CN210400457U - 基于太阳能供电的环境监测装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型设计了一种基于太阳能供电的环境监测装置,装置顶部有太阳能板,所述太阳能板固定在云台上,所述太阳能板连接太阳能管理器,所述太阳能管理器连接电池组、单片机和其他负载,所述单片机输入端连接各类传感器、时钟模块和物联网模块,所述单片机输出端连接云台舵机和显示屏。本实用新型涉及新能源和智能监测技术领域,采用MPPT和光伏系统自跟踪技术解决了太阳能利用率低的问题,采用锂电池保护电路解决了电池寿命低的问题,采用多传感器配合使用解决了环境数据不全面,应用场景受限制的问题,采用物联网模块解决了系统智能化不足的问题,采用集成化结构设计解决了系统体积大的问题。

Description

基于太阳能供电的环境监测装置
技术领域
本实用新型涉及新能源和智能监测技术领域,具体为一种基于太阳能的环境监测装置。
背景技术
随着人类对气候变化的日益担忧、国家级可再生组合标准与鼓励政策的采用,以及可再生能源发电成本的降低,使得太阳能光伏发电日趋成熟,它们在为人类提供大量电力需求方面有着巨大的潜力,加上户外对电能的利用并非很方便,但是太阳能资源丰富,因此如何实现对太阳能的利用成为一个值得思考与解决的问题。目前户外环境监测需求大,人们对户外环境的质量提出了更高的要求,但是现如今环境监测系统比较少,存在集成化程度低、智能化程度低、环境数据不全面、电能供应不方便等问题,所以人工检测环境质量数据很不方便,执行的效率同时也很低,并且都采用有限的方式收集数据,投入大,布线繁琐,传输距离有限。
为进一步做好区域性污染自动监测控及环境保护体系建设,提高环境监测数据质量,增强环境监测数据的可比性和准确性、检测环境的可控性和便捷性,根据《污染源自动监控管理办法》的有关要求,借助先进的新能源技术、电子信息、计算机、传感器、网络技术建立区域性的环保监测信息系统。
实用新型内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本实用新型提供了一种基于太阳能供电的环境监测装置,解决了户外环境监测集成化程度低,使用不方便,监测环境数据不全面,智能化程度不高,太阳能利用率低,电池寿命低等问题。
(二)技术方案
为实现以上目的,本实用新型通过以下技术方案予以实现:
一种基于太阳能供电的环境监测装置,包括太阳能电池板、太阳能管理模块、舵机云台部分以及环境监测模块;所述太阳能电池板和太阳能管理模块为环境监测模块提供电能;所述舵机云台承载太阳能板;所述舵机云台(4)通过采用自动跟踪技术调整太阳能电池板(3)的方位以便实现太阳能高效利用;其特征在于:所述太阳能管理模块还包括光敏分压电路板(16)、隔光感应板(1)、太阳能管理器(13)、锂电池组(12)、MSP430F5529单片机(15),所述舵机云台固定太阳能电池板(3)、光敏分压电路板(16),所述光敏分压电路板上焊接隔光感应板(1),所述太阳能管理器(13)连接锂电池组(12)、舵机云台、太阳能电池板(3)、MSP430F5529单片机(15);所述环境监测模块包括分别与Arduino uno R3单片机(14)连接的LX1972光照传感器、Arduino空气质量监测仪、Sharp GP2Y1010AU0F粉尘传感器、OBLOQ物联网模块、RTC实时时钟模块、LCD液晶显示屏。
优选为:所述光敏分压电路板(16)上还焊接有四个1K色环电阻(17),所述隔光感应板(1)镶嵌有四个光敏电阻(2),所述四个光敏电阻(2)引脚穿出隔光感应板(1)焊接到光敏分压电路板(16)上。
优选为:所述Arduino uno R3单片机输入端连接传感器模块中的光照传感器(6)、空气质量监测仪(8)、传感器转接模块(10)和RTC实时时钟模块(9)以及LCD液晶显示屏(5),所述传感器转接模块(10)连接空气质量传感器(11)。
优选为:所述基于太阳能供电的环境监测装置外型形状为六边形立体结构。
优选为:所述隔光感应板(1)底部有四个孔洞,插放四个光敏电阻(2),中间有十字形突出结构,高约8厘米,在隔光感应板(1)未正对太阳光源时,能为光敏电阻遮挡一部分太阳光,从而增加四个光敏电阻的阻值差,有利于确定太阳光源方位。
优选为:该装置包括两种供电方式:太阳能供电以及USB供电;所述USB供电可在太阳能供电不足时为为装置提供供电。
优选为:所述太阳能管理模块主要包括5部分功能模块:太阳能充电电路、USB充电电路、锂电池保护电路、太阳自跟踪系统以及电压转换模块;所述太阳能充电电路是一个MPPT控制器,能够实时侦测太阳能板的发电电压,并追踪最高电压电流值,使太阳能电池板以最高的效率对蓄电池充电;所述USB充电电路是以TP5000芯片为核心构成BUCK电路;所述自跟踪系统保证了太阳光每时每刻都垂直照射在太阳能电池板上;所述电压转换电路通过DC/DC变换实现两路稳压输出为舵机云台以及为Arduino uno R3、MSP430F5529供电。
优选为:所述自跟踪系统中设置以P1是控制舵机云台水平转动的舵机,P2是控制舵机云台垂直转动的舵机,单片机MSP430F5529采集位于隔光感应板(1)左上,右上,左下,右下的光敏电阻的电位后产生占空比可调的PWM信号控制舵机云台中水平转动的P1舵机和垂直转动的P2舵机。
优选为:所述Arduino空气质量监测仪可测量PM10和PM2.5数值,同时内置甲醛以及温湿度传感器,可实时监测室内空气质量。
优选为:所述Sharp GP2Y1010AU0F粉尘传感器通过该装置的进气口将环境中的的空气引入传感器内,所述粉尘传感器将粉尘浓度转换成电信号从其5引脚输出并通过单片机Arduino uno R3 I/O口读取所述电信号的模拟值并将该模拟值转换为电压值以代表粉尘的浓度值。
优选为:所述物联网模块为DFRobot OBLOQ模块,该模块通过连接WiFi后发送传感器数据到互联网。
(三)有益效果
1.确保太阳光每时每刻都垂直照射在太阳能电池板上;
2.相对于市面上普通的降压型开关电源太阳能控制器,能有效提高太阳能利用率与转换效率;
3.采用锂电池保护芯片对锂电池进行全方位保护,增加供电电源的可靠性;
4.采用光敏分压电路板上设置的色环电阻以及在隔光感应板上镶嵌光敏电阻技术手段以实现太阳能电池板跟随着太阳的运动而运动,保证了太阳光每时每刻都垂直照射在太阳能电池板上,并且相对现有技术其结构简单。
5.通过实时采集应用场景环境信息,包括温湿度、光照、甲醛及粉尘等并通过单片机进行实时处理与显示屏显示,并及时通过物联网模块将数据上传到云端数据空间储存,方便人们在服务器网站查看数据记录。
附图说明
图1为本发明基于太阳能供电的环境监测装置正视图。
图2为本发明基于太阳能供电的环境监测装置左视图。
图3为本发明基于太阳能供电的环境监测装置太阳自动追踪电路结构图。
图4为本发明基于太阳能供电的环境监测装置中多传感器结构分布图。
图5为本发明基于太阳能供电的环境监测装置管理器件结构分布图。
图6为本发明基于太阳能供电的环境监测装置MPPT工作原理图。
图7为本发明基于太阳能供电的环境监测装置MPPT电路原理图。
图8为本发明基于太阳能供电的环境监测装置锂电池快速充电电路图。
图9为本发明基于太阳能供电的环境监测装置锂电池保护电路图。
图10为本发明基于太阳能供电的环境监测装置自跟踪系统电路图。
图11为本发明基于太阳能供电的环境监测装置5V稳压输出电路图。
图12为本发明基于太阳能供电的环境监测装置3.3V稳压输出电路图。
图13为本发明基于太阳能供电的环境监测装置环境监测模块连接图。
图14为本发明基于太阳能供电的环境监测装置空气质量监测仪原理图。
图15为本发明基于太阳能供电的环境监测装置环境光传感传感器电路图。
图16为本发明基于太阳能供电的环境监测装置粉尘传感器内部电路图。
图17为本发明基于太阳能供电的环境监测装置时钟模块电路图。
图18为本发明基于太阳能供电的环境监测装置物联网模块工作结构示意图。
图中:1隔光感应板、2光敏电阻、3太阳能电池板、4云台、5 LCD液晶显示屏、6LX1972光照传感器、7 OBLOQ物联网模块、8 Arduino空气质量监测仪(温湿度/甲醛/PM)、9RTC实时时钟模块、10传感器转接模块、11 Sharp GP2Y1010AU0F粉尘传感器、12锂电池组、13太阳能管理器、14 Arduino uno R3单片机、15 MSP430F5529单片机、16光敏分压电路板、17 1K色环电阻。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
一种基于太阳能供电的环境监测装置,包括太阳能电池板、太阳能管理模块、舵机云台部分以及环境监测模块;所述太阳能电池板和太阳能管理模块为环境监测模块提供电能;所述舵机云台承载太阳能板;所述舵机云台(4)通过采用自动跟踪技术调整太阳能电池板(3)的方位以便实现太阳能高效利用;其特征在于:所述太阳能管理模块还包括光敏分压电路板(16)、隔光感应板(1)、太阳能管理器(13)、锂电池组(12)、MSP430F5529单片机(15),所述舵机云台固定太阳能电池板(3)、光敏分压电压板电路板(16),所述光敏分压电路板上焊接隔光感应板(1),所述太阳能管理器(13)连接锂电池组(12)、舵机云台、太阳能电池板(3)、MSP430F5529单片机(15);所述环境监测模块包括分别与Arduino uno R3单片机(14)连接的LX1972光照传感器、Arduino空气质量监测仪、Sharp GP2Y1010AU0F粉尘传感器、OBLOQ物联网模块、RTC实时时钟模块、LCD液晶显示屏。
下面结合说明书附图对上述技术方案做一详细描述。
(一)、太阳能管理模块的设计
太阳能管理模块主要包括:太阳能充电电路、USB充电电路、锂电池保护电路、太阳自跟踪系统以及电压转换模块5个部分。该装置设计有两种供电方式,一个是太阳能供电,一个是USB供电。太阳能充电电路和太阳自跟踪系统均是为了实现太阳能更高效率的利用,USB充电电路可在太阳能不足时为系统提供USB供电,锂电池保护电路则是对锂电池、太阳能光伏组件阵列以及负载的保护,电压转换使得该系统可为负载供电。
太阳能充电电路是一个MPPT控制器,MPPT即最大功率点跟踪,是指控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压,并追踪最高电压电流值,使太阳能电池板以最高的效率对蓄电池充电。MPPT工作原理图见附图6,控制的原理实质上是一个自动动态寻优的过程,通过功率的比较来改变占空比和脉宽调制信号,进而改变太阳能电池板的工作负载,改变输出功率点的位置,以达到最优,具体电路见附图7,其工作原理如下:太阳能电池板输出端接防反接电路,如果太阳能板输出的正负端与电路的正负端接反,该电路与后面的电路断开,起到保护芯片的作用,防反接电路后接USB/太阳能供电自动开关电路,当VUSE接入电压,M3MOS管导通,Q1三极管导通,M1 MOS管关断,切断太阳能对后级电路的供电;当VUSE不接入电压,M3 MOS管关断,Q1三极管关断,M1 MOS管导通,太阳能恢复对后级电路的供电,后级电路是以LTC3652芯片为核心,外接必要的元器件组成的电路,该电路将太阳能板输出电压VSOLAR与相应基准电压VIN REG作比较,将产生的误差信号输进斩波器,斩波器来完成DC/DC转换,斩波电路由LTC3652芯片和外接L2、C1、D2、D4、C7、C8构成BUCK电路,L2起储能作用,D2起续流作用,C1是自举电容,D4是自举二极管,在输出端将C7、C8并联进行滤波,输出电压VBAT=VFB×(R16+R22)/R22,VFB=3.3V,输出最大电流Imax=0.1/R10。本实用新型中利用BUCK变换器来实现MPPT,通过调节BUCK变换器的PWM占空比输出,使负载等效阻抗跟随太阳能光伏组件阵列的输出阻抗,从而使光伏阵列在任何条件下均可获得最大功率输出。
USB充电电路见附图8,该电路以TP5000芯片和L3、D5构成BUCK电路,L3是储能电感,D5是续流二极管,VBAT电压由TP5000芯片的反馈输入脚9脚控制并稳定在4.2V,最大充电电流R28=0.1/R28。电路处于充电状态时,TP5000芯片14脚输出低电平,15脚输出高电平,LD4红灯亮,LD5绿灯不亮。
锂电池保护电路见附图9,该电路核心芯片为DW06D,该IC具有过充,过放,过流,短路等所有的电池所需保护功能。DW06D监控电池的电压电流,并通过断开充电器或负载,保护可充电锂电池组不会因为过充电压,过放电压、过放电流以及短路等情况而损坏。DW06D内置MOSFET,在正常条件下的充电过程中,当电池电压高于过充检测电压4.3V及以上时,并持续一定时间,DW06D将控制MOSFET以停止充电;在正常放电过程中,当电池电压降到过放检测电压2.4V及以下时,并持续一定时间,DW06D将控制MOSFET关断,切断锂电池和负载的连接,以停止充电;管脚1电流感应输入管脚,正常工作模式下,当放电电流等于或高于设定的值并且时间持续一定时间,DW06D关断放电MOSFET停止放电。在靠近锂电池组的地方放置一个防反接电路,当锂电池组正负极与电路接反,LD8黄灯亮,M5 MOS管关断,断开锂电池组和充电电路。
自跟踪系统电路图见附图10,实现对太阳能更大限度的利用,保证了太阳光每时每刻都垂直照射在太阳能电池板上,即太阳能电池板必须跟随这太阳的运动而运动。P1是控制舵机云台水平转动的舵机,P2是控制舵机云台垂直转动的舵机,MSP430F5529初始化舵机端口(p3.3,p3.4)后,分别读取位于隔光感应板(1)左上,右上,左下,右下的光敏电阻的电位(p6.0,p6.1,p6.2,p6.3),发出占空比可调的PWM信号控制舵机云台中水平转动的P1舵机和垂直转动的P2舵机,若左上光敏电阻电位大于左下光敏电阻电位(右上光敏电阻电位大于右下光敏电阻电位),则p3.3发出的pwm1信号占空比变大(垂直舵机向上旋转),反之同理;若左上光敏电阻电位大于右上光敏电阻电位(左下光敏电阻电位大于右下光敏电阻电位),则p3.4发出的pwm2信号占空比变大(水平舵机向左旋转),反之同理,设置延时为50ms,循环执行此过程。
电压转换电路见附图11和附图12,该电路通过DC/DC变换实现两路高效率稳压输出。附图11为3.3V稳压输出电路,该电路采用RT8059芯片进行设计,C20和C21对VBAT输入电压进行滤波,RT8059和L4构成BUCK电路,L4是储能电感,RT8059的FB引脚是电压反馈引脚,起到调整输出电压Vout大小的作用,Vout=VFB×(R29+R33)/R33。附图12为5V稳压输出电路,该电路采用MT3608芯片进行设计,C23和C24对VBAT输入电压进行滤波,MT3608、L5和D6构成BOOST电路,L5是储能电感,D6是续流二极管,VOUT1=VFB×(R35+R36)/R36,VFB=0.6V。5V稳压输出电路给舵机云台和Arduino uno R3供电,3.3V输出给MSP430F5529供电。
二、环境监测模块,主要包括传感器模块、物联网模块、时钟模块和单片机,各模块连接图见附图13。传感器模块包括DFRobot公司生产的Arduino空气质量监测仪、LX1972环境光传感器和Sharp GP2Y1010AU0F粉尘传感器。Arduino空气质量监测仪可测量PM10和PM2.5数值,同时内置甲醛以及温湿度传感器,可实时监测室内空气质量。该空气质量监测仪原理图见附图14,其中颗粒(PM 10&PM 2.5)浓度使用激光散射原理,能够连续采集并计算单位体积内空气中不同大小的悬浮颗粒物数目,即颗粒物浓度分布,可以通过该数值换算成质量浓度。甲醛浓度基于电化学原理检测,具备高精度、高稳定性的特点。同时传感器内嵌入了一个温/湿度一体检测芯片,能够精确的检测出温度值和湿度值。通过单片机Arduino uno R3判断并读取串口数据得出PM2.5数据、甲醛数据、温度数据、湿度数据。LX1972环境光传感器电路图见附图15,LX1972的阻值会随收到的光照强度而线性变化,环境光传感器的1引脚输出不同分压值,Arduino uno R3的A0针脚与环境光传感器的1引脚连接,直接通过analogRead读取A0口模拟值,即为光照强度。Sharp GP2Y1010AU0F粉尘传感器内部电路图见附图16,粉尘传感器通过进气口将环境中的的空气引入传感器内,传感器内部的电路会将粉尘浓度转换成电信号从5引脚输出,Arduino uno R3的A1针脚连接传感器的5引脚,直接通过单片机I/O口读取A1口模拟值并将该模拟值转换为电压值以代表粉尘的浓度值。时钟模块电路图见附图17,采用DS1307时钟芯片和高精度时钟晶振,大幅度减少了时间误差,实测24小时内误差仅在1秒左右,此外时钟模块采用了单节CR1220供电,缩减了整体的体积,电池最小使用寿命为3~5年。保留了4KB的EEPROM的内存,用以记录更多闹钟和一些事件信息,可通过调整电阻设置I2C地址。最后,Arduino uno R3将时间和采集的数据显示在LCD12864显示屏上。物联网模块工作流程见附图18,该模块为DFRobot OBLOQ模块,该模块连接上WiFi(OBLOQ指示灯显示蓝灯),然后发送传感器数据到互联网,即EASYIOT工作间。目前国内外已有多个成熟物联网平台,但绝大部分物联网平台都是面向专业开发人员,操作复杂,上手困难。为此我们选择了OBLOQ物联网模块,搭配DFRobot自有的物联网平台,大大降低了物联网的使用门槛,并且OBLOQ还能够连接Microsoft Azure IoT和其他标准的MQTT协议的IoT。无需复杂的基础知识,就能迅速搭建出一套物联网应用。
下面结合说明书附图进一步详细阐述本发明工作原理如下:
四个光敏电阻2镶嵌在隔光感应板1上,引脚穿出隔光感应板1焊接到光敏分压电路板16上,四个1K电阻17焊接在光敏分压电路板16四个角边与四个光敏电阻2构成串联分压,光敏分压电路板16固定在太阳能电池板3上方,四个分压的电压值输入到MSP430F5529单片机15四个模拟输入口,MSP430F5529单片机15通过处理四个采样数据发出两路PWM波分别控制舵机云台的两个舵机4的旋转角度,以实现太阳能电池板跟随着太阳的运动而运动,保证了太阳光每时每刻都垂直照射在太阳能电池板上。太阳能管理器13连接太阳能电池板3、锂电池组12和负载,由太阳能充电电路、USB充电电路、锂电池组保护电路、太阳自跟踪系统以及电压转换模块4个部分组成,使用的LTC3652太阳能电源管理芯片采用业界普遍采用的恒定电压MPPT算法,通过DC-DC开关控制电路限制太阳能板的输出电流,等效地把太阳能输出电压控制在最大功率点附近,以最大化太阳能板的输出功率,USB充电电路在系统能源不足时提供电能,锂电池组保护电路通过涓流、恒流和恒压三个阶段对锂电池进行安全快速充电,并对锂电池组进行过充过流欠压全方位保护,电压转换实现两路稳压输出,为负载提供电能。RTC实时时钟模块9负责记录时间,光照传感器6负责测量环境中的光照强度,空气质量监测仪8负责测量环境中温湿度、甲醛、PM2.5浓度,空气质量传感器11负责测量环境中的粉尘,并通过传感器转换模块10连接到Arduino uno R3单片机14上,各个传感器采集到数据过后,将数据输入给Arduino uno R3单片机14,Arduino uno R3单片机14将数据在LCD液晶显示屏5进行显示的同时,通过物联网模块7将数据上传到云端数据空间储存,方便人们在服务器网站查看数据记录。将本实用新型放置在户外,太阳能电池板3会自动对准太阳,开始为装置供电,装置开始运作,并将多余的电能储存在锂电池中,当太阳能不足时,装置自动切换至锂电池组供电,系统持续运作,当经历持续阴天时,锂电池组储存的电能不足,还需要人为进行USB供电。
综上所述,本发明采用的技术方案相对现有技术具有如下优点:
(1)该基于太阳能的环境监测装置,通过在系统顶部放置舵机云台,舵机云台上固定太阳能板和光敏分压电路板,光敏分压电路板上的四个光敏电阻进行光照强度采样,四个采样信号送入MSP430F5529单片机处理,单片机计算出光源方位并控制云台舵机水平垂直转动,实现太阳能电池板跟随着太阳的运动而运动,保证了太阳光每时每刻都垂直照射在太阳能电池板上。
(2)、该基于太阳能的环境监测装置,使用的LTC3652太阳能电源管理芯片采用本领域公知的并且业界普遍采用的恒定电压MPPT算法,通过DC-DC开关控制电路限制太阳能板的输出电流,等效地把太阳能输出电压控制在最大功率点附近,以最大化太阳能板的输出功率。相对于市面上普通的降压型开关电源太阳能控制器,能有效提高太阳能利用率与转换效率。
(3)、该基于太阳能的环境监测装置,通过锂电池保护电路对锂电池进行安全快速充电。锂电池在电压较低时,内阻较高,不宜大电流充电,否则会导致电池温度过高,电池寿命降低。当电池电压低于涓流充电阈值电压2.94V时,模块进入涓流充电阶段,以最大充电电流的15%,即300mA,对电池进行充电,直到电池电压高于2.94V。当电池电压高于2.94V,模块进入恒流充电阶段,以恒定电流2A对电池快速充电。在涓流充电和恒流充电两个阶段。当电池电压随着恒流阶段的充电,接近充电截止电压4.2V时,模块进入恒压充电阶段,模块以恒定充电电压对电池继续充电,充电电流随时间逐渐下降。当充电电流下降到最大充电电流的10%,即200mA时,充电结束,充电电流趋近于零。同时锂电池充放电监控电路采用专用锂电池保护芯片对锂电池进行全方位保护。当锂电池电压超过4.3V时,电池与模块的连接被断开,防止电池过冲。当锂电池电压下降低于2.4V时,电池与模块的连接被断开,防止电池过放。一两次的严重过放或过冲可能会直接导致锂电池永久损坏,一般锂充电芯片都通过芯片内部设定的充电截止电压4.2V来保证电池不被过冲,但电池的过放只能依赖于封装在电池里面的保护电路或者像本模块一样对锂电池的过放进行保护。当锂电池输出电流超过3A时,芯片断开电池与系统连接,电池输出被关闭直到电流低于过流阈值。
(4)、该基于太阳能的环境监测装置,通过Arduino uno R3单片机设计的采集系统实时采集应用场景环境信息,包括温湿度、光照、甲醛及粉尘等。传感器将环境数据采集后通过总线将数据发送到Arduino uno R3单片机,单片机进行实时处理与显示屏显示,并及时通过物联网模块将数据上传到云端数据空间储存,方便人们在服务器网站查看数据记录。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解,本实用新型不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理,在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种基于太阳能供电的环境监测装置,包括太阳能电池板、太阳能管理模块、舵机云台部分以及环境监测模块;所述太阳能电池板和太阳能管理模块为环境监测模块提供电能;所述舵机云台承载太阳能板;所述舵机云台(4)通过采用自动跟踪技术调整太阳能电池板(3)的方位以便实现太阳能高效利用;其特征在于:所述太阳能管理模块还包括光敏分压电路板(16)、隔光感应板(1)、太阳能管理器(13)、锂电池组(12)、MSP430F5529单片机(15),所述舵机云台固定太阳能电池板(3)、光敏分压电路板(16),所述光敏分压电路板(16)上焊接隔光感应板(1),所述太阳能管理器(13)连接锂电池组(12)、舵机云台(4)、太阳能电池板(3)、MSP430F5529单片机(15);所述环境监测模块包括分别与Arduino uno R3单片机(14)连接的LX1972光照传感器、Arduino空气质量监测仪、Sharp GP2Y1010AU0F粉尘传感器、OBLOQ物联网模块、RTC实时时钟模块、LCD液晶显示屏。
2.根据权利要求1所述一种基于太阳能供电的环境监测装置,其特征为:所述光敏分压电路板(16)上还焊接有四个1K色环电阻(17),所述隔光感应板(1)镶嵌有四个光敏电阻(2),所述四个光敏电阻(2)引脚穿出隔光感应板(1)焊接到光敏分压电路板(16)上。
3.根据权利要求1所述一种基于太阳能供电的环境监测装置,其特征为:所述基于太阳能供电的环境监测装置外型形状为六边形立体结构。
4.根据权利要求1所述一种基于太阳能供电的环境监测装置,其特征为:所述隔光感应板(1)底部有四个孔洞,插放四个光敏电阻(2),中间有十字形突出结构。
5.根据权利要求1所述一种基于太阳能供电的环境监测装置,其特征为:该装置包括两种供电方式:太阳能供电以及USB供电;所述USB供电可在太阳能供电不足时为环境监测装置供电。
6.根据权利要求1所述一种基于太阳能供电的环境监测装置,其特征为:所述太阳能管理模块主要包括5部分功能模块:太阳能充电电路、USB充电电路、锂电池保护电路、太阳自跟踪系统以及电压转换模块;所述太阳能充电电路是一个MPPT控制器,能够实时侦测太阳能板的发电电压,并追踪最高电压电流值,使太阳能电池板以最高的效率对蓄电池充电;所述USB充电电路是以TP5000芯片为核心构成BUCK电路;所述自跟踪系统保证了太阳光每时每刻都垂直照射在太阳能电池板上;所述电压转换电路通过DC/DC变换实现两路稳压输出为舵机云台以及为Arduino uno R3、MSP430F5529供电。
7.根据权利要求6所述一种基于太阳能供电的环境监测装置,其特征为:所述自跟踪系统中设置以P1是控制舵机云台水平转动的舵机,P2是控制舵机云台垂直转动的舵机,单片机MSP430F5529采集位于隔光感应板(1)左上,右上,左下,右下的光敏电阻的电位后产生占空比可调的PWM信号控制舵机云台中水平转动的P1舵机和垂直转动的P2舵机。
8.根据权利要求1所述一种基于太阳能供电的环境监测装置,其特征为:所述Arduino空气质量监测仪可测量PM10和PM2.5数值,同时内置甲醛以及温湿度传感器,可实时监测室内空气质量。
9.根据权利要求1所述一种基于太阳能供电的环境监测装置,其特征为:所述SharpGP2Y1010AU0F粉尘传感器通过该装置的进气口将环境中的空气引入传感器内,所述粉尘传感器将粉尘浓度转换成电信号从其5引脚输出并通过单片机Arduino uno R3 I/O口读取所述电信号的模拟值并将该模拟值转换为电压值以代表粉尘的浓度值。
10.根据权利要求1所述一种基于太阳能供电的环境监测装置,其特征为:所述物联网模块为DFRobot OBLOQ模块,该模块通过连接WiFi后发送传感器数据到互联网。
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CN111609891A (zh) * 2020-06-17 2020-09-01 浙江东方职业技术学院 一种环境监测控制系统
CN115583448A (zh) * 2022-10-17 2023-01-10 中国人民解放军海军工程大学 一种智能垃圾投放管理一体化平台及方法

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