以风能和太阳能互补为动力的水体增氧系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种以风能和太阳能互补为动力的水体增氧系统及其控制方法，太阳能发电模块用于将接收到的太阳能转换成电能；风力发电模块用于将风能转换成电能；太阳能发电模块和风力发电模块产生的电能同时输入到风光互补模块中进行电能大小的判断，风光互补模块时时控制产生电能多的发电模块给供电模块充电；供电模块用于给控制模块、水体含氧量传感器和增氧模块供电；水体含氧量传感器用于检测水体中的含氧量并将检测结果传输给控制模块；控制模块根据水体含氧量传感器输入的检测结果控制增氧模块工作。本发明长期使用可降低耗电量，节约成本，节能减排；有效降低了员工的工作量，使用更加方便，同时更加经济实用。
【专利说明】以风能和太阳能互补为动力的水体增氧系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于可再生能源利用和智能控制领域，特别涉及一种以风能和太阳能互补为动力的水体增氧系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]由于石油资源的有限性和日益严重的环境污染，应用可再生能源已是全球趋势。而风能和太阳能是其中最具前景的两个方向。在偏远的乡村、海岛等电网难以达到的地区可以使用当地充裕的风能、太阳能来提高生活品质。
[0003]随着工业化进程的加快，人类排放大量含氮、磷等元素的物质进入湖泊、河流、海湾等水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，造成鱼类及其他生物大量死亡，对渔业及环境危害很大。如何最大限度地快速提高水体中的溶解氧含量，对受污染水体的净化至关重要。
[0004]目前常用的增氧净化装置主要是靠电力驱动的水体增氧泵或者搅拌器，存在以下缺点:
1.功率大，消耗电量较多；
2.需工作人员手动控制，增加运行成本；
3.增氧装置不能跟随 水体含氧量的变化自动调节功率、转速等参数，造成能源的浪费。
【发明内容】
[0005]发明目的:本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可提高经济性并实现节能减排的水体增氧系统及其控制方法。
[0006]技术方案:本发明提供一种以风能和太阳能互补为动力的水体增氧系统，包括太阳能发电模块、风力发电模块、风光互补模块、控制模块、供电模块、水体含氧量传感器和增氧模块，其中，所述太阳能发电模块用于将接收到的太阳能转换成电能，所述风力发电模块用于将风能转换成电能；所述太阳能发电模块和所述风力发电模块产生的电能同时输送到所述风光互补模块中，所述风光互补模块对太阳能发电模块和风力发电模块产生的电压进行比较并选择产生电压较高的发电模块给供电模块充电；所述供电模块用于给控制模块、水体含氧量传感器和增氧模块供电；所述水体含氧量传感器读取水中的含氧量数据并将检测结果传输给控制模块；所述控制模块根据水体含氧量传感器输入的数据控制增氧模块工作。
[0007]所述太阳能发电模块包括太阳能板、两个光敏电阻、两个保护电阻、第一 AD芯片、异步电机和第一单片机，所述两个光敏电阻分别设置在所述太阳能板对称的两侧，通过所述两个保护电阻分别与第一 AD芯片连接，所述第一 AD芯片与第一单片机相连接，所述异步电机分别与所述第一单片机和所述太阳能板相连接。太阳能发电模块中的太阳能板在阳光照射下产生直流电压。为了提高太阳能的利用率，增加太阳光追踪系统，追踪系统包括两个光敏电阻，分别设置在在太阳能板对称两侧，并分别与一个保护电阻串联接进电路，单片机通过第一 AD芯片分别采样两个光敏电阻上的电压值，电压值的大小间接地反映了光线的强弱，单片机通过判断电压值的大小控制步进电机使得太阳能板朝着光强的一面的转动，这样就可以有效地提高太阳光吸收效率。
[0008]所述风力发电模块包括风力发电机和AC-DC变换电路，所述风力发电机产生的交流电传输到AC-DC变换电路中转换成直流电。
[0009]所述风光互补模块包括电压比较器和第一继电器，将风力发电模块产生的直流电压分成两路，一路接在所述继电器的一个端子，另一路接在电压比较器的正极；同时太阳能发电模块产生的直流电压分成两路，一路接在继电器的另一个端子，另一路接在电压比较器的负极，所述电压比较器的输出端产生的控制信号控制继电器的切换。风光互补模块将太阳能发电模块产生的直流电压和风力发电模块产生的直流电压进行整合，选择性地给供电模块中的蓄电池进行充电。这样充分利用太阳能、风能，辅以蓄电池蓄电，从而实现全天候供电。
[0010]所述控制模块包括第二单片机、第二继电器和第二 AD芯片。所述第二单片机通过第二 AD芯片与水体含氧量传感器连接，所述单片机通过继电器与增氧模块连接。这样可以实现自动增氧，使用更加方便。
[0011]进一步，所述太阳能发电模块中的采用的两个阻值为10欧姆的保护电阻，保护电阻采用普通的水泥电阻。
[0012]进一步，所述太阳能发电模块中采用的第一 AD芯片型号为PCF8591 ;所述控制模块中的第二 AD芯片型号为TLC0832。
[0013]进一步，所述风光互补模块中的电压比较器型号为LM311。
[0014]进一步，还包括远程控制端，在所述控制模块中还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块分别与所述第二单片机及远程控制端连接。这样可以实时显示水体含氧量数据并远距离、无线控制整个系统的运行。远程控制模块可以采用手机。
[0015]本发明还提供了一种以风能和太阳能互补为动力的水体增氧系统的控制方法，包括以下步骤:
步骤1:在所述第二单片机中设置水体含氧量阈值；
步骤2:所述水体含氧量传感器测量水体中的含氧量数据并将检测结果输入到第二单片机中；
步骤3:所述第二单片机将步骤2中测量到的水体的含氧量数据与设置的水体含氧量阈值进行比较；如果水体含氧量小于阈值，则第二单片机控制继电器闭合，使增氧模块工作；如果水体含氧量不小于阈值，则第二单片机控制继电器断开，使增氧模块停止工作。
[0016]有益效果:与现有技术相比，本发明充分利用风能、太阳能，可远程、无线读取水体含氧量数据和控制增氧模块工作，操作方便；加入太阳光追踪系统，提高太阳光吸收效率；通过蓄电池驱动增氧模块增氧以改善水质，单片机根据水体含氧量判断、控制增氧模块的工作；长期使用可以降低耗电量，节约运行成本，促进渔业的发展，并降低水体富营养化带来的危害，具有很好的经济效益和良好的应用前景，适合大规模推广，尤其适宜在山区等电网难以达到的地区使用。
【专利附图】
【附图说明】[0017]图1为本发明的系统模块图；
图2为本发明的太阳光追踪电路图；
图3为本发明中控制模块的控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0018]下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例
[0019]如图1所示，一种以风能和太阳能互补为动力的水体增氧系统，包括:太阳能发电模块、风力发电模块、风光互补模块、控制模块、供电模块、水体含氧量传感器和增氧模块。
[0020]如图2所示，太阳能发电模块用于将接收到的太阳能转换成电能；此模块中设有太阳光追踪系统，包括两个光敏电阻、两个保护电阻、第一 AD芯片、异步电机和第一单片机，两个光敏电阻分别设置在太阳能板对称的两侧，分别通过所述两个电阻与第一 AD芯片连接，第一 AD芯片与第一单片机电连接，异步电机分别与第一单片机和太阳能板相连接；光敏电阻对光强感应产生不同阻值，单片机通过第一 AD芯片分别采样两个光敏电阻上的电压值，电压值的大小间接地反映了光线的强弱，单片机通过判断电压值的大小控制步进电机使得太阳能板朝着光强的一面的转动，即朝着两端电压值大的一侧转动。这样就可以有效地提高太阳光吸收效率。第一 AD芯片采用PCF8591。
[0021]风力发电模块用于 将风能转换成电能；自然风吹动风力发电机转动，发出的交流电通过AC-DC变换电路，即整流器变为直流电。
[0022]风光互补模块将经过整流后的风力发电模块产生的直流电和太阳能发电模块产生的直流电进行比较，选择电压值较高的发电模块给供电模块中的蓄电池充电。风光互补模块包括电压比较器和第一继电器，将风力发电模块产生的直流电压分成两路，一路接在所述继电器的一个端子，另一路接在电压比较器的正极；同时太阳能发电模块产生的直流电压分成两路，一路接在继电器的另一个端子，另一路接在电压比较器的负极，电压比较器的输出端产生的控制信号控制继电器的切换。其中，电压比较器采用LM311。
[0023]供电模块用于给控制模块、水体含氧量传感器和增氧模块供电。
[0024]控制模块主要是能够根据水体含氧量的数值自动控制增氧模块的工作，并且能够通过蓝牙与远程控制端通信，其中远程控制端为手机，这样实现了随时监测、远程控制。控制模块主要包括第二单片机、第二继电器和第二 AD芯片。第二单片机、第二 AD芯片与水体含氧量传感器连接，第二单片机通过第二继电器与增氧模块连接。如图3所示，控制模块的控制方法为:水体含氧量传感器将水体含氧量转换为电压信号，第二单片机通过第二 AD芯片采样电压信号，得到水体含氧量的大小，通过与设定的含氧量阈值比较，当含氧量小于阈值时，第二单片机通过第二继电器控制增氧模块的工作，当含氧量不小于阈值时，则控制第二继电器切断增氧模块的工作。其中，第二单片机还通过串口连接蓝牙模块，可以实现与手机通信，手机端通过发送预先规定的命令，可以查看水体含氧量的多少，也可以人为的控制增氧模块的工作，给系统带来很多便利和灵活性。第二 AD芯片采用TLC0832。
[0025]本发明提供的系统可以采用两种类型的增氧模块，一种是小型的增氧模块，采用直流电机驱动，蓄电池输出的电压通过AC-DC变换驱动直流电机，这种增氧模块适用于鱼缸等小型养鱼场所；另一种是比较大型的增氧模块，采用交流电机驱动，蓄电池输出的电压通过DC-AC逆变成交流电，驱动交流电机，控制增氧模块运行，适用于池塘等比较大型的养育场所及景 观绿化。
【权利要求】
1.一种以风能和太阳能互补为动力的水体增氧系统，其特征在于:包括太阳能发电模块、风力发电模块、风光互补模块、控制模块、供电模块、水体含氧量传感器及增氧模块，其中，所述太阳能发电模块用于将接收到的太阳能转换成电能，所述风力发电模块用于将风能转换成电能；所述太阳能发电模块和所述风力发电模块产生的电能同时输送到所述风光互补模块中，所述风光互补模块对太阳能发电模块和风力发电模块产生的电压进行比较并选择产生电压较高的发电模块给供电模块充电；所述供电模块用于给控制模块、水体含氧量传感器和增氧模块供电；所述水体含氧量传感器读取水体中的含氧量数据并将检测结果传输给控制模块；所述控制模块根据水体含氧量传感器输入的数据控制增氧模块工作。
2.根据权利要求1所述的以风能和太阳能互补为动力的水体增氧系统，其特征在于:所述太阳能发电模块包括太阳能板、两个光敏电阻、两个保护电阻、第一 AD芯片、异步电机和第一单片机，所述两个光敏电阻分别设置在所述太阳能板对称的两侧，所述两个光敏电阻分别通过所述两个保护电阻与第一 AD芯片连接，所述第一 AD芯片与第一单片机相连接，所述异步电机分别与所述第一单片机和所述太阳能板相连接； 所述风力发电模块包括风力发电机和AC-DC变换电路，所述风力发电机产生的交流电传输到AC-DC变换电路中转换成直流电； 所述风光互补模块包括电压比较器和第一继电器；将风力发电模块产生的直流电压分成两路，一路接在所述继电器的一个端子，另一路接在电压比较器的正极；同时太阳能发电模块产生的直流电压分成两路，一路接在继电器的另一个端子，另一路接在电压比较器的负极，所述电压比较器的输出端产生的控制信号控制继电器的切换； 所述控制模块包括第二单片机、第二继电器和第二 AD芯片，所述第二单片机通过第二AD芯片与水体含氧量传感器连接，所述第二单片机通过第二继电器与增氧模块连接。
3.根据权利要求1所述的以风能和太阳能互补为动力的水体增氧系统，其特征在于:所述太阳能发电模块中的采用的两个保护电阻为阻值为10欧姆的水泥电阻。
4.根据权利要求1所述的以风能和太阳能互补为动力的水体增氧系统，其特征在于:所述太阳能发电模块中采用的第一 AD芯片型号为PCF8591 ;所述控制模块中的第二 AD芯片型号为TLC0832。
5.根据权利要求1所述的以风能和太阳能互补为动力的水体增氧系统，其特征在于:所述风光互补模块中的电压比较器型号为LM311。
6.根据权利要求1所述的以风能和太阳能互补为动力的水体增氧系统，其特征在于:包括远程控制端，在所述控制模块中还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块分别与所述第二单片机及远程控制端连接。
7.采用权利要求1所述的以风能和太阳能互补为动力的水体增氧系统的控制方法，其特征在于: 包括以下步骤: 步骤1:在所述第二单片机中设置水体含氧量阈值； 步骤2:所述水体含氧量传感器测量水体中的含氧量数据并将检测结果输入到第二单片机中； 步骤3:所述第二单片机将步骤2中测量到的水体的含氧量数据与设置的水体含氧量阈值进行比较；如果水体含氧量小于阈值，则第二单片机控制继电器闭合，使增氧模块工作；如果水 体含氧量不小于阈值，则第二单片机控制继电器断开，使增氧模块停止工作。
【文档编号】H02S10/12GK103787519SQ201410035456
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】吕金其, 叶日平, 陆佳佳 申请人:东南大学