一种基于CC2530的太阳能自动采集装置的制作方法

本实用新型涉及一种太阳能采集装置，具体涉及一种基于cc2530的太阳能自动采集装置。

背景技术：

随着物联网、信息技术的快速发展，智能化自动化技术广泛应用于生产生活中的各个领域当中，由于自动化的快速发展，使得人们生活更加的便利，在生活中的许多地方我们都需要用到采集技术，采集一些温度、湿度、浓度、光照强度等等数据，通过采集获取数据，从数据中获取信息，然后提高生活水平，在高度自动化的今天，自动化采集被人们广泛的使用，加上由于目前大力提倡环保，所以环保型的能源也越来越受到人们的重视，因此对于环保新能源的采集装置的研究具有重要的实际意义。

传统的采集装置需要大部分的手动操作，集成度不高，各个模块分散并且使用的能源不稳定或者对环境不够友好，根据智能化自动化和对环境友好的要求，我们拟设计一套基于cc2530的太阳能自动采集装置。

目前市场采集装置存在的主要问题和缺陷：

a、布线困难、供能不稳定或对环境不友好；

b、传统采集装置难以操控易被恶劣天气损坏。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种基于cc2530的太阳能自动采集装置解决了现有采集装置存在布线困难、供能不稳定、对环境不友好、难以操控和太阳能采集装置易被恶劣天气损坏的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：一种基于cc2530的太阳能自动采集装置，包括：镍氢电池、太阳能采集结构、稳压模块、充放电模块、基准电压模块、低压差线性稳压器、步进电机、电机驱动模块、传感器模块、主控模块和显示屏；

所述充放电模块分别与镍氢电池、稳压模块、基准电压模块、低压差线性稳压器、电机驱动模块和测风传感器电连接；

所述低压差线性稳压器分别与主控模块、显示屏和传感器模块电连接；

所述主控模块分别与显示屏、电机驱动模块、传感器模块、充放电模块和测风传感器通信连接；

所述主控模块还与基准电压模块电连接；

所述电机驱动模块与步进电机电连接；

所述太阳能采集结构包括太阳能电池板；

所述太阳能电池板通过防反接二极管与稳压模块电连接。

进一步地：稳压模块采用xl6009做稳压芯片，其外围接口包括：输入端vs4.5-5.5、输出端5v和gnd端，其输入端vs4.5-5.5与防反接二极管的阴极连接，其gnd端接地。

上述进一步方案的有益效果为：太阳能板的功率在不同天气、不同季节会不稳定，输出的电压会有所差别，采用xl6009的稳压模块对太阳能板的输出电压进行稳压，利用xl6009输出电压稳定，体积小、重量轻和转化率高的特点，减少电压不稳定对元器件的损害，增加镍氢电池的使用寿命，使整个装置稳定的功能。

进一步地：充放电模块采用hmcd42做充放电芯片，其外围接口包括：输入端5v、gnd端、输出端vcc5v、power+端、power-端和输出使能触发端口pulse；其输入端5v与稳压模块的输出端5v连接，其power+端与镍氢电池的正极连接，其power-端与镍氢电池的负极连接，其输出使能触发端口pulse与主控模块连接，其gnd端接地；

所述基准电压模块采用ad780做基准电压芯片，采用opa1602做放大器芯片，其外围接口包括：vcc5v端、gnd端和out端；其vcc5v端与充放电模块的输出端vcc5v连接，其gnd端接地，其out端与主控模块连接。

上述进一步方案的有益效果为：采用超高精度带隙基准电压源ad780提供低初始误差、低温度漂移和低输出噪声的基准电压，为cc2530片上系统提供稳定的外部基准电压；hmcd42充放电芯片通过power+端和power-端与镍氢电池电连接，在太阳能电池板供电充足时，hmcd42充放电芯片为镍氢电池充电，并同时为外部模块提供工作电压，在太阳能电池板供电不足使得稳压模块为充放电模块提供的电压低于hmcd42充放电芯片的最低工作电压的情况下，hmcd42充放电芯片具有自动切断太阳能电池板供电并采用镍氢电池供电的功能。

进一步地：低压差线性稳压器采用asm1117-3.3做稳压芯片，其外围接口包括：输入端vcc5v和输出端vdd3v3，其输入端vcc5v与充放电模块的输出端vcc5v连接。

进一步地：主控模块采用cc2530做主控芯片，其供电接口包括：vdd3v3端和gnd端，所述主控模块的vdd3v3端与低压差线性稳压器的输出端vdd3v3连接，其gnd端接地。

上述进一步方案的有益效果为：cc2530芯片适应2.4ghzieee802.15.4的rf收发器，具备极高的接收灵敏度、抗干扰能力强和功耗低的特点。

进一步地：传感器模块采用dht22温湿度一体模块，其外围接口包括：vdd3v3端、gnd端和信号输出端；所述dht22温湿度一体模块的vdd3v3端与低压差线性稳压器的输出端vdd3v3连接，其信号输出端与主控模块连接，其gnd端接地。

进一步地：电机驱动模块采用达林顿uln2003做驱动芯片，其外围接口包括：输出端a、输出端b、输出端c、输出端d、控制端a、控制端b、控制端c、控制端d、vcc5v端和gnd端，其输出端a、输出端b、输出端c和输出端d分别与步进电机连接，其控制端a、控制端b、控制端c和控制端d与主控模块连接，其vcc5v端与充放电模块的输出端vcc5v连接，其gnd端接地；

所述显示屏的外围接口包括：vdd3v3端、gnd端、dc端、rest端、sda端和scl端；其vdd3v3端与低压差线性稳压器的输出端vdd3v3连接，其gnd端接地，其dc端、rest端、sda端和scl端与主控模块连接；

所述测风传感器采用型号为ygc-fs的风速传感器，其外围接口包括：vcc5v端、gnd端、rxd端和txd端，充放电模块的输出端vcc5v连接，其gnd端接地，其rxd端和txd端与主控模块连接。

进一步地：太阳能采集结构包括：第一太阳能电池板、第二太阳能电池板、第三太阳能电池板、第四太阳能电池板、第一太阳能板面架、第二太阳能板面架、第三太阳能板面架、第四太阳能板面架、第一太阳能板面支架、第二太阳能板面支架、第三太阳能板面支架、第四太阳能板面支架、伞杆、伞顶、滑动筒和拉绳；

所述第一太阳能板面架的一端伸入第一太阳能电池板的背面，并与第一太阳能电池板固定连接，其另一端与伞顶转动连接；

所述第二太阳能板面架的一端伸入第二太阳能电池板的背面，并与第二太阳能电池板固定连接，其另一端与伞顶转动连接；

所述第三太阳能板面架的一端伸入第三太阳能电池板的背面，并与第三太阳能电池板固定连接，其另一端与伞顶转动连接；

所述第四太阳能板面架的一端伸入第四太阳能电池板的背面，并与第四太阳能电池板固定连接，其另一端与伞顶转动连接；

所述第一太阳能板面支架的一端与第一太阳能板面架转动连接，其另一端与滑动筒转动连接；

所述第二太阳能板面支架的一端与第二太阳能板面架转动连接，其另一端与滑动筒转动连接；

所述第三太阳能板面支架的一端与第三太阳能板面架转动连接，其另一端与滑动筒转动连接；

所述第四太阳能板面支架的一端与第四太阳能板面架8转动连接，其另一端与滑动筒转动连接；

所述伞顶固定在伞杆的一端；

所述滑动筒与伞杆滑动连接；

所述拉绳的一端与滑动筒固定连接，其另一端经过伞顶后与步进电机的转动轴固定连接；

所述步进电机固定在伞杆上，位于滑动筒下方。

进一步地：伞顶包括：第一滑轮固定件、第二滑轮固定件、滑轮、半球状伞顶、8个面架固定件、环型固定件和伞顶套筒；

所述半球状伞顶的球面上设置有凹糟，其凹糟的两侧分别设置有第一滑轮固定件和第二滑轮固定件；

所述滑轮伸入第一滑轮固定件和第二滑轮固定件之间，部分陷入凹糟中，并通过螺杆将滑轮固定在第一滑轮固定件和第二滑轮固定件之间，使得滑轮与螺杆转动连接；

所述拉绳嵌入滑轮的内凹环槽中；

所述伞顶套筒一端套设在伞杆的一端，其另一端与半球状伞顶的非球面固定连接；

所述环型固定件固定在伞顶套筒上；

所述面架固定件的一个侧面与伞顶套筒的侧面固定连接，其一端与半球状伞顶的非球面固定连接，其另一端与环型固定件固定连接；

所述第一太阳能板面架、第二太阳能板面架、第三太阳能板面架和第四太阳能板面架的另一端均设置有环型连接件；所述太阳能板面架的环型连接件伸入两个相邻的面架固定件之间，并通过螺钉将太阳能板面架的环型连接件固定在两个相邻的面架固定件之间，使得太阳能板面架的环型连接件与螺钉转动连接。

进一步地：滑动筒包括：第一段滑动筒、第二段滑动筒、第三段滑动筒和8个支架固定件；

所述第一段滑动筒、第二段滑动筒和第三段滑动筒依次固定连接；

所述第二段滑动筒的外圆直径小于第一段滑动筒和第三段滑动筒的外圆直径，使得第一段滑动筒、第二段滑动筒和第三段滑动筒构成一个在第二段滑动筒上的内凹环槽；

所述8个支架固定件固定在第二段滑动筒上的内凹环槽内；

所述第一太阳能板面支架、第二太阳能板面支架、第三太阳能板面支架和第四太阳能板面支架的另一端均设有环型连接件；所述太阳能板面支架的环型连接件伸入两个相邻的支架固定件之间，并通过螺钉将太阳能板面支架的环型连接件固定在两个相邻的支架固定件之间，使得太阳能板面支架的环型连接件与螺钉转动连接。

本实用新型的有益效果为：一种基于cc2530的太阳能自动采集装置通过传感器模块和测风传感器感知气候变化，使得太阳能采集结构的4块太阳能电池板在太阳能板面支架和太阳能板面架的托举下具有展开和关闭的功能，在大风大雨天气，将4块太阳能电池板关闭，防止恶劣天气破坏太阳能采集结构的机械结构，延长使用寿命；通过驱动步进电机转动，步进电机转动使得拉绳缠绕在步进电机的输出轴上，拉绳缩短使得滑动筒上移，达到展开4个太阳能电池板的目的，步进电机向另一个方向转动，释放拉绳使得滑动筒下移，达到关闭4个太阳能电池板的目的；在太阳能电池板供电充足时，hmcd42充放电芯片为镍氢电池充电，并同时为外部模块提供工作电压；在太阳能电池板供电不足使得稳压模块为充放电模块提供的电压低于hmcd42充放电芯片的最低工作电压的情况下，hmcd42充放电芯片具有自动切断太阳能电池板供电并采用镍氢电池供电的功能，保持本装置的供能稳定；本装置设计简单的同时大大降低了野外布线成本、对环境友好且操控简单。

附图说明

图1为一种基于cc2530的太阳能自动采集装置的系统框图；

图2为稳压模块电路图；

图3为充放电模块电路图；

图4为基准电压模块电路图；

图5为低压差线性稳压器电路图；

图6为主控模块电路图；

图7为太阳能采集结构机械示意图；

图8为伞顶机械结构示意图；

图9为滑动筒机械结构示意图；

其中，1、第一太阳能电池板；2、第二太阳能电池板；3、第三太阳能电池板；4、第四太阳能电池板；5、第一太阳能板面架；6、第二太阳能板面架；7、第三太阳能板面架；8、第四太阳能板面架；9、第一太阳能板面支架；10、第二太阳能板面支架；11、第三太阳能板面支架；12、第四太阳能板面支架；13、伞杆；14、伞顶；1401、第一滑轮固定件；1402、第二滑轮固定件；1403、滑轮；1404、半球状伞顶；1405、面架固定件、1406、环型固定件；1407、伞顶套筒；15、滑动筒；1501、第一段滑动筒；1502、第二段滑动筒；1503、第三段滑动筒；1504、支架固定件；16、拉绳；17、步进电机。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：一种基于cc2530的太阳能自动采集装置，包括：镍氢电池、太阳能采集结构、稳压模块、充放电模块、基准电压模块、低压差线性稳压器、步进电机17、电机驱动模块、传感器模块、主控模块和显示屏；

所述充放电模块分别与镍氢电池、稳压模块、基准电压模块、低压差线性稳压器、电机驱动模块和测风传感器电连接；

所述低压差线性稳压器分别与主控模块、显示屏和传感器模块电连接；

所述主控模块分别与显示屏、电机驱动模块、传感器模块、充放电模块和测风传感器通信连接；

所述主控模块还与基准电压模块电连接；

所述电机驱动模块与步进电机17电连接；

所述太阳能采集结构包括太阳能电池板；

所述太阳能电池板通过防反接二极管与稳压模块电连接。

如图2所示，稳压模块采用xl6009做稳压芯片，其外围接口包括：输入端vs4.5-5.5、输出端5v和gnd端，其输入端vs4.5-5.5与防反接二极管的阴极连接，其gnd端接地。

太阳能板的功率在不同天气、不同季节会不稳定，输出的电压会有所差别，采用xl6009的稳压模块对太阳能板的输出电压进行稳压，利用xl6009输出电压稳定，体积小、重量轻和转化率高的特点，减少电压不稳定对元器件的损害，增加镍氢电池的使用寿命，使整个装置稳定的功能。

如图3所示，充放电模块采用hmcd42做充放电芯片，其外围接口包括：输入端5v、gnd端、输出端vcc5v、power+端、power-端和输出使能触发端口pulse；其输入端5v与稳压模块的输出端5v连接，其power+端与镍氢电池的正极连接，其power-端与镍氢电池的负极连接，其输出使能触发端口pulse与主控模块连接，其gnd端接地；

如图4所示，所述基准电压模块采用ad780做基准电压芯片，采用opa1602做放大器芯片，其外围接口包括：vcc5v端、gnd端和out端；其vcc5v端与充放电模块的输出端vcc5v连接，其gnd端接地，其out端与主控模块连接。

通过基准电压模块为主控模块提供基准电压，防止芯片由于使用时间长导致温度上升改变半导体迁移率，使得电路性能变化，因此本实用新型通过基准电压模块提供一个额定的基准电压，保障芯片内部的自带基准电压变化时不会导致采集到的电池电压值不准确。

采用超高精度带隙基准电压源ad780提供低初始误差、低温度漂移和低输出噪声的基准电压，为cc2530片上系统提供稳定的外部基准电压。

如图5所示，低压差线性稳压器采用asm1117-3.3做稳压芯片，其外围接口包括：输入端vcc5v和输出端vdd3v3，其输入端vcc5v与充放电模块的输出端vcc5v连接。

如图6所示，主控模块采用cc2530做主控芯片，其供电接口包括：vdd3v3端和gnd端，所述主控模块的vdd3v3端与低压差线性稳压器的输出端vdd3v3连接，其gnd端接地。

传感器模块采用dht22温湿度一体模块，其外围接口包括：vdd3v3端、gnd端和信号输出端；所述dht22温湿度一体模块的vdd3v3端与低压差线性稳压器的输出端vdd3v3连接，其信号输出端与主控模块连接，其gnd端接地。

电机驱动模块采用达林顿uln2003做驱动芯片，其外围接口包括：输出端a、输出端b、输出端c、输出端d、控制端a、控制端b、控制端c、控制端d、vcc5v端和gnd端，其输出端a、输出端b、输出端c和输出端d分别与步进电机17连接，其控制端a、控制端b、控制端c和控制端d与主控模块连接，其vcc5v端与充放电模块的输出端vcc5v连接，其gnd端接地；

所述显示屏的外围接口包括：vdd3v3端、gnd端、dc端、rest端、sda端和scl端；其vdd3v3端与低压差线性稳压器的输出端vdd3v3连接，其gnd端接地，其dc端、rest端、sda端和scl端与主控模块连接；

所述测风传感器采用型号为ygc-fs的风速传感器，其外围接口包括：vcc5v端、gnd端、rxd端和txd端，充放电模块的输出端vcc5v连接，其gnd端接地，其rxd端和txd端与主控模块连接。

表1为各模块与主控模块的接线表：

表1

如图7所示，太阳能采集结构包括：第一太阳能电池板1、第二太阳能电池板2、第三太阳能电池板3、第四太阳能电池板4、第一太阳能板面架5、第二太阳能板面架6、第三太阳能板面架7、第四太阳能板面架8、第一太阳能板面支架9、第二太阳能板面支架10、第三太阳能板面支架11、第四太阳能板面支架12、伞杆13、伞顶14、滑动筒15和拉绳16；

所述第一太阳能板面架5的一端伸入第一太阳能电池板1的背面，并与第一太阳能电池板1固定连接，其另一端与伞顶14转动连接；

所述第二太阳能板面架6的一端伸入第二太阳能电池板2的背面，并与第二太阳能电池板2固定连接，其另一端与伞顶14转动连接；

所述第三太阳能板面架7的一端伸入第三太阳能电池板3的背面，并与第三太阳能电池板3固定连接，其另一端与伞顶14转动连接；

所述第四太阳能板面架8的一端伸入第四太阳能电池板4的背面，并与第四太阳能电池板4固定连接，其另一端与伞顶14转动连接；

所述第一太阳能板面支架9的一端与第一太阳能板面架5转动连接，其另一端与滑动筒15转动连接；

所述第二太阳能板面支架10的一端与第二太阳能板面架6转动连接，其另一端与滑动筒15转动连接；

所述第三太阳能板面支架11的一端与第三太阳能板面架7转动连接，其另一端与滑动筒15转动连接；

所述第四太阳能板面支架12的一端与第四太阳能板面架8转动连接，其另一端与滑动筒15转动连接；

所述伞顶14固定在伞杆13的一端；

所述滑动筒15与伞杆13滑动连接；

所述拉绳16的一端与滑动筒15固定连接，其另一端经过伞顶14后与步进电机17的转动轴固定连接；

所述步进电机17固定在伞杆13上，位于滑动筒15下方。

如图8所示，伞顶14包括：第一滑轮固定件1401、第二滑轮固定件1402、滑轮1403、半球状伞顶1404、8个面架固定件1405、环型固定件1406和伞顶套筒1407；

所述半球状伞顶1404的球面上设置有凹糟，其凹糟的两侧分别设置有第一滑轮固定件1401和第二滑轮固定件1402；

所述滑轮1403伸入第一滑轮固定件1401和第二滑轮固定件1402之间，部分陷入凹糟中，并通过螺杆将滑轮1403固定在第一滑轮固定件1401和第二滑轮固定件1402之间，使得滑轮1403与螺杆转动连接；

所述拉绳16嵌入滑轮1403的内凹环槽中；

所述伞顶套筒1407一端套设在伞杆13的一端，其另一端与半球状伞顶1404的非球面固定连接；

所述环型固定件1406固定在伞顶套筒1407上；

所述面架固定件1405的一个侧面与伞顶套筒1407的侧面固定连接，其一端与半球状伞顶1404的非球面固定连接，其另一端与环型固定件1406固定连接；

所述第一太阳能板面架5、第二太阳能板面架6、第三太阳能板面架7和第四太阳能板面架8的另一端均设置有环型连接件；所述太阳能板面架的环型连接件伸入两个相邻的面架固定件1405之间，并通过螺钉将太阳能板面架的环型连接件固定在两个相邻的面架固定件1405之间，使得太阳能板面架的环型连接件与螺钉转动连接。

如图9所示，滑动筒15包括：第一段滑动筒1501、第二段滑动筒1502、第三段滑动筒1503和8个支架固定件1504；

所述第一段滑动筒1501、第二段滑动筒1502和第三段滑动筒1503依次固定连接；

所述第二段滑动筒1502的外圆直径小于第一段滑动筒1501和第三段滑动筒1503的外圆直径，使得第一段滑动筒1501、第二段滑动筒1502和第三段滑动筒1503构成一个在第二段滑动筒1502上的内凹环槽；

所述8个支架固定件1504固定在第二段滑动筒1502上的内凹环槽内；

所述第一太阳能板面支架9、第二太阳能板面支架10、第三太阳能板面支架11和第四太阳能板面支架12的另一端均设有环型连接件；所述太阳能板面支架的环型连接件伸入两个相邻的支架固定件1504之间，并通过螺钉将太阳能板面支架的环型连接件固定在两个相邻的支架固定件1504之间，使得太阳能板面支架的环型连接件与螺钉转动连接。

将dht22温湿度一体模块固定在任意一个太阳能电池板的正面上，测风传感器通过杆固定在太阳能采集结构旁，其高度与太阳能采集结构展开时的太阳能电池板高度一致，防止太阳能电池板遮挡传感元件，并使得传感元件测得的温湿度和风速，与太阳能电池板的所受到的温湿度和风速保持一致，精确的传达的环境信息的同时在大风大雨天气下能及时闭合太阳能板，延长设备使用寿命。

cc2530芯片适应2.4ghzieee802.15.4的rf收发器，即自带zigbee无线通信技术，外部带zigbee无线通信技术的通信模块均可与本装置的cc2530芯片进行通信；本装置可通过zigbee无线网将本装置的温湿度数据和风速数据发送至带有zigbee无线网的监控室中，监控室对本装置的温湿度数据和风速数据进行分析，可远程控制本装置。

镍氢电池选用3节1.2v的5号可充电镍氢电池。

主控模块采集充放电模块的输出电压，在电压低于额定阈值时则将设备的故障信号发送至监控室，等待维修人员检修。

将镍氢电池、稳压模块、充放电模块、基准电压模块、低压差线性稳压器、电机驱动模块、传感器模块、主控模块和显示屏封装在一个壳体内，放置在太阳能采集结构旁；并将通信和供电线路引出。

主控模块采集镍氢电池的电压值，并实时显示在显示屏，并在镍氢电池电压值低于阈值时，通过显示屏来提供报警信息。

将本装置置于野外采集太阳能，相比于一般的太阳能采集设备，本装置属于无线传输，不需要进行野外布线，并且本装置特殊的太阳能采集结构能够减轻恶劣自然环境对本装置的破环，延长了本装置的寿命。

主控模块接收dht22温湿度一体模块的湿度数据和测风传感器的风速数据，在湿度数据或风速数据低于设定下限阈值时，主控模块控制步进电机17转动，拉绳16缠绕在步进电机17的输出轴上，使得4块太阳能电池展开，在湿度数据或风速数据高于设定上限阈值时，控模块控制步进电机17向另一个方向转动，释放拉绳，使得4块太阳能电池关闭，防止大风或大雨天气，太阳能采集结构被损坏。

本实用新型的有益效果为：一种基于cc2530的太阳能自动采集装置通过传感器模块和测风传感器感知气候变化，使得太阳能采集结构的4块太阳能电池板在太阳能板面支架和太阳能板面架的托举下具有展开和关闭的功能，在大风天气下将4块太阳能电池板关闭，防止恶劣天气破坏太阳能采集结构的机械结构；通过驱动步进电机17转动，步进电机17转动使得拉绳16缠绕在步进电机17的输出轴上，拉绳16缩短使得滑动筒15上移，达到展开4个太阳能电池板的目的，步进电机17向另一个方向转动，释放拉绳16使得滑动筒15下移，达到关闭4个太阳能电池板的目的；在太阳能电池板供电充足时，hmcd42充放电芯片为镍氢电池充电，并同时为外部模块提供工作电压；在太阳能电池板供电不足使得稳压模块为充放电模块提供的电压低于hmcd42充放电芯片的最低工作电压的情况下，hmcd42充放电芯片具有自动切断太阳能电池板供电并采用镍氢电池供电的功能，保持本装置的供能稳定；本装置通过主控模块自带的无线通信技术进行组网，不需要野外布线，降低了人工成本；各模块均采用低功耗模块，使得本装置功耗极低；通过采集太阳能为自身提供能量供给；伞状结构的太阳能采集结构具备自保护功能，延长了本装置的使用寿命；本装置的设计简单，控制方便，对环境友好。