水稻自动化种植太阳能供电系统技术方案

本发明专利技术涉及水稻自动化种植领域，尤其涉及水稻自动种植设备的太阳能供电系统。通过小型太阳能电池板对小片区域的自动化种植设备如灌溉用电磁阀、视频监控、照明设备进行供电，通过无线信号传输和USB接口在远程PC终端实现对供电系统的实时监测，节能环保，节约成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水稻自动化种植领域，尤其涉及水稻自动种植设备的太阳能供电系统。
技术介绍
中国是自古以来种植水稻的农业大国，水稻种植范围广阔，目前水稻生产已经从传统的人工劳动方式发展到了现在机械化、自动化种植方式，无线通讯和远程计算机控制使得水稻生产自动化水平进一步提高。当前的水稻自动化种植主要包括了自动化灌溉施肥、田间照明、视频监控等，这些自动化设备都需要稳定的电力供应，而传统的供电方式多为使用电网电力进入田间供电，这样需要铺专用的供电线路，造成成本的增加，并且220V供电有一定的漏电危险性。而且自动化种植所需的设备其对电源的要求仅为24V左右电压，并且所需功率较小，没有必要使用电网供电。根据水稻自动化种植设备的供电需求，可以设计出一种分布式低电压、小功率的太阳能发电系统为水稻的自动化种植设备提供电力，并且该系统可以远程监控工作状态，在故障时及时维护。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供了水稻自动化种植太阳能供电系统，采用了太阳能发电模块、解决了传统供电系统需要铺设专用电缆的问题，采用单片机控制解决了供电设备输入输出电压监测和过压过流保护的问题，采用了蓄电池太阳能电池板两种供电方式解决了太阳能受光照条件影响大的问题，采用了无线通信模块构成无限通信网络的方法解决了远程监控供电系统工作状态的问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：包括太阳能电池板、DC-DC变换器主电路、控制模块、蓄电池充电电路、蓄电池、无线通信模块、串口转USB接口模块、PC终端；太阳能电池板为DC-DC变换器主电路、控制模块提供最大48V电压；控制模块连接DC-DC变换器主电路监测其输入输出电压，产生PWM信号驱动主电路MOS管，将DC-DC主电路工作状态通过串口传送给无线通信模块；DC-DC变换器主电路产生24V及12V输出连接用电设备，同时通过蓄电池充电电路给蓄电池充电；蓄电池连接用电设备提供24V或12V电压；无线通信模块通过无线通信相连，通过串口转USB接口模块将系统工作状态用USB口传送给PC终端。DC-DC变换器主电路包括输入端口P1、输入滤波电容C14、RCD吸收网络、MOS管Q1、高频变压器T、原端电流采样电阻、24V输出整流电路、12V输出整流电路。输入滤波电容C14并联在输入端口，由C15、R21、D3组成的RCD吸收网络与高频变压器T的原端并联，一端接在输入端口的正极一端接在MOS管Q1的漏极，MOS管的源级连接原端电流采样电阻，高频变压器的两个副端分别连接24V输出整流电路和12V输出整流电路，MOS管的栅极通过R1、R7、C1连接控制模块以控制MOS管Q1的通断。控制模块包括辅助电源、单片机、MOS管驱动电路、输入电压采样、24V输出电压采样、12V输出电压采样、工作指示LED灯；辅助电源一端连接太阳能电池板，一端输出15V及3.3V为单片机、MOS管驱动电路、无线通信模块供电；辅助电源的输入端与地之间串联R10、R13组成输入电压采样通过R13连接单片机的PA0口，DC-DC变换器主电路的24V输出与地之间串联R4、R16，组成24V输出电压采样通过R8与单片机PA1口连接；DC-DC变换器主电路的12V输出与地之间串联R5、R17，组成12V输出电压采样通过R9与单片机PA2口连接，PA3口连接DC-DC变换器主电路上的原端电流采样电阻，PA8口连接MOS管驱动电路，PB6和PB7串口引脚连接无线通信模块，PB9连接工作指示LED灯。进一步优化本技术方案，所述的太阳能电池板为输出电压为最大48V功率100W的太阳能电池组。进一步优化本技术方案，所述的DC-DC变换器主电路采用反激式拓扑结构，48V输入，24V/1A及12V/3A输出。进一步优化本技术方案，所述的蓄电池为12V蓄电池；无线通信模块为APC220-43。进一步优化本技术方案，所述的控制模块控制模块中的辅助电源为LM5017芯片搭建的降压稳压电路，48V输入通过输入滤波电容C7、C6接到LM5017的VIN引脚，输入与地之间串联R13、R19作为低压锁定采样接在低压锁定UVLO引脚，SW引脚接平波电感L1，L1的另一端为15V输出，输出与地之间串联R12和R18作为输出电压反馈接到FB引脚D2阳极接15V输出，阴极接VCC引脚在启动后为LM5017供电，15V输出为MOS管驱动电路中的NCP5181芯片供电，15V输出连接LM1117-3.3的输入端，在LM1117的输出端产生3.3V电压为单片机供电；单片机为STM32F051C单片机；MOS管驱动电路为采用NCP5181芯片的MOS管驱动电路，输入输出电压采样为精密电阻分压采样。进一步优化本技术方案，蓄电池充电电路由DC-DC变换器主电路的24V输出通过R28、Q2、R33为蓄电池充电同时通过R36、R37分压连接到比较器LM339的反相输入端，D6、D7串联接在24V输出与Q2基级间，通过R30与Q3接到地，7812输入端与24V相接，输出端提供精准的12V基准，通过R32和R35连接到比较器LM339的正向输入端，比较器LM339的输出端通过R34与Q3基级连接。进一步优化本技术方案，所述的USB转串口模块，其特征在于：采用FT232RL芯片将串口信号转为USB信号。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、使用太阳能电池板供电具有节能环保的特点；2、通过分布式的结构使得对自动化种植系统区域化供电，供电系统区域化管理，省去了铺设专门供电电缆的成本；3、蓄电池和太阳能电池板双重供电，保证供电的连续性，在太阳光照不良好时也能持续供电；4、采用单片机STM32F051C对变换器进行控制，精确且可以实时检测输入输出电压电流，进行过压过流保护；5、通过无线通信模块所有系统向PC终端传输工作状态，可以随时检测系统工作状态是否正常，方便维修和管理。附图说明图1是系统结构框图；图2是DC-DC变换器主电路图；图3是控制电路电路图；图4是无线通讯模块电路图；图5是蓄电池充电模块电路图；图6是串口转USB接口电路图。图中，1、太阳能电池板；2、DC-DC变换器主电路；3、控制模块；4、蓄电池充电电路；5、蓄电池；6、无线通信模块；7、串口转USB接口模块；8、PC终端；9、RCD吸收网络；10、原端电流采样电阻；11、24V输出整流电路；12、12V输出整流电路；13、辅助电源；14、单片机；15、MOS管驱动电路；16、输入电压采样；17、24V输出电压采样；18、12V输出电压采样；19、工作指示LED灯。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。具体实施方式一：如图1所示，包括太阳能电池板1、DC-DC变换器主电路2、控制模块3、蓄本文档来自技高网...

【技术保护点】
水稻自动化种植太阳能供电系统，其特征在于：包括太阳能电池板(1)、DC‑DC变换器主电路(2)、控制模块(3)、蓄电池充电电路(4)、蓄电池(5)、无线通信模块(6)、串口转USB接口模块(7)、PC终端(8)；太阳能电池板(1)为DC‑DC变换器主电路(2)、控制模块(3)提供最大48V电压；控制模块(3)连接DC‑DC变换器主电路(2)监测DC‑DC变换器主电路(2)的输入输出电压；控制模块(3)产生PWM信号驱动DC‑DC变换器主电路(2)MOS管Q1；控制模块(3)将DC‑DC主电路(2)工作状态通过串口传送给无线通信模块(6)；DC‑DC变换器主电路(2)产生24V及12V两路输出电压，通过蓄电池充电电路(4)给蓄电池(5)充电；无线通信模块(6)通过无线通信相连，通过串口转USB接口模块(7)将系统工作状态用USB口传送给PC终端(8)；DC‑DC变换器主电路(2)包括输入端口P1、输入滤波电容C14、RCD吸收网络(9)、MOS管Q1、高频变压器T、原端电流采样电阻(10)、24V输出整流电路(11)、12V输出整流电路(12)；输入滤波电容C14并联在入端口P1，RCD吸收网络(9)由C15、R21、D3组成，与高频变压器T的原端并联，高频变压器T的原端一端接在输入端口的正极一端接在MOS管Q1的漏极，MOS管的源级连接原端电流采样电阻(10)，高频变压器T的两个副端分别连接24V输出整流电路(11)和12V输出整流电路(12)，MOS管的栅极通过R1、R7、C1连接控制模块(3)以控制MOS管Q1的通断；控制模块(3)包括辅助电源(13)、单片机(14)、MOS管驱动电路(15)、输入电压采样(16)、24V输出电压采样(17)、12V输出电压采样(18)、工作指示LED灯(19)；辅助电源(13)一端连接太阳能电池板(1)，一端为单片机(14)、MOS管驱动电路(15)、无线通信模块(6)供电；辅助电源(13)的输入端与地之间为输入电压采样(16)包括串联的R10、R13电阻，通过R13连接单片机(14)的PA0口，24V输出电压采样(17)为在DC‑DC变换器主电路(2)的24V输出VOUT+与VOUT‑之间串联的R4、R16，通过R8与单片机(14)PA1口连接；12V输出电压采样(18)为在DC‑DC变换器主电路(2)的12V输出VOUT2+与VOUT2‑之间串联的R4、R16，通过R9与单片机(14)PA2口连接；单片机(14)PA3口连接DC‑DC变换器主电路(2)上的原端电流采样电阻(10)，单片机(14)PA8口连接MOS管驱动电路(15)，PB6和PB7串口引脚连接无线通信模块(6)，PB9连接工作指示LED灯(19)。...

【技术特征摘要】
1.水稻自动化种植太阳能供电系统，其特征在于：包括太阳能电池板(1)、DC-DC变换器主电路(2)、控制模块(3)、蓄电池充电电路(4)、蓄电池(5)、无线通信模块(6)、串口转USB接口模块(7)、PC终端(8)；太阳能电池板(1)为DC-DC变换器主电路(2)、控制模块(3)提供最大48V电压；控制模块(3)连接DC-DC变换器主电路(2)监测DC-DC变换器主电路(2)的输入输出电压；控制模块(3)产生PWM信号驱动DC-DC变换器主电路(2)MOS管Q1；控制模块(3)将DC-DC主电路(2)工作状态通过串口传送给无线通信模块(6)；DC-DC变换器主电路(2)产生24V及12V两路输出电压，通过蓄电池充电电路(4)给蓄电池(5)充电；无线通信模块(6)通过无线通信相连，通过串口转USB接口模块(7)将系统工作状态用USB口传送给PC终端(8)；
DC-DC变换器主电路(2)包括输入端口P1、输入滤波电容C14、RCD吸收网络(9)、MOS管Q1、高频变压器T、原端电流采样电阻(10)、24V输出整流电路(11)、12V输出整流电路(12)；输入滤波电容C14并联在入端口P1，RCD吸收网络(9)由C15、R21、D3组成，与高频变压器T的原端并联，高频变压器T的原端一端接在输入端口的正极一端接在MOS管Q1的漏极，MOS管的源级连接原端电流采样电阻(10)，高频变压器T的两个副端分别连接24V输出整流电路(11)和12V输出整流电路(12)，MOS管的栅极通过R1、R7、C1连接控制模块(3)以控制MOS管Q1的通断；
控制模块(3)包括辅助电源(13)、单片机(14)、MOS管驱动电路(15)、输入电压采样(16)、24V输出电压采样(17)、12V输出电压采样(18)、工作指示LED灯(19)；辅助电源(13)一端连接太阳能电池板(1)，一端为单片机(14)、MOS管驱动电路(15)、无线通信模块(6)供电；辅助电源(13)的输入端与地之间为输入电压采样(16)包括串联的R10、R13电阻，通过R13连接单片机(14)的PA0口，24V输出电压采样(17)为在DC-DC变换器主电路(2)的24V输出VOUT+与VOUT-之间串联的R4、R16，通过R8与单片机(14)PA1口连接；12V输出电压采样(18)为在DC-DC变换器主电路(2)的12V输出VOUT2+与VOUT2-之间串联的R4、R16，通过R...

【专利技术属性】
技术研发人员：王纪芝，宋立胜，王玲，
申请(专利权)人：江苏强农农业技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32