的输出端接与家用电源负荷开关相连。
2.按权利要求1所述的应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统，其特征在于：所述太阳能发电装置包括太阳能电池组、太阳能充电控制器、蓄电池组及DC-AC逆变器，其中太阳能电池组通过太阳能充电控制器将太阳能转换成电能储存在蓄电池组中，蓄电池组再经DC-AC逆变器与家用电源负荷开关相连。
3.按权利要求1或2所述的应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统，其特征在于：所述太阳能发电装置通过电-氢转换装置与燃料电池发电装置相连。
4.按权利要求3所述的应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统，其特征在于：所述电-氢转换装置包括电解水制氢装置及贮气池，其中电解水制氢装置接收太阳能发电装置中蓄电池组的电能生成氢气，贮气池与电解水制氢装置的输出端相连，贮气池的输出端接有燃料电池发电装置。
5.按权利要求1所述的应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统，其特征在于：所述微机智能控制装置包括计算机及控制器，其中，计算机通过总线桥单元与控制器相连，控制器的输出端接有用电器。
6.按权利要求5所述的应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统，其特征在于：所述计算机还具有LAN接口，通过LAN总线接至局域网。
7.按权利要求5所述的应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统，其特征在于：所述计算机的USB串口经数据传输单元DTU通过GPRS与远端控制器进行信号传送。
8.按权利要求5或7中任何一项所述的应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统，其特征在于：所述计算机具有图像采集卡，其接有摄像头。
9.按权利要求5或7中任何一项所述的应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统，其特征在于：所述控制器的输入端接有室内温度传感器、湿度传感器、室内气体浓度传感器、室内红外传感器以及设于太阳能发电装置输出端的数字电压表，控制器的输出端接有声光报警器及电控制按钮，其中电控制按钮为继电器的常开触点，与电源插座的电源开关并联连接。
10.按权利要求5所述的应用太阳能和燃料电池的智能家居控制系统，其特征在于：所述计算机还具有GPRS手机、3G智能手机、数传电台或蓝牙适配器，其中GPRS手机通过WAP服务器与互联网相连；3G手机通过3G服务器与互联网相连；数传电台通过串口与计算机、远程控制器相连，蓝牙适配通过蓝牙局域网与控制器进行短距离信号传输。
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