水稻自動化種植太陽能供電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水稻自動化種植領(lǐng)域，尤其涉及水稻自動種植設(shè)備的太陽能供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]中國是自古以來種植水稻的農(nóng)業(yè)大國，水稻種植范圍廣闊，目前水稻生產(chǎn)已經(jīng)從傳統(tǒng)的人工勞動方式發(fā)展到了現(xiàn)在機(jī)械化、自動化種植方式，無線通訊和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制使得水稻生產(chǎn)自動化水平進(jìn)一步提高。當(dāng)前的水稻自動化種植主要包括了自動化灌溉施月巴、田間照明、視頻監(jiān)控等，這些自動化設(shè)備都需要穩(wěn)定的電力供應(yīng)，而傳統(tǒng)的供電方式多為使用電網(wǎng)電力進(jìn)入田間供電，這樣需要鋪專用的供電線路，造成成本的增加，并且220V供電有一定的漏電危險性。而且自動化種植所需的設(shè)備其對電源的要求僅為24V左右電壓，并且所需功率較小，沒有必要使用電網(wǎng)供電。根據(jù)水稻自動化種植設(shè)備的供電需求，可以設(shè)計(jì)出一種分布式低電壓、小功率的太陽能發(fā)電系統(tǒng)為水稻的自動化種植設(shè)備提供電力，并且該系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程監(jiān)控工作狀態(tài)，在故障時及時維護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，是針對上述存在的技術(shù)不足，提供了水稻自動化種植太陽能供電系統(tǒng)，采用了太陽能發(fā)電模塊、解決了傳統(tǒng)供電系統(tǒng)需要鋪設(shè)專用電纜的問題，采用單片機(jī)控制解決了供電設(shè)備輸入輸出電壓監(jiān)測和過壓過流保護(hù)的問題，采用了蓄電池太陽能電池板兩種供電方式解決了太陽能受光照條件影響大的問題，采用了無線通信模塊構(gòu)成無限通信網(wǎng)絡(luò)的方法解決了遠(yuǎn)程監(jiān)控供電系統(tǒng)工作狀態(tài)的問題。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:包括太陽能電池板、DC-DC變換器主電路、控制模塊、蓄電池充電電路、蓄電池、無線通信模塊、串口轉(zhuǎn)USB接口模塊、PC終端;太陽能電池板為DC-DC變換器主電路、控制模塊提供最大48V電壓;控制模塊連接DC-DC變換器主電路監(jiān)測其輸入輸出電壓，產(chǎn)生PWM信號驅(qū)動主電路MOS管，將DC-DC主電路工作狀態(tài)通過串口傳送給無線通信模塊;DC-DC變換器主電路產(chǎn)生24V及12V輸出連接用電設(shè)備，同時通過蓄電池充電電路給蓄電池充電；蓄電池連接用電設(shè)備提供24V或12V電壓;無線通信模塊通過無線通信相連，通過串口轉(zhuǎn)USB接口模塊將系統(tǒng)工作狀態(tài)用USB口傳送給PC終端。
[0005]DC-DC變換器主電路包括輸入端口P1、輸入濾波電容C14、RCD吸收網(wǎng)絡(luò)、MOS管Ql、高頻變壓器T、原端電流采樣電阻、24V輸出整流電路、12V輸出整流電路。輸入濾波電容C14并聯(lián)在輸入端口，由C15、R21、D3組成的RCD吸收網(wǎng)絡(luò)與高頻變壓器T的原端并聯(lián)，一端接在輸入端口的正極一端接在MOS管Ql的漏極，MOS管的源級連接原端電流采樣電阻，高頻變壓器的兩個副端分別連接24V輸出整流電路和12V輸出整流電路，MOS管的柵極通過R1、R7、C1連接控制模塊以控制MOS管Ql的通斷。
[0006]控制模塊包括輔助電源、單片機(jī)、M0S管驅(qū)動電路、輸入電壓采樣、24V輸出電壓采樣、12V輸出電壓采樣、工作指示LED燈;輔助電源一端連接太陽能電池板，一端輸出15V及3.3V為單片機(jī)、MOS管驅(qū)動電路、無線通信模塊供電；輔助電源的輸入端與地之間串聯(lián)R10、R13組成輸入電壓采樣通過R13連接單片機(jī)的PAO 口，DC-DC變換器主電路的24V輸出與地之間串聯(lián)R4、R16，組成24V輸出電壓采樣通過R8與單片機(jī)PAl 口連接;DC-DC變換器主電路的12 V輸出與地之間串聯(lián)R5、Rl 7，組成12 V輸出電壓采樣通過R9與單片機(jī)PA2 口連接，PA3 口連接DC-DC變換器主電路上的原端電流采樣電阻，PA8 口連接MOS管驅(qū)動電路，PB6和PB7串口引腳連接無線通信模塊，PB9連接工作指示LED燈。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述的太陽能電池板為輸出電壓為最大48V功率100W的太陽能電池組。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述的DC-DC變換器主電路采用反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，48V輸入，24V/1A 及 12V/3A 輸出。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述的蓄電池為12V蓄電池;無線通信模塊為APC220-43。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述的控制模塊控制模塊中的輔助電源為LM5017芯片搭建的降壓穩(wěn)壓電路，48V輸入通過輸入濾波電容C7、C6接到LM5017的VIN引腳，輸入與地之間串聯(lián)R13、R19作為低壓鎖定采樣接在低壓鎖定UVLO引腳，SW引腳接平波電感LI，L1的另一端為15V輸出，輸出與地之間串聯(lián)Rl2和Rl8作為輸出電壓反饋接到FB引腳D2陽極接15V輸出，陰極接VCC引腳在啟動后為LM5017供電，15V輸出為MOS管驅(qū)動電路中的NCP5181芯片供電，15V輸出連接LM1117-3.3的輸入端，在LMl 117的輸出端產(chǎn)生3.3V電壓為單片機(jī)供電；單片機(jī)為STM32R)51C單片機(jī);MOS管驅(qū)動電路為采用NCP5181芯片的MOS管驅(qū)動電路，輸入輸出電壓采樣為精密電阻分壓采樣。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)化本技術(shù)方案，蓄電池充電電路由DC-DC變換器主電路的24V輸出通過R28、Q2、R33為蓄電池充電同時通過R36、R37分壓連接到比較器LM339的反相輸入端，D6、D7串聯(lián)接在24V輸出與Q2基級間，通過R30與Q3接到地，7812輸入端與24V相接，輸出端提供精準(zhǔn)的12V基準(zhǔn)，通過R32和R35連接到比較器LM339的正向輸入端，比較器LM339的輸出端通過R34與Q3基級連接。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述的USB轉(zhuǎn)串口模塊，其特征在于:采用FT232RL芯片將串口信號轉(zhuǎn)為USB信號。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):1、使用太陽能電池板供電具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)；2、通過分布式的結(jié)構(gòu)使得對自動化種植系統(tǒng)區(qū)域化供電，供電系統(tǒng)區(qū)域化管理，省去了鋪設(shè)專門供電電纜的成本;3、蓄電池和太陽能電池板雙重供電，保證供電的連續(xù)性，在太陽光照不良好時也能持續(xù)供電；4、采用單片機(jī)STM32F051C對變換器進(jìn)行控制，精確且可以實(shí)時檢測輸入輸出電壓電流，進(jìn)行過壓過流保護(hù);5、通過無線通信模塊所有系統(tǒng)向PC終端傳輸工作狀態(tài)，可以隨時檢測系統(tǒng)工作狀態(tài)是否正常，方便維修和管理。
【附圖說明】
[0014]圖1是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是DC-DC變換器主電路圖；
圖3是控制電路電路圖；
圖4是無線通訊模塊電路圖；
圖5是蓄電池充電模塊電路圖； 圖6是串口轉(zhuǎn)USB接口電路圖。
[0015]圖中，1、太陽能電池板;2、DC_DC變換器主電路;3、控制模塊;4、蓄電池充電電路；
5、蓄電池;6、無線通信模塊;7、串口轉(zhuǎn)USB接口模塊;8、PC終端;9、R⑶吸收網(wǎng)絡(luò)；10、原端電流采樣電阻；11、24V輸出整流電路；12、12V輸出整流電路；13、輔助電源；14、單片機(jī)；15、M0S管驅(qū)動電路；16、輸入電壓采樣；17、24V輸出電壓采樣；18、12V輸出電壓采樣；19、工作指示LED 燈。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。
[0017]【具體實(shí)施方式】一:如圖1所示，包括太陽能電池板1、DC-DC變換器主電路2、控制模塊3、蓄電池充電電路4、蓄電池5、無線通信模塊6、串口轉(zhuǎn)USB接口模塊7、PC終端8;太陽能電池板I為DC-DC變換器主電路2、控制模塊3提供最大48V電壓;控制模塊3連接DC-DC變換器主電路2監(jiān)測其輸入輸出電壓，產(chǎn)生PffM信號驅(qū)動主電路MOS管，將DC-DC主電路2工作狀態(tài)通過串口傳送給無線通信模塊6;DC-DC變換器主電路2產(chǎn)生24V及12V輸出連接用電設(shè)備，同時通過蓄電池充電電路4給蓄電池5充電；蓄電池5連接用電設(shè)備提供24V或12V電壓;無線通信模塊6通過無線通信相連，通過串口轉(zhuǎn)USB接口模塊7將系統(tǒng)工作狀態(tài)用USB口傳送給PC終端8。太陽能電池板為輸出電壓為最大48V功率100W的太陽能電池組;DC-DC變換器主電路2采用反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，48V輸入，24V/1A及12V/3A輸出。蓄電池5為12V蓄電池;無線通信模塊6為APC220-43。
[0018]如圖2所示DC-DC變換器主電路包括輸入端口 P1、輸入濾波電容C14、RCD吸收網(wǎng)絡(luò)
9、MOS管Q1、高頻變壓器T、原端電流采樣電阻1、24V輸出整流電路11、12V輸出整流電路12。輸入濾波電容C14并聯(lián)在輸入端口，由C15、R21、D3組成的R⑶吸收網(wǎng)絡(luò)9與高頻變壓器T的原端并聯(lián)，一端接在輸入端口 Pl的正極接在MOS管Ql的漏極，MOS管的源級連接原端電流采樣電阻1，高頻變壓器的兩個副端分別連接24V輸出整流電路11和12V輸出整流電路12，MOS管的柵極通過R1、R7、C1連接控制模塊3。工作時48V輸入經(jīng)C14濾波到達(dá)變壓器的原端，通過103管叭的通斷，會在在變壓器副端產(chǎn)生交變電壓，經(jīng)04、05整流和(:17、(:16、021、022的濾波得到24V和12V的穩(wěn)定輸出，Cl 5、R21、D3組成的RCD吸收網(wǎng)絡(luò)9可以有效的防止MOS管QI關(guān)斷瞬間變壓器T原端電流過大導(dǎo)致的MOS管Ql損壞;R24、