專利名稱：太陽能與風(fēng)能混合供電的環(huán)境因子無線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于綠色能源與環(huán)境因子監(jiān)測相結(jié)合的交叉領(lǐng)域，具體涉及一種太陽能與
風(fēng)能混合供電的環(huán)境因子無線監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)達(dá)國家非常重視無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，IEEE正在努力推進(jìn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展，波士頓大學(xué)(Boston Unversity)還于最近創(chuàng)辦了傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)會(huì)
(Honeywell) 、 L_3Commun ications、 Millennial Net及Textron Systems。 美國的《技術(shù)
評論》雜志在論述未來新興十大技術(shù)時(shí)，更是將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為第一項(xiàng)未來新興技術(shù)；
《商業(yè)周刊》預(yù)測的未來四大新技術(shù)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也列入其中。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
的應(yīng)用主要集中在以下領(lǐng)域 *環(huán)境的監(jiān)測和保護(hù) *醫(yī)療研究、護(hù)理領(lǐng)域 *偵察敵情、監(jiān)控兵力等軍事領(lǐng)域 *危險(xiǎn)的工業(yè)環(huán)境如井礦、核電廠等的安全監(jiān)測 上世紀(jì)九十年代，我國的獨(dú)立電源系統(tǒng)采用水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能光伏系統(tǒng) 供應(yīng)電力，主要應(yīng)用于通信基站、邊防哨所、海島部隊(duì)等特殊場合，是面向部隊(duì)的一套后勤 保障系統(tǒng)。經(jīng)過一定時(shí)間的應(yīng)用后，發(fā)現(xiàn)諸多問題，如臺(tái)風(fēng)期間的設(shè)備損壞嚴(yán)重、噪音大，影 響人員正常休息；對通信設(shè)備的干擾，使得某些設(shè)備無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2002年，在西軍電、西 交大、上復(fù)旦、上同濟(jì)等高校一批專家的配合下，上海模斯電子設(shè)備有限公司(MUCE)成功 研制出了世界上第一臺(tái)新型(H型)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，并于2002年底通過了各項(xiàng)測試，并 達(dá)到了各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求。2002年底至今，MUCE先后在部隊(duì)安裝了 60多套垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī) 和風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)。 綜上所述，太陽能與風(fēng)能混合供電系統(tǒng)主要應(yīng)用于自動(dòng)氣象站和軍事領(lǐng)域，存在 造價(jià)高、系統(tǒng)復(fù)雜、維護(hù)困難等問題。普通科研院所和高校實(shí)驗(yàn)室，缺少具備功能先進(jìn)、價(jià)格 較低、維護(hù)工作量小等特點(diǎn)的能夠?qū)貪穸鹊拳h(huán)境因子自動(dòng)監(jiān)測的自供電無線系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能和風(fēng)能混合供電的環(huán)境因子監(jiān)測系統(tǒng)，以解決 在野外和山區(qū)進(jìn)行環(huán)境因子監(jiān)測時(shí)的供電問題，并且達(dá)到功能先進(jìn)、價(jià)格較低、維護(hù)工作量 小等要求。 本發(fā)明太陽能和風(fēng)能混合供電的環(huán)境因子監(jiān)測系統(tǒng)由各監(jiān)測點(diǎn)系統(tǒng)和主控制盒 系統(tǒng)及能源部分組成，各監(jiān)測點(diǎn)系統(tǒng)包括單片機(jī)、無線模塊、溫濕度傳感器和霍爾傳感器； 主控制盒系統(tǒng)包括單片機(jī)、無線模塊、短信模塊和存儲(chǔ)模塊；各監(jiān)測點(diǎn)和主控制盒的能源部 分都由能量轉(zhuǎn)換部分和能量存儲(chǔ)部分組成，能量轉(zhuǎn)換部分包括風(fēng)能發(fā)電機(jī)和太陽能板，能 量轉(zhuǎn)換部分將太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，并且在能量存?chǔ)部分保存，以保證系統(tǒng)的持續(xù)供電；各組成部分按常規(guī)連接，霍爾傳感器安裝在風(fēng)能發(fā)電機(jī)的扇葉部位。
各監(jiān)測點(diǎn)系統(tǒng)的功能是檢測各點(diǎn)的溫濕度值和風(fēng)速值，并通過無線模塊自動(dòng)發(fā)送 到主控制盒；主控制盒系統(tǒng)的功能是通過無線模塊收集各監(jiān)測點(diǎn)的溫濕度和風(fēng)速值，并將 數(shù)據(jù)存在存儲(chǔ)模塊中；當(dāng)用戶通過手機(jī)發(fā)短信時(shí)，主控制盒調(diào)用存儲(chǔ)模塊中的溫濕度和風(fēng) 速值，自動(dòng)發(fā)送短信到用戶的的手機(jī)上。 本發(fā)明太陽能和風(fēng)能混合供電的環(huán)境因子監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)如下功能 1、將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫濕度通過無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞讲杉⒋鎯?chǔ)
在主控盒內(nèi)，用戶可用手機(jī)發(fā)短信查詢，也可從存儲(chǔ)芯片中將數(shù)據(jù)拷貝出來； 2、主控盒和各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的電源由太陽能和風(fēng)能混合供應(yīng)； 3、在風(fēng)能發(fā)電機(jī)的扇葉部位安裝霍爾傳感器，在風(fēng)能發(fā)電的同時(shí)檢測風(fēng)速； 更進(jìn)一步優(yōu)選配置如下 以STC89C58單片機(jī)為核心，采用SHT10型溫濕度一體傳感器和霍爾傳感器為環(huán)境 因子檢測部分；無線模塊采用RFM12型射頻無線模塊；存儲(chǔ)芯片采用RM31256芯片(容量為 256K)，該芯片同時(shí)具備實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和FRAM非易失性存儲(chǔ)部分；短信查詢功能由西門子 公司的TC35模塊來實(shí)現(xiàn)；太陽能板采用多晶太陽能板，可提供12V電源，設(shè)計(jì)壽命25年；風(fēng) 力發(fā)電機(jī)采用田宮環(huán)翼風(fēng)力發(fā)電機(jī) 風(fēng)速1. 2米/秒(4. 3公里/小時(shí))-2倍速，約2. 6mW
風(fēng)速3. 3米/秒(11. 9公里/小時(shí))-3倍速，約38mW
風(fēng)速5米/秒(18公里/小時(shí))-3倍速，約54mW


圖1為主控盒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖2為監(jiān)測點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，本系統(tǒng)特別適用于野外山間電源無法供應(yīng)的地方，可以將溫濕 度和風(fēng)速等環(huán)境因子通過無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送回來。同時(shí)系統(tǒng)采用了功耗低、傳輸距離遠(yuǎn) 的RF12射頻無線模塊，保證了監(jiān)測范圍覆蓋一定區(qū)域，具有傳輸距離遠(yuǎn)、穿透力強(qiáng)、編程簡 單等特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
以STC89C58單片機(jī)為核心，采用SHT10溫濕度一體傳感器作為信號(hào)采集部分，各 監(jiān)測點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸采用RFM12型射頻無線模塊；I2C 口接FM31256芯片作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (RTC)和FRAM非易失性存儲(chǔ)部分；串口接TC35模塊，可供用戶短信查詢；電源部分采用太 陽能和風(fēng)能混合發(fā)電。 其中FM31256芯片的256K鐵電非易失性RAM功能是作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分，它具有斷 電數(shù)據(jù)自動(dòng)保存功能，可供無限次寫入，同時(shí)還具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷功能，可以為單片機(jī)提 供系統(tǒng)時(shí)間，這樣就可以簡化硬件結(jié)構(gòu)、降低系統(tǒng)成本；瑞士產(chǎn)SHT10數(shù)字溫濕度傳感器具 有極高的可靠性，全量程標(biāo)定，可測量溫度范圍是-40 +123. 8°C ;濕度范圍0 100% RH。環(huán)翼風(fēng)力發(fā)電機(jī)獨(dú)特的刀片形狀來自TS區(qū)URI出公司的最新技術(shù)，振動(dòng)小、運(yùn)行更安 靜，小風(fēng)力發(fā)電性能顯著；太陽能板采用多晶太陽能板，可提供12V電源，設(shè)計(jì)壽命25年。
權(quán)利要求
一種太陽能與風(fēng)能混合供電的環(huán)境因子無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)由各監(jiān)測點(diǎn)系統(tǒng)和主控制盒系統(tǒng)及能源部分組成，各監(jiān)測點(diǎn)系統(tǒng)包括單片機(jī)、無線模塊、溫濕度傳感器和霍爾傳感器；主控制盒系統(tǒng)包括單片機(jī)、無線模塊、短信模塊和存儲(chǔ)模塊；各監(jiān)測點(diǎn)和主控制盒的能源部分都由能量轉(zhuǎn)換部分和能量存儲(chǔ)部分組成，能量轉(zhuǎn)換部分包括風(fēng)能發(fā)電機(jī)和太陽能板，能量轉(zhuǎn)換部分將太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，并且在能量存?chǔ)部分保存，以保證系統(tǒng)的持續(xù)供電；各組成部分按常規(guī)連接，霍爾傳感器安裝在風(fēng)能發(fā)電機(jī)的扇葉部位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，以STC89C58單片機(jī)為核心，采用SHT10型 溫濕度一體傳感器和霍爾傳感器為環(huán)境因子檢測部分；無線模塊采用RFM12型射頻無線模 塊；存儲(chǔ)芯片采用RM31256芯片，該芯片同時(shí)具備實(shí)時(shí)時(shí)鐘和FRAM非易失性存儲(chǔ)部分；短 信查詢功能由西門子公司的TC35模塊來實(shí)現(xiàn)；太陽能板采用多晶太陽能板；風(fēng)力發(fā)電機(jī)采 用田宮環(huán)翼風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
全文摘要
一種太陽能和風(fēng)能混合供電的環(huán)境因子無線監(jiān)測系統(tǒng)，由能源部分、單片機(jī)、傳感器、存儲(chǔ)芯片和無線模塊組成其中能源部分由能量轉(zhuǎn)換部分和能量存儲(chǔ)部分組成，能量轉(zhuǎn)換部分將太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，并且在能量存?chǔ)部分保存，以保證系統(tǒng)的持續(xù)供電；傳感器包括溫濕度一體傳感器和霍爾傳感器，后者用于測量風(fēng)速；無線模塊采用低功耗的RF12模塊，具有傳輸距離遠(yuǎn)、穿透力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。本系統(tǒng)特別適用于野外山間電源無法供應(yīng)的地方，可以將溫濕度和風(fēng)速等環(huán)境因子通過無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送回來。
文檔編號(hào)G01R33/00GK101739798SQ200910191720
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者凌松安, 姚亮, 李輝耀, 江偉, 王三根, 王紀(jì)元, 趙虎, 韓偉 申請人:西南大學(xué)