CN207010337U - 一种自动切换供电模式的漂流浮标控制系统 - Google Patents

一种自动切换供电模式的漂流浮标控制系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种自动切换供电模式的漂流浮标控制系统，为漂流浮标供电的供电系统包括波浪能发电模块、太阳能发电模块和蓄电池，太阳能发电模块包括太阳能电池板，波浪能发电模块包括永磁直线发电机；调节控制所述供电系统的控制系统包括STM32单片机、电压传感器以及多个继电器；所述波浪能发电模块、太阳能发电模块和蓄电池分别通过STM32单片机和多个继电器与漂流浮标的电能输入端连接。本实用新型提供的控制系统能根据天气情况切换漂流浮标的供电模式，保证了漂流浮标在任何天气状况下供电正常；本实用新型提供的控制系统能通过切换相应的继电器，使得多余的电能存储到蓄电池中，电能的利用率提高。

Description

一种自动切换供电模式的漂流浮标控制系统
技术领域
本实用新型属于新能源供电技术领域，涉及一种自动切换供电模式的漂流浮标控制系统。
背景技术
漂流浮标是目前应用较为广泛的海洋水文气象监测平台，它是在海面或一定深度随海流漂动的浮标，用卫星或声学方法获得其位置信息，用拉格朗日法由浮标流动轨迹得到海流。随着科技发展，利用海上自然资源发电的技术越来越成熟。漂流浮标也开始应用了太阳能、波浪能等发电技术实现自供电。但无论哪种新能源的发电技术的应用都受到了天气的局限。
如专利号CN 205643749 U公布的一种海洋气象监测漂流浮标，其采用的供电模式是太阳能电池板供电。通过太阳能电池板输出的电压接到太阳能转换电路，通过一系列转换得到系统所需的工作电压，实现了漂流浮标的自供电。但这种漂流浮标的工作环境受到天气的限制，只能在太阳能充足的天气环境下使用，在风雨天气就失去了作用。
如专利号CN 204805026 U公布的一种海洋浮标的波浪发电系统，主要包括浮标、动子线圈、定子永磁体磁极、弹簧以及锚。波浪的上下起伏使海洋浮标上下直线运动，带动动子线圈直线运动，使动子线圈相对于与锚相连接的永磁直线发电机的定子永磁体磁极作相对的上下直线往复运动，从而切割线圈绕组产生感应电动势，转化为海洋浮标的运动的电能。这种发电系统同样受到天气的局限，只能在有波浪的情况下工作。
如专利号CN 205842475 U公布的基于波浪能、太阳能和风能的自供电发光航标，包括标身和设在标身底部的底盘，标身内部设有航标灯和与航标灯连接的蓄电池，标身外部设有风轮和太阳能电池板，底盘侧面设有若干个进水通道、中部设有与进水通道连通的空腔，空腔内设有水轮，风轮和水轮分别通过发电机与蓄电池连接，太阳能电池板与蓄电池连接。该发光航标以波浪能发电为主并结合风能和太阳能发电达到了自供电的效果，降低了维护成本。该航标利用了风能、太阳能以及波浪能三者结合，互补供电，相对而言受到天气局限的范围较小。但航标在无风无光时，工作效果就会受到影响。同时，由于蓄电池的容量有限，如果一直与发电机构相连，当电池容量满时，会造成电能的浪费。该系统应用到漂流浮标上，也会受到一定的天气局限，无法实现漂流浮标的长期供电。因此，设计一种能根据天气状况切换供电模式的漂流浮标控制系统尤为重要。
发明内容
为了解决漂流浮标长期供电的技术难题以及现有技术受天气的局限性，本实用新型提供了一种自动切换供电模式的漂流浮标控制系统。该系统能根据天气状况切换供电模式，实现了漂流浮标的长期供电，能源利用更高。
上述目的通过如下技术方案实现：
一种自动切换供电模式的漂流浮标控制系统，为漂流浮标供电的供电系统包括波浪能发电模块、太阳能发电模块和蓄电池，太阳能发电模块包括太阳能电池板，波浪能发电模块包括永磁直线发电机；调节控制所述供电系统的控制系统包括STM32单片机、电压传感器以及多个继电器；所述波浪能发电模块、太阳能发电模块和蓄电池分别通过STM32单片机和多个继电器与漂流浮标的电能输入端连接；其中：
所述蓄电池正极DY+引脚接K1继电器的5号引脚，负极接漂流浮标的负极FB-；K1继电器的控制引脚接STM32单片机的PA7引脚，K1继电器的2号引脚接漂流浮标的正极FB+，K1继电器的3号引脚悬空；
所述太阳能电池板输出端的正极接K2继电器的5号引脚，负极接漂流浮标的负极FB-；电压传感器1采用3.3V供电，输入端分别接太阳能电池板输出端的正负极，输出引脚接STM32单片机的PC0端口；K2继电器的控制引脚接STM32单片机的PB0端口；K2继电器的2号引脚接蓄电池的正极，3号引脚接K3继电器的5号引脚；K3继电器的控制引脚接STM32单片机的PB3端口；K3继电器的2号引脚悬空，3号引脚接漂流浮标的正极FB+；
所述永磁直线发电机经整流滤波电路转换输出，整流滤波电路输出端的正极接K4继电器的5号引脚，负极接漂流浮标的负极FB-；电压传感器2采用3.3V供电，输入端分别接整流滤波电路输出端的正负极，输出引脚接STM32单片机的PC1端口；K4继电器的控制引脚接STM32单片机的PB4端口；K4继电器的2号引脚接蓄电池正极，3号引脚接K5继电器的5号引脚；K5继电器的控制引脚接STM32单片机的PB5端口；K5继电器的2号引脚悬空，3号引脚接漂流浮标的正极FB+。
优选地，所述STM32单片机使用3.3V供电，采用低速和高速两种外围晶振。
优选地，所述永磁直线发电机为圆筒型永磁直线发电机。
优选地，所述电压传感器使用3.3V供电，根据电压传感器的检测值判断天气状况，进而切换相应的供电模式。
本实用新型的有益效果：
本实用新型提供的控制系统能根据天气情况切换漂流浮标的供电模式，保证了漂流浮标在任何天气状况下供电正常；本实用新型提供的控制系统能通过切换相应继电器，使得多余的电能存储到蓄电池中，电能的利用率提高。
附图说明
图1为一种漂流浮标的结构示意图；
图2为圆盘与运动杆、转轴的连接示意图；
图3为本实用新型漂流浮标控制系统的框图；
图4为STM32单片机晶振及供电电路图；
图5为蓄电池与漂流浮标连接电路图；
图6为太阳能发电部分电路图；
图7为整流滤波电路图；
图8为波浪发电部分电路图；
图9为本实用新型控制系统的程序控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体介绍本实用新型的技术方案。
实施例1漂流浮标供电系统结构示意图
如图1所示，为漂流浮标供电的供电系统包括波浪能发电模块、太阳能发电模块和蓄电池(位于控制器1内)，太阳能发电模块包括太阳能电池板5，波浪能发电模块包括圆筒型永磁直线发电机18。
图1中1为控制器，2为拉簧，3为动子磁轭，4为永磁体磁极，5为太阳能电池板，6为透明外壳，7为浮子，8为运动杆，9为固定缸体，10为固定杆，11为圆盘，12为转轴，13为绕组，14为凸轮，图2为圆盘11与运动杆8连接示意图，运动杆8上下运动带动圆盘11转动，与圆盘11连接的转轴12带动凸轮14转动，动子磁轭3在凸轮14和拉簧2的作用下上下运动产生电流。其中：
1控制器安装在漂流浮标主体的底部；
2优质拉簧一段固定在隔板上，另一端与圆筒型永磁直线发电机的运动轴相连；
3动子磁轭、4永磁体磁极以及13绕组是圆筒型永磁直线发电机内部构件；
5太阳能电池板立体安装在漂流浮标主体的顶部；
6透明外壳为漂流浮标主体的上部分外壳；
7浮子安装在波浪能捕获机构的上部，可随波浪上下运动；
8运动杆与浮子相连；
9固定缸体与漂流浮标主体连接；
10固定杆，固定漂流浮标主体与固定缸体；
11圆盘与运动杆通过转动副连接；
12转轴与圆盘通过过盈配合连接；
14凸轮安装在转轴上。
实施例2漂流浮标控制系统
如图3所示的一种自动切换供电模式的漂流浮标控制系统，为漂流浮标供电的供电系统包括波浪能发电模块、太阳能发电模块和蓄电池，太阳能发电模块包括太阳能电池板，波浪能发电模块包括永磁直线发电机；调节控制供电系统的控制系统包括STM32单片机、电压传感器以及继电器；波浪能发电模块、太阳能发电模块和蓄电池分别通过STM32单片机和继电器与漂流浮标的电能输入端连接。STM32单片机使用3.3V供电，采用低速和高速两种外围晶振，如图4。STM32单片主要是控制继电器来改变电能传输的方向，实现不同的供电模式。
所述蓄电池正极DY+引脚接K1继电器的5号引脚，负极接漂流浮标的负极FB-；K1继电器的控制引脚接STM32单片机的PA7引脚，K1继电器的2号引脚接漂流浮标的正极FB+，K1继电器的3号引脚悬空；如图5所示。
太阳能电池板输出端的正极接K2继电器的5号引脚，负极接漂流浮标的负极FB-；电压传感器1采用3.3V供电，输入端分别接太阳能电池板输出端的正负极，输出引脚接STM32单片机的PC0端口；K2继电器的控制引脚接STM32单片机的PB0端口；K2继电器的2号引脚接蓄电池的正极，3号引脚接K3继电器的5号引脚；K3继电器的控制引脚接STM32单片机的PB3端口；K3继电器的2号引脚悬空，3号引脚接漂流浮标的正极FB+；如图6所示。
永磁直线发电机经整流滤波电路(如图7所示，主要用于永磁直线发电机输出的交流电整流，将交流电变换为直流电)转换输出，整流滤波电路输出端的正极接K4继电器的5号引脚，负极接漂流浮标的负极FB-；电压传感器2采用3.3V供电，输入端分别接整流滤波电路输出端的正负极，输出引脚接STM32单片机的PC1端口；K4继电器的控制引脚接STM32单片机的PB4端口；K4继电器的2号引脚接蓄电池正极，3号引脚接K5继电器的5号引脚；K5继电器的控制引脚接STM32单片机的PB5端口；K5继电器的2号引脚悬空，3号引脚接漂流浮标的正极FB+；如图8所示。
由于实施例1中的漂流浮标无法直接识别天气，故本实用新型采用两个电压传感器检测太阳能发电部分以及波浪能发电机部分的输出电压，可在STM32芯片中用户自己设定电压预设值，当太阳能发电部分以及波浪能发电机部分的电压小于预设值时，认为对应的部分不工作。太阳能发电部分的预设值可与波浪能发电机部分的预设值不同。
本控制系统的工作流程是开机检测电压传感器1的输出值U1和电压传感器2的输出值U2，判断其与预设值的大小。
当检测到U1强，U2弱时，PB0为高电平，K2默认接通3号端子；PB3为高电平，K3接通到3号端子，这样太阳能电池的输出就接到了漂流系统上；同时PB4为高电平，K4接到3号端子，PB5为低电平，K5接到2号端口，这样发电机输出端口就悬空了；PA7为高电平，K1接到3号端口，电源输出端悬空；
当检测到U2强，U1弱时，PB0为高电平，K2默认接通3号端子；PB3为低电平，K3接通到2号端子，太阳能电池的输出悬空；PB4为高电平，K4接到3号端子，PB5为高电平，K5接到3号端口，这样发电机输出端口就接到浮标系统上；PA7为高电平，K1接到3号端口，电源输出端悬空；
当检测到U2强，U1强时，PB0为低电平，K2接通2号端子，太阳能电池的输出给电池充电；PB4为高电平，K4接到3号端子，PB5为高电平，K5接到3号端口，这样发电机输出端口就接到浮标系统上；PA7为高电平，K1接到3号端口，电源输出端悬空；
当检测到U1，U2均弱时，PB0为高电平，K2接通3号端子；PB3为低电平，K3接通到2号端子，太阳能电池的输出悬空；PB4为高电平，K4接到3号端子，PB5为低电平，K5接到2号端口，这样发电机输出端口悬空；PA7为低电平，K1接到2号端口，电源输出端接到浮标系统端，给浮标系统供电；
通过上述工作方法，可实现根据太阳能输出部分以及直线发电机输出的电压大小切换不同的供电方案，使用本控制系统可以达到的控制效果为：
当光照充足，无风无浪时，使用太阳能系统为漂流浮标供电；
当有风有浪，光照不足时，使用波浪发电系统为漂流浮标供电；
当有风有浪，光装充足时，使用其中一个系统给漂流浮标供电，另一个为电池电源充电；
当无风无浪，光照不足时，使用电池电源为漂流系统供电。
进而保证了漂流系统的供电正常，合理利用了电能。图9为程序控制流程图。
本实用新型提供的控制系统能根据天气情况切换漂流浮标的供电模式，保证了漂流浮标在任何天气状况下供电正常；本实用新型提供的控制系统能通过切换相应继电器，使得多余的电能存储到蓄电池中，电能的利用率提高。
上述实施例的作用仅在于说明本实用新型的实质性内容，但并不以此限定本实用新型的保护范围。对本实用新型技术方案进行简单修改或者简单替换不脱离本实用新型技术方案的实质和保护范围。

Claims (3)

1.一种自动切换供电模式的漂流浮标控制系统，为漂流浮标供电的供电系统包括波浪能发电模块、太阳能发电模块和蓄电池，太阳能发电模块包括太阳能电池板，波浪能发电模块包括永磁直线发电机；其特征在于：调节控制所述供电系统的控制系统包括STM32单片机、电压传感器以及多个继电器；所述波浪能发电模块、太阳能发电模块和蓄电池分别通过STM32单片机和多个继电器与漂流浮标的电能输入端连接；其中：
所述蓄电池正极DY+引脚接K1继电器的5号引脚，负极接漂流浮标的负极FB-；K1继电器的控制引脚接STM32单片机的PA7引脚，K1继电器的2号引脚接漂流浮标的正极FB+，K1继电器的3号引脚悬空；
所述太阳能电池板输出端的正极接K2继电器的5号引脚，负极接漂流浮标的负极FB-；电压传感器1采用3.3V供电，输入端分别接太阳能电池板输出端的正负极，输出引脚接STM32单片机的PC0端口；K2继电器的控制引脚接STM32单片机的PB0端口；K2继电器的2号引脚接蓄电池的正极，3号引脚接K3继电器的5号引脚；K3继电器的控制引脚接STM32单片机的PB3端口；K3继电器的2号引脚悬空，3号引脚接漂流浮标的正极FB+；
所述永磁直线发电机经整流滤波电路转换输出，整流滤波电路输出端的正极接K4继电器的5号引脚，负极接漂流浮标的负极FB-；电压传感器2采用3.3V供电，输入端分别接整流滤波电路输出端的正负极，输出引脚接STM32单片机的PC1端口；K4继电器的控制引脚接STM32单片机的PB4端口；K4继电器的2号引脚接蓄电池正极，3号引脚接K5继电器的5号引脚；K5继电器的控制引脚接STM32单片机的PB5端口；K5继电器的2号引脚悬空，3号引脚接漂流浮标的正极FB+。
2.根据权利要求1所述的漂流浮标控制系统，其特征在于：所述STM32单片机使用3.3V供电，采用低速和高速两种外围晶振。
3.根据权利要求1所述的漂流浮标控制系统，其特征在于：所述永磁直线发电机为圆筒型永磁直线发电机。
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