本发明公开了一种基于无线网络的太阳能智能收集利用装置及控制方法，装置包括太阳能电池板、储电子系统以及电源管理子系统，所述储电子系统、电源管理子系统安装在装置内部，太阳能电池板安装在装置的外部；所述太阳能电池板配装无线微控制器，将太阳能电池板的属性通过AD_HOC网络传递给电源管理子系统，所述储电子系统包括多个相同的储电子节点，每个储电子节点均与电源管理子系统连接；所述方法是：将收集起来的太阳能转化为电能，根据电量输入状况和储电子系统上传的数据，动态调整充电策略；根据用电需求与储电子系统上传的数据动态调整放电策略。本发明可以实现储电子节点的快速组网，最大限度提高能量利用率和设备供电的稳定性。
1.基于无线网络的太阳能智能收集利用装置，其特征在于，包括太阳能电池板、储电子系统以及电源管理子系统，所述储电子系统、电源管理子系统安装在装置内部，太阳能电池板安装在装置的外部；所述太阳能电池板配装无线微控制器，将太阳能电池板的属性通过AD_HOC网络传递给电源管理子系统，所述储电子系统包括多个相同的储电子节点，每个储电子节点均与电源管理子系统连接；所述电源管理子系统包括电源管理单元、电调阵列单元以及通信管理单元，所述电源管理单元获取通信管理单元所接收的数据，根据所接收的数据，产生控制信号，控制电调阵列单元产生相应的通断，实现太阳能板转换电流的进入、储电子节点的充放电、用电设备的接入与断开，同时可以控制通信管理单元发送控制数据；
所述电调阵列单元包括多个相同的电调模块，电调模块接收电源管理单元的控制信号，产生相应的通断；所述储电子节点包括微波通信单元、微处理器单元、传感器单元以及锂电池，所述微波通信单元以无线方式与其他储电子节点的微波通信单元和电源管理子系统的通信管理单元组成AD_HOC网络，数据包以协作通信的机制投递，将微处理器单元的数据上传，并且能接收数据，将数据传递给微处理器单元；所述微处理器单元含有内部存储模块，能实时采集传感器单元的数据传递和接收数据；所述传感器单元包括电压采集接口和温度传感器，分别用于采集电压值和温度值。
2.根据权利要求1所述的基于无线网络的太阳能智能收集利用装置，其特征在于，所述内部存储模块内存储锂电池的型号、充电制式及放电制式，所述传感器单元的数据包括锂电池的温度和电压。
3.根据权利要求1所述的基于无线网络的太阳能智能收集利用装置，其特征在于，所述通信管理单元包括外部通信子单元和内部路由单元，所述外部通信子单元包括外部微波通信子单元和供电通信子单元，所述外部微波通信子单元以AD_HOC的形式与内部路由单元和各个储电子节点组成网络，数据包以协作通信的机制投递，将供电通信子单元的数据上传，并且能接收数据，将数据传递给供电通信子单元；所述内部路由单元由微波接收发送模块组成，其中微波接收发送模块包含天线和微波处理模块。
4.根据权利要求3所述的基于无线网络的太阳能智能收集利用装置，其特征在于，所述供电通信子单元与供电设备进行通信，将供电设备所上传的数据传递给外部微波通信子单元。
5.根据权利要求1所述的基于无线网络的太阳能智能收集利用装置的控制方法，其特征在于，包括下属步骤：
(1)装置启动前，电源管理单元将由各个储电子节点上传的数据进行分析，若总电量过低则发出装置失效预警；
(2)装置启动时，电源管理单元产生控制信号，控制电调阵列接入太阳能板，电源管理单元采集各个储电子节点上传的数据，由内置充电决策计算出应当接入的最佳储电子节点；
(3)基于(2)电源管理单元产生控制信号，使电调阵列单元产生相应动作，接入相应储电子节点；
(4)基于(3)微波通信单元接收内部路由单元的控制数据，并且将控制数据传递至微处理器单元；
(5)基于(4)微处理器单元实时采集传感器单元的所检测的数据，并产生控制信号，使微波通信单元发送数据；
(6)基于(5)若电源管理单元接收到储电子节点连续处于锂电池工作的临界温度数据，电源管理单元产生控制信号，使电调阵列产生相应动作，断开相应储电子节点的接入；
(7)基于(6)相应储电子节点的微处理器单元产生控制信号，使得其微波通信单元退出网络，并同时监测传感器单元所采集的数据，如果锂电池的温度连续处于低于临界温度的情况，储电子节点的微处理器单元产生控制信号，使得微波通信单元重新加入网络；
(8)基于(5)电源管理单元接收到储电子节点电量处于充满状态的数据，将产生控制信号，使电调阵列产生相应动作，断开储电子节点接入，并重新计算充电策略，对储电子节点进行充电，直至全部储电子节点处于充满状态；
(9)装置供电时，供电通信子单元与用电设备进行通信，将供电设备所上传的数据传递给外部微波通信子单元，外部微波通信子单元将数据上传到内部路由单元；
(10)基于(9)内部路由单元将接收的供电需求数据传递给电源管理单元，电源管理单元根据供电分配决策选择储电组节点接入进行供电；
(11)基于(10)若电源管理单元接收到储电子节点连续处于锂电池工作的临界电压或温度数据，电源管理单元产生控制信号，使电调阵列产生相应动作，断开相应储电子节点的接入；
(12)基于(11)相应储电子节点的微处理器单元产生控制信号，使得其微波通信单元退出网络，并同时监测传感器单元所采集的数据，如果锂电池的温度或电压连续处于远离临界的情况，储电子节点的微处理器单元产生控制信号，使得微波通信单元重新加入网络；
(13)基于(10)如果根据供电决策无法选择合适的储电子节点接入供电，电源管理单元将由通信管理单元向用电设备发送电量不足警报，断开接入储电子节点，停止供电。
6.根据权利要求5所述的基于无线网络的太阳能智能收集利用装置的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，充电决策为根据输入的电流动态调整储电子节点的接入数，储电组节点的接入优先性以储电子节点的剩余电量为依据,以剩余电量较大的储电子节点为优先，且温度远低于临界温度者优先。
7.根据权利要求5所述的基于无线网络的太阳能智能收集利用装置的控制方法，其特征在于，所述步骤(10)中，供电决策为根据供电需求，选择储电子节点的接入数，储电子节点的接入优先性以储电组节点的剩余电量为依据,以剩余电量较大的储电子节点为优先，且温度远低于临界温度者优先，如果供电需求大于所有储电子节点的同时工作的供电能力，将停止供电。
8.根据权利要求5所述的基于无线网络的太阳能智能收集利用装置的控制方法，其特征在于，所述如果所有的储电子节点电量均充满电，且太阳能电池板输出功率、电压与负载需求匹配，则由太阳能电池板直接向负载供电，所述输出功率由用户设定或自动检测。
9.根据权利要求5所述的基于无线网络的太阳能智能收集利用装置的控制方法，其特征在于，如果所有的储电子节点均为低电量状态，优先充满容量最小的储电子节点充电，保证系统电压稳定。
基于无线网络的太阳能智能收集利用装置及控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及农业太阳能研究领域，特别涉及一种基于无线网络的太阳能智能收集利用装置及控制方法。
背景技术
[0002] 目前，太阳能的储存和利用是农业设备在农田中进行长期运行工作的一个重要阶段，太阳能有效地储存和利用是农业设备延长续航能力的关键。太阳能的储存方式可以归纳为由直接给蓄电池充电、电源管理芯片充电等类型，太阳能的充电效率比较低主要由于太阳能的存储无法根据太阳能动态调整储存方式，太阳能储存后的利用需要靠人工来转接。无法根据农业设备的用电需求自主调整供电能力，因此需要寻找一种能够基于无线网络的太阳能智能收集与利用装置及控制方法。
发明内容
[0003] 本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于无线网络的可以有效提高太阳能储电和利用效率的太阳能智能收集利用装置。
[0004] 本发明的另一目的在于，提供一种基于线网络的太阳能智能收集利用装置的控制方法。
[0005] 为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 基于无线网络的太阳能智能收集利用装置，包括太阳能电池板、储电子系统以及电源管理子系统，所述储电子系统、电源管理子系统安装在装置内部，太阳能电池板安装在装置的外部；所述太阳能电池板配装无线微控制器，将太阳能电池板的属性通过AD_HOC网络传递给电源管理子系统，所述储电子系统包括多个相同的储电子节点，每个储电子节点均与电源管理子系统连接；所述电源管理子系统包括电源管理单元、电调阵列单元以及通信管理单元，所述电源管理单元获取通信管理单元所接收的数据，根据所接收的数据，产生控制信号，控制电调阵列单元产生相应的通断，实现太阳能板转换电流的进入、储电子节点的充放电、用电设备的接入与断开，同时可以控制通信管理单元发送控制数据；所述电调阵列单元包括多个相同的电调模块，电调模块接收电源管理单元的控制信号，产生相应的通断。
[0007] 优选的，所述储电子节点包括微波通信单元、微处理器单元、传感器单元以及锂电池，所述微波通信单元以无线方式与其他储电子节点的微波通信单元和电源管理子系统的通信管理单元组成AD_HOC网络，数据包以协作通信的机制投递，将微处理器单元的数据上传，并且能接收数据，将数据传递给微处理器单元；所述微处理器单元含有内部存储模块，能实时采集传感器单元的数据传递和接收数据；所述传感器单元包括电压采集接口和温度传感器，分别用于采集电压值和温度值。
[0008] 优选的，所述内部存储模块内存储锂电池的型号、充电制式及放电制式，所述传感器单元的数据包括锂电池的温度和电压。
[0009] 优选的，所述通信管理单元包括外部通信子单元和内部路由单元，所述外部通信子单元包括外部微波通信子单元和供电通信子单元，所述外部微波通信子单元以AD_HOC的形式与内部路由单元和各个储电子节点组成网络，数据包以协作通信的机制投递，将供电通信子单元的数据上传，并且能接收数据，将数据传递给供电通信子单元；所述内部路由单元由微波接收发送模块组成，其中微波接收发送模块包含天线和微波处理模块。
[0010] 优选的，所述供电通信子单元与供电设备进行通信，将供电设备所上传的数据传递给外部微波通信子单元。
[0011] 为了达到上述第二目的，本发明采用以下技术方案：
[0012] 基于无线网络的太阳能智能收集利用装置的控制方法，包括下属步骤：
[0013] (1)装置启动前，电源管理单元将由各个储电子节点上传的数据进行分析，若总电量过低则发出装置失效预警；
[0014] (2)装置启动时，电源管理单元产生控制信号，控制电调阵列接入太阳能板，电源管理单元采集各个储电子节点上传的数据，由内置充电决策计算出应当接入的最佳储电子节点；
[0015] (3)基于(2)电源管理单元产生控制信号，使电调阵列单元产生相应动作，接入相应储电子节点；
[0016] (4)基于(3)微波通信单元接收内部路由单元的控制数据，并且将控制数据传递至微处理器单元；
[0017] (5)基于(4)微处理器单元实时采集传感器单元的所检测的数据，并产生控制信号，使微波通信单元发送数据；
[0018] (6)基于(5)若电源管理单元接收到储电子节点连续处于锂电池工作的临界温度数据，电源管理单元产生控制信号，使电调阵列产生相应动作，断开相应储电子节点的接入；
[0019] (7)基于(6)相应储电子节点的微处理器单元产生控制信号，使得其微波通信单元退出网络，并同时监测传感器单元所采集的数据，如果锂电池的温度连续处于低于临界温度的情况，储电子节点的微处理器单元产生控制信号，使得微波通信单元重新加入网络；
[0020] (8)基于(5)电源管理单元接收到储电子节点电量处于充满状态的数据，将产生控制信号，使电调阵列产生相应动作，断开储电子节点接入，并重新计算充电策略，对储电子节点进行充电，直至全部储电子节点处于充满状态；
[0021] (9)装置供电时，供电通信子单元与用电设备进行通信，将供电设备所上传的数据传递给外部微波通信子单元，外部微波通信子单元将数据上传到内部路由单元；
[0022] (10)基于(9)内部路由单元将接收的供电需求数据传递给电源管理单元，电源管理单元根据供电分配决策选择储电组节点接入进行供电；
[0023] (11)基于(10)若电源管理单元接收到储电子节点连续处于锂电池工作的临界电压或温度数据，电源管理单元产生控制信号，使电调阵列产生相应动作，断开相应储电子节点的接入；
[0024] (12)基于(11)相应储电子节点的微处理器单元产生控制信号，使得其微波通信单元退出网络，并同时监测传感器单元所采集的数据，如果锂电池的温度或电压连续处于远离临界的情况，储电子节点的微处理器单元产生控制信号，使得微波通信单元重新加入网络；
[0025] (13)基于(10)如果根据供电决策无法选择合适的储电子节点接入供电，电源管理单元将由通信管理单元向用电设备发送电量不足警报，断开接入储电子节点，停止供电。
[0026] 优选的，所述步骤(2)中，充电决策为根据输入的电流动态调整储电子节点的接入数，储电组节点的接入优先性以储电子节点的剩余电量为依据,以剩余电量较大的储电子节点为优先，且温度远低于临界温度者优先。
[0027] 优选的，所述步骤(10)中，供电决策为根据供电需求，选择储电子节点的接入数，储电子节点的接入优先性以储电组节点的剩余电量为依据,以剩余电量较大的储电子节点为优先，且温度远低于临界温度者优先；如果供电需求大于所有储电子节点的同时工作的供电能力，将停止供电。
[0028] 优选的，所述如果所有的储电子节点电量均充满电，且太阳能电池板输出功率、电压与负载需求匹配，则由太阳能电池板直接向负载供电，所述输出功率由用户设定或自动检测。
[0029] 优选的，如果所有的储电子节点均为低电量状态，优先充满容量最小的储电子节点充电，保证系统电压稳定。
[0030] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0031] 1、针对目前用于太阳能储电的装置在充电过程中难以有效地根据采集太阳能的强弱灵活调整充电策略，使得太阳能的采集更加有效，太阳能在利用方面无法根据用电设备的用电需求动态改变供电能力，难以使得太阳能的利用更加高效。本发明装置通过控制电调阵列单元进入太阳能电池板，然后根据电源管理子系统与储电子系统构成的内部无线网络，感知储电子系统的电量余量状况，灵活分配储电子节点数，提高了太阳能利用的效率，并可以延长装置的使用寿命。
[0032] 2、本发明方法通过与用电设备进行通信，获取用电设备的供电需求，根据用电设备的用电需求，灵活调整储电子系统的储电子节点接入数，最大限度的提高电能的利用效率，避免因为电源不稳定对用电设备造成不可逆损害。本装置具有较高的控制速度，较高的控制精度，适合在农田用电设备上使用，且可提高用电设备的使用寿命。
附图说明
[0033] 图1是本发明装置的总体示意图。
[0034] 图2是本发明装置的储电子节点电路连接关系示意图。
[0035] 图3是本发明装置的电源管理子系统电路连接关系示意图。
具体实施方式
[0036] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0037] 实施例
[0038] 现有技术中，用于太阳能存储和利用的控制方式，充电类型为直接充入式，太阳能通过电源管理芯片直接充入蓄电池；利用类型为直接接入式，直接将用电设备接入，电池通过电源管理芯片给用电设备供电。但是对于输入电流不稳定的太阳能电池板，无法灵活调整充电，容易造成电能充入的效率不高；对于供电设备不同工作状态下，所需电能的不同做出调整，容易造成电能的浪费。
[0039] 目前，太阳能的储存和利用是农业设备在农田中进行长期运行工作的一个重要阶段，太阳能有效地储存和利用是农业设备延长续航能力的关键。太阳能的储存方式可以归纳为由直接给蓄电池充电、电源管理芯片充电等类型，太阳能的充电效率比较低主要由于太阳能的存储无法根据太阳能动态调整储存方式，太阳能储存后的利用需要靠人工来转接。无法根据农业设备的用电需求自主调整供电能力，因此需要寻找一种基于无线网络的太阳能智能收集与利用装置及控制方法。
[0040] 本实施例所述基于无线网络的太阳能智能收集利用装置，如图1所示，包括储电子节点1、储电子节点2、储电子节点n、电源管理子系统3、用电设备4、太阳能电池板5。其中太阳能电池板5安装装置的外部，其中储电子节点1、储电子节点2、储电子节点n、电源管理子系统3安装在装置的内部。所述太阳能电池板配装无线微控制器，将太阳能电池板的属性(输出功率、额定电压等)通过AD_HOC网络传递给电源管理子系统，所述储电子系统包括多个相同的储电子节点，每个储电子节点均与电源管理子系统连接。
[0041] 如图1所示，用于基于无线网络的太阳能智能收集利用装置中，所述电源管理子系统包括电源管理单元、电调阵列单元以及通信管理单元，所述电源管理单元获取通信管理单元所接收的数据，根据所接收的数据，产生控制信号，控制电调阵列单元产生相应的通断，实现太阳能板转换电流的进入、储电子节点的充放电、用电设备的接入与断开，同时可以控制通信管理单元发送控制数据；所述电调阵列单元包括多个相同的电调模块，电调模块接收电源管理单元的控制信号，产生相应的通断。所述电源管理子系统3在装置开启后会控制电调阵列单元产生相应动作，使得电流通过电源管理子系统3进入储电子节点1、储电子节点2等n个储电子节点；同时电源管理子系统会控制点条真理单元产生相应动作，使得储电子节点1、储电子节点2等n个储电子节点接入为用电设备提供电能。所述太阳能电池板配装无线微控制器，所述无线微控制器由微波接收发送模块组成，其中微波接收发送模块包含天线和微波处理模块，可采用SMA--A-B-N(2.4GHz天线)、CC2530(集成微波发送模块、微波接收模块)。
[0042] 所述储电子节点包括微波通信单元、微处理器单元、传感器单元以及锂电池，所述微波通信单元通过无线方式与其他节点通信单元连接组成AD_HOC网络，数据包以协作通信的机制投递，将微处理器单元的数据上传，并且能接收数据，将数据传递给微处理器单元；所述微处理器单元含有内部存储模块，能实时采集传感器单元的数据传递和接收数据；所述传感器单元包括电压采集接口和温度传感器，分别用于采集电压值和温度值。所述内部存储模块内存储锂电池的型号、充电制式及放电制式，所述传感器单元的数据包括锂电池的温度和电压。
[0043] 如图2所示，所述微波通信单元由微波接收发送模块组成，其中微波接收发送模块包含天线和微波处理模块，可采用SMA--A-B-N(2.4GHz天线)、CC2530(集成微波发送模块、微波接收模块)。
[0044] 本实施例中，所述微处理器单元采用采用STM32F4xxx系列单片机，当然其他类型的单片机也同样适用于本发明，不限于上述列举的类型。
[0045] 如图3所示，所述通信管理单元包括外部通信子单元和内部路由单元，所述外部通信子单元包括外部微波通信子单元和供电通信子单元，所述外部微波通信子单元以AD_HOC的形式与内部路由单元和各个储电子节点组成网络，数据包以协作通信的机制投递，将供电通信子单元的数据上传，并且能接收数据，将数据传递给供电通信子单元，所述通信管理单元由外部通信子单元和内部路由单元组成，所述内部路由单元由微波接收发送模块组成，其中微波接收发送模块包含天线和微波处理模块，可采用SMA--A-B-N(2.4GHz天线)、CC2530(集成微波发送模块、微波接收模块)。所述外部微波通信子单元由微波接收发送模块组成，其中微波接收发送模块包含天线和微波处理模块，可采用SMA--A-B-N(2.4GHz天线)、CC2530(集成微波发送模块、微波接收模块)。所述供电通信子单元采用STM32F4xxx系列单片机。
[0046] 一种基于无线网络的太阳能智能收集与利用装置的控制方法，该方法是：将收集起来的太阳能转化为电能，根据电量输入状况和储电子系统上传的数据(包括各个储电子节点数据(各节点锂电池的型号、充电制式、放电制式、电量余量、实时温度和电压等)和已接入的储电子节点数)，动态调整充电策略；根据用电需求与储电子系统上传的数据(包括各个储电子节点数据和储电子节点接入数)，动态调整放电策略。本发明可以实现储电子节点的快速组网，最大限度提高能量利用率和设备供电的稳定性。具体包括以下步骤：
[0047] (1)装置启动前，电源管理单元将由各个储电子节点上传的数据进行分析，若总电量过低则发出装置失效预警(声、光、通信信令)；
[0048] (2)装置启动时，电源管理单元产生控制信号，控制电调阵列接入太阳能板，电源管理单元采集各个储电子节点上传的数据，由内置充电决策计算出应当接入的最佳储电子节点。
[0049] (3)基于(2)电源管理单元产生控制信号，使电调阵列单元产生相应动作，接入相应储电子节点。
[0050] (4)基于(3)微波通信单元接收内部路由单元的控制数据，并且将控制数据传递至微处理器单元。
[0051] (5)基于(4)微处理器单元实时采集传感器单元的所检测的数据(包括温度和电压)，并产生控制信号，使微波通信单元发送数据。
[0052] (6)基于(5)若电源管理单元接收到储电子节点连续处于锂电池工作的临界温度数据，电源管理单元产生控制信号，使电调阵列产生相应动作，断开相应储电子节点的接入。
[0053] (7)基于(6)相应储电子节点的微处理器单元产生控制信号，使得其微波通信单元退出网络，并同时监测传感器单元所采集的数据，如果锂电池的温度连续处于低于临界温度的情况，储电子节点的微处理器单元产生控制信号，使得微波通信单元重新加入网络。
[0054] (8)基于(5)电源管理单元接收到储电子节点电量处于充满状态的数据，将产生控制信号，使电调阵列产生相应动作，断开储电子节点接入，并重新计算充电策略，对储电子节点进行充电，直至全部储电子节点处于充满状态。
[0055] (9)装置供电时，供电通信子单元与用电设备进行通信，将供电设备所上传的数据传递给外部微波通信子单元，外部微波通信子单元将数据上传到内部路由单元。
[0056] (10)基于(9)内部路由单元将接收的供电需求数据传递给电源管理单元，电源管理单元根据供电分配决策选择储电组节点接入进行供电。
[0057] (11)基于(10)若电源管理单元接收到储电子节点连续处于锂电池工作的临界电压或温度数据，电源管理单元产生控制信号，使电调阵列产生相应动作，断开相应储电子节点的接入。
[0058] (12)基于(11)相应储电子节点的微处理器单元产生控制信号，使得其微波通信单元退出网络，并同时监测传感器单元所采集的数据，如果锂电池的温度或电压连续处于远离临界的情况，储电子节点的微处理器单元产生控制信号，使得微波通信单元重新加入网络。
[0059] (13)基于(10)如果根据供电决策无法选择合适的储电子节点接入供电，电源管理单元将由通信管理单元向用电设备发送电量不足警报，断开接入储电子节点，停止供电。
[0060] 所述步骤(2)中，充电决策为根据输入的电流动态调整储电子节点的接入数，储电组节点的接入优先性以储电子节点的剩余电量为依据,以剩余电量较大的储电子节点为优先，且温度远低于临界温度者优先。
[0061] 所述步骤(10)中，供电决策为根据供电需求，选择储电子节点的接入数，储电子节点的接入优先性以储电组节点的剩余电量为依据,以剩余电量较大的储电子节点为优先，且温度远低于临界温度者优先。如果供电需求大于所有储电子节点的同时工作的供电能力，将停止供电。
[0062] 所述步骤(13)中，所接入本系统的用电设备均集成电源稳压模块。
[0063] 本实施例中，所述如果所有的储电子节点电量均充满电，且太阳能电池板输出功率(由用户设定或自动检测)、电压与负载需求匹配，则由太阳能电池板直接向负载供电。如果所有的储电子节点均为低电量状态，优先充满容量最小的储电子节点充电，保证系统电压稳定。
[0064] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
