[发明专利]基于风光互补的土壤墒情监测系统供能

说明书

技术领域

本发明涉及的是土壤墒情传感器领域，更具体地，涉及一种以太阳能和风能为能量来源，以超级电容为前级储能并结合锂电池作为后备供能的供电系统。

背景技术

在土壤墒情传感器领域中，市场上广泛应用的土壤水分传感器大多是以探针式为主，该类传感器只能测土壤表层水分，且探针要与土壤直接接触，需要人工辅助进行测量。随着自动化水平和无线网络通信的提高，以及在偏远农业区域能源供应困难等问题，围绕着土壤墒情传感器系统的低功耗、能量来源的便捷性、长久性和稳定性问题，土壤墒情传感器系统的开发也越来越智能，其中智能管式土壤水分传感器装置技术就逐渐开始出现。

智能管式土壤水分传感器装置一般应用于偏远的农业地域，那里地域较广，直接用市电为土壤墒情传感器系统供电十分困难，供电线路铺设难度大，而且耗费人力和物力。而采用电池供电时，由于电池储存能量的局限性，因此需要定期通过人力对电池进行取出充电或更换电池，这样就大大增加了系统的维护成本，对于需要大量土壤墒情传感器系统的广阔区域更加困难。因此，怎样通过土壤墒情传感器系统所应用的区域环境中取得能源并加以有效地处理和应用，为整个土壤墒情传感器系统提供可持续不断的电能，是当下研究的重点。为此，很多相关领域的专家和学者致力于土壤墒情传感器供能系统的研发，这样智能管式土壤水分传感器装置的应用上就会更加便捷，同时也能够适应更加复杂和偏远的农业区域环境。

发明内容

本发明解决了土壤墒情传感器供能系统充电难、电池的循环使用寿命短以及安全性低的现状，介绍了一种以太阳能和风能为能量来源，以超级电容为前级储能并结合锂电池作为后备供能的供电系统。该系统以太阳能和风能为能量源，太阳能电池板和风机分别采集太阳能和风能，作为土壤墒情传感器系统的所有能量来源。太阳能或风能充足时，继电器模块I选择直流母线电压输出作为DC/DC变换稳压电路输入电压且对超级电容进行充电，同时充电控制电路判断锂电池荷电状态是否小于20％且SOH不小于70％，为锂电池供电留有足够的电量余量，小于时，直接选择直流母线输出电压通过充电控制电路对锂电池进行充电；不小于时，充电控制电路不对锂电池进行充电，除去锂电池充电的频繁性。太阳能和风能同时不足或没有而产生无法为DC/DC变换稳压电路提供足够的电压或功率时，继电器模块I断开，继电器模块II切换到超级电容的输出电压作为DC/DC变换稳压电路的输入电压。太阳能和风能同时不足且超级电容储存能量都无法为DC/DC变换稳压电路提供足够的电压或功率时，继电器模块I和II断开，继电器模块III切换到锂电池通过放电控制电路作为DC/DC变换稳压电路的输入电压，当锂电池的SOC小于5％时，视电量不足，停止放电。整个供电系统的输出电压由DC/DC变换稳压电路提供，而DC/DC变换稳压电路的输入电压则根据继电器模块I、II和III进行相应地选择。

根据本发明所述以太阳能和风能为能量来源，以超级电容为前级储能并结合锂电池作为后备供能的供电系统的充电控制电路，其特征在于以专用的并联锂离子/锂聚合物电池充电器系统芯片LTC4070为核心，以晶体管VT1作为对锂电池充电的控制回路，以微处理器STM32的I/O口控制继电器线圈通断晶体管VT1的基极回路。晶体管VT1串联于输入电压正极和锂电池正极之间，通过控制VT1的导通和截止控制对锂电池的充电和断开充电。微处理器STM32的I/O口控制继电器线圈，该继电器串接于VT1和输入电压之间，用于控制选择是否导通充电回路。

根据本发明所述以太阳能和风能为能量来源，以超级电容为前级储能并结合锂电池作为后备供能的供电系统的放电控制电路，其特征在于放电控制电路以电池端电压检测芯片CN301来判断处理锂电池放电电压，检测到的电池端电压低于设置的阈值电压时，CN301的LBO口输出低电平，反之输出高电平。同时通过判断锂电池的SOC值大小，当SOC不低于5％时，I/O口输出高电平，反之输出低电平。以微处理器STM32的I/O口输出相应的高低电平与CN301芯片的LBO口输出的高低电平经过与门输出逻辑控制信号，当判断SOC值不低于5％且电池端电压不小于设定的阈值时，逻辑控制部分的与门输出高电平，该逻辑控制信号通过控制继电器控制模块来控制连接于锂电池正极电压输出线路中的继电器的吸合和断开，从而接通和断开放电回路，防止其过度放电，起到保护锂电池的作用。

附图说明

图1为本发明所述一种基于超级电容与锂电池结合的太阳能供能系统结构示意图；

图2为本发明所述供能系统控制流程图；

图3为本发明所述供能系统的充电控制电路结构示意图；