CN203377637U - 采用太阳能供电采集监测数据的装置 - Google Patents

Abstract

一种采用太阳能供电采集监测数据的装置，包括太阳能光伏发电系统、数据采集模块（4）、PM2.5传感器(5)及数据传送模块，所述太阳能光伏发电系统包括太阳能电池板（3）、太阳能控制器(2)、蓄电池(1)；所述太阳能电池板（3）、蓄电池（1）和DC-DC电压转换电路（7）分别与太阳能控制器(2)连接，所述PM2.5传感器（5）、数据采集模块（4）和数据传送模块（6）通过DC-DC电压转换电路（7）与太阳能控制器（2）相连接，所述数据采集模块（4）同时分别和PM2.5传感器(5)和数据传送模块（6）相连。采用太阳能光伏发电系统以后，直接把太阳能转换成电能，这种供电方式使PM2.5检测设备在野外具有了长期工作的潜力。可放置野外连续的检测，而不受时间和市电的约束。

Description

采用太阳能供电采集监测数据的装置

技术领域

本实用新型涉及环保领域空气质量中PM2.5的检测，具体涉及用太阳能供电的PM2.5传感器检测和GPRS模块通信传输检测数据的系统。

背景技术

目前整个中国城市环境监测中心站点较少，分布分散，环境监测的数据仅能够从宏观上反映城市的整体的空气质量，但是不能从微观上反映局部区域、特定区域的空气质量的好坏，这就需要建设更多的环境监测站点，提供更多的实时的环境监测数据。

国内外一套PM2.5环境监测系统价格昂贵。建设更多的环境监测站点需要巨大的资金投入，成本太高。而本检测设备PM2.5环境监测系统价格低廉，能够解决资金投入问题。在监测区内，每个节点的PM2.5检测由PM2.5传感器、检测板组成，通过无线通信方式将数据传送给云监控中心。在无线远距离数据传输方式中，通用分组无线业务(GPRS)为远程监测的数据传输提供了一种高效、低成本的途径。用户在线按流量计费，大大降低了系统的营运成本。GPRS所提供Internet的全球性无线接入，使经由GPRS和Internet数据传输已越来越快捷和高效。

但是GPRS模块和PM2.5传感器一般使用锂电池、镍氢电池、或者其他外部直流电源（如交流电源适配器等）进行供电，电源适配器供电方式离不开市电。使用锂电池、镍氢电池需要工作人员在一定的时间对电池充电，这样就影响了PM2.5大面积布置和应用。

为克服现有PM2.5检测设备依赖于市电供电，不能布置在城市你想要布置的地方（检测设备要申请用电和电费结算都是比较麻烦的，没有市电的地方就更不要想安装了），极大的限制了PM2.5检测设备的城市布局，不能够建立对整个城市进行全面的监测体系。本专利提出就是太阳能供电装置在为PM2.5传感器、数据采集模块和GPRS模块同时供电。形成一个完整的太阳能单节点远程PM2.5数据采集和传输供电系统。

发明内容

本实用新型是针对现有技术中存在的不足，提供的一种采用太阳能供电采集PM2.5监测数据的装置。

本实用新型通过以下技术方案实现实用新型目的：

一种采用太阳能供电采集监测数据的装置，包括太阳能光伏发电系统、数据采集模块、PM2.5传感器及数据传送模块，所述太阳能光伏发电系统包括太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池；所述太阳能电池板、蓄电池和DC-DC电压转换电路分别与太阳能控制器连接，所述PM2.5传感器、数据采集模块和数据传送模块通过DC-DC电压转换电路与太阳能控制器相连接，所述数据采集模块同时分别和PM2.5传感器和GPRS数据传送模块相连。

本实用新型中所述的数据传送模块为GPRS数据传送模块。

太阳能光伏发电系统是利用光伏组件半导体材料的“光伏效应”，将太阳光辐射直接转换为电能。由于太阳能电池板的输出随日照而变化，特别在阴雨天或日照不好时，发出的电能是有限的且输出不稳定，为保证夜间或阴雨天用电的需要，配备蓄电池储能。

太阳能控制器是对蓄电池进行自动充电、放电的监控装置，当蓄电池充满电时，防止过充，当蓄电池发生过放电时（电压值可设置），它会及时发出报警提示以及相关的保护动作，从而保证蓄电池能够长期可靠的运行。当蓄电池电量恢复后（恢复电压可设置），系统自动恢复正常状态。

数据采集模块前端的DC-DC转换电路主要是将控制器的输出转变成负载所需要的电压，给GPRS模块和数据采集模块和PM2.5传感器供电。

有益效果；

采用太阳能光伏发电系统以后，直接把太阳能转换成电能，这种供电方式使PM2.5检测设备在野外具有了长期工作的潜力。可放置野外连续的检测，而不受时间和市电的约束。

附图说明

图1是本实用新型检测设备电气接线示意图。

图2为本实用新型的外形装配图。

图3为本实用新型中的DC/DC转换电路。

具体实施方式

 如图l所示，本实用新型系统由蓄电池1、太阳能控制器2、太阳能电池板3、数据采集模块4、PM2.5传感器5、 GPRS模块6和DC-DC电压转换模块7构成。太阳能电池板3、蓄电池1和DC-DC电压转换电路7分别与太阳能控制器2连接，PM2.5传感器5、数据采集模块4和GPRS模块6通过DC-DC电压转换电路7与太阳能控制器2相连接，数据采集模块4同时分别和PM2.5传感器5和GPRS模块6相连。其中蓄电池1、太阳能控制器2、DC-DC电压转换电路7、数据采集模块4、PM2.5传感器5、GPRS模块6内置在箱体（8）中。如图2所示。

本实用新型系统的安装过程如下：

1．将太阳能板，蓄电池，DC/DC输入正极，共3根正极线并接在控制器的红色线上；2．接负载，DC/DC输入负极接绿色线上；3．将蓄电池的负极接在控制器的黑色线上,此时太阳能控制器的空闲灯，红灯亮起，过10分钟后，控制器的放电绿灯亮起，同时负载亮起，说明放电正常；4．将太阳能板的负极接在控制器的蓝色线上，过15秒后，太阳能控制器的充电黄灯亮起，太阳能控制器转为充电状态，充电系统正常，如果您是晚上接线，太阳能控制器不会进入充电状态，将维持第3步的放电状态，直到太阳能控制器的放电时间结束；

 为了给负载提供合适的电压，在太阳能控制器的负载端连接DC-DC转换电路，将12V转换成4.2V和3.3V的电路如图3所示。

  为了给本PM2.5检测设备配备太阳能光伏发电装置，首先，确定该套设备所应用地点的光照强度和阴雨天情况。其次，确定二者的功率和工作时间。第三、根据前面的两点选择合适的太阳能电池板、控制器和蓄电池。

例如，现在应用于南京环保检测站的PM2.5监测设备

查1961年到1990年，南京降雨日数最多的是7月(13天)，连续阴雨天9天。平均最短日照为3.96小时。整个PM2.5监测系统用电3W，共计每天工作24小时。日耗功率是72W。

所以该太阳能发电装置按日耗功率72W、日平均日照时间3.96小时、如遇连续阴雨天工作9天计算就能够保证全年正常使用。

    太阳能光伏发电装置的具体设计过程如下：

    (1)太阳能电池组件功率计算

    计算公式如下：

太阳能方阵总功率=负载功率×用电时间(H)/日照峰值时间(H)/ 损耗系数(0.75)；

    按采集箱内设备负载总功率为3W，用电时间为24小时，日照峰值时间为3.96小时；

太阳能方阵总功率=3W×24/3.96/0.75=24W。

    从优化系统角度考虑，可配置太阳能电池组件40Wp。

    (2)蓄电池容量的计算：

    为了使整套网络在全年能够正常工作，蓄电池储备9天的电能。

BC=A×QL×NL×TO／CC

其中：BC为蓄电池容量，A为安全系数，取1.1～1.4之间，一般取1.1； 

QL为负载日平均耗电量，即工作电流乘以日工作小时数；

NL为最长连续阴雨天数（取9天）；

TO为温度修正系数，一般在0℃以上取1；

CC为蓄电池放电深度，一般铅酸蓄电池取0.75。

BC=1.1×(0.25×24) ×9×1/0.75=79.2Ah

需配1组12V/80AH的硅胶蓄电池

    (3)为了控制整个发电装置，防止蓄电池出现过充和过放的情况，系统必须采用太阳能控制器。如前面选用了12V的蓄电池，这里的控制器的输入应选用12V输入的控制器。输出电流应等于或大于负载电流。因此，采用可12V10A的太阳能控制器。其外形图如图3所示。

    以上所有参数确定好以后就可以购买相应的器材，然后进行安装、测试。其连接图如图1所示。它们的接线顺序为：先接蓄电池（尽可能靠近控制器故置），再接太阳能电池板、DC-DC转换输入口插座及负载。

    以上是以南京环境检测站的PM2.5检测设备为例的，如应用于其他地方，我们只需要根据以上计算方法算出相应的参数，购买器材，搭建系统，就能够给GPRS模块和汇聚节点供电了。

Claims (2)

1.一种采用太阳能供电采集监测数据的装置，其特征在于：包括太阳能光伏发电系统、数据采集模块（4）、PM2.5传感器(5)及数据传送模块，所述太阳能光伏发电系统包括太阳能电池板（3）、太阳能控制器(2)、蓄电池(1)；所述太阳能电池板（3）、蓄电池（1）和DC-DC电压转换电路（7）分别与太阳能控制器(2)连接，所述PM2.5传感器（5）、数据采集模块（4）和数据传送模块（6）通过DC-DC电压转换电路（7）与太阳能控制器（2）相连接，所述数据采集模块（4）同时分别和PM2.5传感器(5)和数据传送模块（6）相连。

2.根据权利要求1所述的采用太阳能供电采集监测数据的装置，其特征在于：所述的数据传送模块（6）为GPRS数据传送模块。

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