[發(fā)明專利]基于風(fēng)光互補(bǔ)的土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供能

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710475404.X
• 申請(qǐng)日: 2017-06-21
• 公開（公告）號(hào): CN107317386A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘庭龍;劉慧;沈艷霞;吳定會(huì)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J7/35
• 分類號(hào): H02J7/35;H02J7/34;H02J9/06;H02J7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是土壤墑情傳感器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種以太陽能和風(fēng)能為能量來源，以超級(jí)電容為前級(jí)儲(chǔ)能并結(jié)合鋰電池作為后備供能的供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在土壤墑情傳感器領(lǐng)域中，市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的土壤水分傳感器大多是以探針式為主，該類傳感器只能測(cè)土壤表層水分，且探針要與土壤直接接觸，需要人工輔助進(jìn)行測(cè)量。隨著自動(dòng)化水平和無線網(wǎng)絡(luò)通信的提高，以及在偏遠(yuǎn)農(nóng)業(yè)區(qū)域能源供應(yīng)困難等問題，圍繞著土壤墑情傳感器系統(tǒng)的低功耗、能量來源的便捷性、長久性和穩(wěn)定性問題，土壤墑情傳感器系統(tǒng)的開發(fā)也越來越智能，其中智能管式土壤水分傳感器裝置技術(shù)就逐漸開始出現(xiàn)。

智能管式土壤水分傳感器裝置一般應(yīng)用于偏遠(yuǎn)的農(nóng)業(yè)地域，那里地域較廣，直接用市電為土壤墑情傳感器系統(tǒng)供電十分困難，供電線路鋪設(shè)難度大，而且耗費(fèi)人力和物力。而采用電池供電時(shí)，由于電池儲(chǔ)存能量的局限性，因此需要定期通過人力對(duì)電池進(jìn)行取出充電或更換電池，這樣就大大增加了系統(tǒng)的維護(hù)成本，對(duì)于需要大量土壤墑情傳感器系統(tǒng)的廣闊區(qū)域更加困難。因此，怎樣通過土壤墑情傳感器系統(tǒng)所應(yīng)用的區(qū)域環(huán)境中取得能源并加以有效地處理和應(yīng)用，為整個(gè)土壤墑情傳感器系統(tǒng)提供可持續(xù)不斷的電能，是當(dāng)下研究的重點(diǎn)。為此，很多相關(guān)領(lǐng)域的專家和學(xué)者致力于土壤墑情傳感器供能系統(tǒng)的研發(fā)，這樣智能管式土壤水分傳感器裝置的應(yīng)用上就會(huì)更加便捷，同時(shí)也能夠適應(yīng)更加復(fù)雜和偏遠(yuǎn)的農(nóng)業(yè)區(qū)域環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決了土壤墑情傳感器供能系統(tǒng)充電難、電池的循環(huán)使用壽命短以及安全性低的現(xiàn)狀，介紹了一種以太陽能和風(fēng)能為能量來源，以超級(jí)電容為前級(jí)儲(chǔ)能并結(jié)合鋰電池作為后備供能的供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)以太陽能和風(fēng)能為能量源，太陽能電池板和風(fēng)機(jī)分別采集太陽能和風(fēng)能，作為土壤墑情傳感器系統(tǒng)的所有能量來源。太陽能或風(fēng)能充足時(shí)，繼電器模塊I選擇直流母線電壓輸出作為DC/DC變換穩(wěn)壓電路輸入電壓且對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充電，同時(shí)充電控制電路判斷鋰電池荷電狀態(tài)是否小于20％且SOH不小于70％，為鋰電池供電留有足夠的電量余量，小于時(shí)，直接選擇直流母線輸出電壓通過充電控制電路對(duì)鋰電池進(jìn)行充電；不小于時(shí)，充電控制電路不對(duì)鋰電池進(jìn)行充電，除去鋰電池充電的頻繁性。太陽能和風(fēng)能同時(shí)不足或沒有而產(chǎn)生無法為DC/DC變換穩(wěn)壓電路提供足夠的電壓或功率時(shí)，繼電器模塊I斷開，繼電器模塊II切換到超級(jí)電容的輸出電壓作為DC/DC變換穩(wěn)壓電路的輸入電壓。太陽能和風(fēng)能同時(shí)不足且超級(jí)電容儲(chǔ)存能量都無法為DC/DC變換穩(wěn)壓電路提供足夠的電壓或功率時(shí)，繼電器模塊I和II斷開，繼電器模塊III切換到鋰電池通過放電控制電路作為DC/DC變換穩(wěn)壓電路的輸入電壓，當(dāng)鋰電池的SOC小于5％時(shí)，視電量不足，停止放電。整個(gè)供電系統(tǒng)的輸出電壓由DC/DC變換穩(wěn)壓電路提供，而DC/DC變換穩(wěn)壓電路的輸入電壓則根據(jù)繼電器模塊I、II和III進(jìn)行相應(yīng)地選擇。

根據(jù)本發(fā)明所述以太陽能和風(fēng)能為能量來源，以超級(jí)電容為前級(jí)儲(chǔ)能并結(jié)合鋰電池作為后備供能的供電系統(tǒng)的充電控制電路，其特征在于以專用的并聯(lián)鋰離子/鋰聚合物電池充電器系統(tǒng)芯片LTC4070為核心，以晶體管VT1作為對(duì)鋰電池充電的控制回路，以微處理器STM32的I/O口控制繼電器線圈通斷晶體管VT1的基極回路。晶體管VT1串聯(lián)于輸入電壓正極和鋰電池正極之間，通過控制VT1的導(dǎo)通和截止控制對(duì)鋰電池的充電和斷開充電。微處理器STM32的I/O口控制繼電器線圈，該繼電器串接于VT1和輸入電壓之間，用于控制選擇是否導(dǎo)通充電回路。

根據(jù)本發(fā)明所述以太陽能和風(fēng)能為能量來源，以超級(jí)電容為前級(jí)儲(chǔ)能并結(jié)合鋰電池作為后備供能的供電系統(tǒng)的放電控制電路，其特征在于放電控制電路以電池端電壓檢測(cè)芯片CN301來判斷處理鋰電池放電電壓，檢測(cè)到的電池端電壓低于設(shè)置的閾值電壓時(shí)，CN301的LBO口輸出低電平，反之輸出高電平。同時(shí)通過判斷鋰電池的SOC值大小，當(dāng)SOC不低于5％時(shí)，I/O口輸出高電平，反之輸出低電平。以微處理器STM32的I/O口輸出相應(yīng)的高低電平與CN301芯片的LBO口輸出的高低電平經(jīng)過與門輸出邏輯控制信號(hào)，當(dāng)判斷SOC值不低于5％且電池端電壓不小于設(shè)定的閾值時(shí)，邏輯控制部分的與門輸出高電平，該邏輯控制信號(hào)通過控制繼電器控制模塊來控制連接于鋰電池正極電壓輸出線路中的繼電器的吸合和斷開，從而接通和斷開放電回路，防止其過度放電，起到保護(hù)鋰電池的作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述一種基于超級(jí)電容與鋰電池結(jié)合的太陽能供能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述供能系統(tǒng)控制流程圖；

圖3為本發(fā)明所述供能系統(tǒng)的充電控制電路結(jié)構(gòu)示意圖；