基于物联网技术的电池过充保护型楼宇节能监测系统

本发明涉及一种楼宇监测系统，具体是指基于物联网技术的电池过充保护 型楼宇节能监测系统。

目前，楼宇的能耗居高不下，对电网的负荷很大，随着常规能源的紧缺， 太阳能的利用逐渐得到重视，它被认为是当今世界上最有发展前景的新能源技 术。如果能在楼宇监测系统中充分利用太阳能，从而降低对电网的依赖，则可 以节省大量的电力。

本发明的目的在于克服现有楼宇监测系统利用电网供电浪费大量能源的缺 陷，提供基于物联网技术的电池过充保护型楼宇节能监测系统。

本发明的目的通过下述技术方案实现：基于物联网技术的电池过充保护型 楼宇节能监测系统，主要由光伏发电系统，与光伏发电系统相连接的楼宇检测 系统，以及通过无线网络与楼宇监测系统相连接的移动终端组成；所述光伏发 电系统由太阳能光伏电池组，与太阳能光伏电池组相连接的过充电保护电路， 与过充电保护电路相连接的蓄电池，以及与蓄电池相连接的逆变系统组成；所 述楼宇检测系统则由处理模块，分别与处理模块相连接的温度传感器、湿度传 感器、烟雾传感器和信号处理电路，以及与信号处理电路相连接的无线传输模 块组成；所述逆变系统则与处理模块相连接，无线传输模块则通过无线网络与 移动终端相连接。

所述信号处理电路由放大器P3，放大器P4，三极管VT3，三极管VT4，三 极管VT5，三极管VT6，负极与三极管VT5的发射极相连接、正极则与处理模 块相连接的电容C10，正极经二极管D11后与三极管VT3的发射极相连接、负 极则经电阻R15后与电容C10的正极相连接的电容C7，正极与电容C7的负极 相连接、负极则与三极管VT5的基极相连接的电容C8，一端与三极管VT3的 集电极相连接、另一端接地的电阻R13，串接在放大器P3的负极和输出端之间 的电阻R14，P极与三极管VT3的基极相连接、N极则与放大器P3的输出端相 连接的二极管D12，正极与三极管VT5的基极相连接、负极则与三极管VT4的 发射极相连接的电容C9，一端与三极管VT5的集电极相连接、另一端接地的电 阻R16，以及串接在放大器P4的正极和输出端之间的电阻R17组成；所述放大 器P3的正极与三极管VT3的集电极相连接、负极接地、输出端则与三极管VT4 的基极相连接；所述三极管VT4的集电极与放大器P4的负极相连接、发射极则 与三极管VT6的基极相连接；所述放大器P4的正极与三极管VT6的集电极相 连接、其输出端则与无线传输模块相连接；所述三极管VT5的基极与三极管VT3 的基极相连接、其集电极则与三极管VT6的发射极相连接。

所述过充电保护电路由三极管VT1，三极管VT2，放大器P1，放大器P2， N极与三极管VT1的发射极相连接、P极则经电阻R6后与三极管VT2的集电 极相连接的二极管D7，N极与三极管VT2的集电极相连接、P极则经电阻R8 后与放大器P1的正极相连接的二极管D8，正极与三极管VT1的基极相连接、 负极则与放大器P1的正极相连接的电容C5，串接在三极管VT1的集电极和二 极管D7的P极之间的电阻R7，串接在三极管VT2的基极和放大器P2的输出 端之间的电阻R9，P极与放大器P2的输出端相连接、N极则顺次经电阻R11 和电阻R12后与三极管VT2的发射极相连接的二极管D10，正极与放大器P2 的负极相连接、负极则经电阻R10后接地的电容C6，以及N极与电容C6的负 极相连接、P极则与放大器P1的负极相连接的二极管D9组成；所述放大器P1 的输出端与三极管VT1的集电极相连接、其正极接地；所述放大器P2的正极与 电阻R12和电阻R11的连接点相连接；所述三极管VT2的集电极则与太阳能光 伏电池组相连接、其发射极则与蓄电池相连接。

所述逆变系统由变压器T，与变压器T的原边电感线圈相连接的逆变电路， 以及与变压器T的副边电感线圈相连接的稳压输出电路组成。

所述逆变电路由处理芯片U1，场效应管MOS，N极经电阻R3后与变压器 T的原边电感线圈的同名端相连接、P极则与蓄电池相连接的稳压二极管D1， 正极与稳压二极管D1的N极相连接、负极接地的电容C2，串接在稳压二极管 D1的N极和处理芯片U1的VCC管脚之间的电阻R1，正极经二极管D2后与 处理芯片U1的COMP管脚相连接、负极则经电阻R4后与处理芯片U1的GND 管脚相连接的同时接地的电容C1，负极经电阻R2后与处理芯片U1的VREF 管脚相连接、正极则经二极管D3后与场效应管MOS的源极相连接的电容C3， 串接在处理芯片U1的ISET管脚和场效应管MOS的栅极之间的电阻R5，以及 P极与处理芯片U1的OUT管脚相连接、N极则与场效应管MOS的漏极相连接 的二极管D4组成；所述处理芯片U1的RT/CT管脚与电容C3的负极相连接、 其VFB管脚则与电容C1的负极相连接；所述场效应管MOS的漏极与变压器T 的原边电感线圈的非同名端相连接。

所述稳压输出电路由三端稳压芯片U2，P极与变压器T的副边电感线圈的 非同名端相连接、N极则与三端稳压芯片U2的IN管脚相连接的稳压二极管D5， P极与变压器T的副边电感线圈的同名端相连接、N极则与三端稳压芯片U2的 GND管脚相连接的同时接地的稳压二极管D6，以及正极与三端稳压芯片U2的 OUT管脚相连接、负极则与三端稳压芯片U2的GND管脚相连接的电容C4组 成；所述电容C4的正极和负极均与处理模块相连接。

所述处理芯片U1为UC3842集成芯片，三端稳压芯片U2则为LM317集成 芯片。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过光伏发电对楼宇检测系统提供电源，其充分利用了光伏基 础，降低了楼宇运营成本，适合广泛推广。

(2)本发明通过多路数据传感器采集楼宇中的各项参数，实现了多种监控 同时工作，具有检测数据全面的特点，提升了楼宇智能化水平。

(3)本发明的逆变系统的逆变效率很高，可以使电能得到充分的利用。

(4)本发明设置有过充电保护电路，该过充电保护电路可以对蓄电池进行 充电保护，避免蓄电池因过度充电而损坏。

(5)本发明可以通过无线网络把监测到的参数发送到移动终端，因此可以 随时随地的了解楼宇内各项参数情况。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的逆变系统的电路结构示意图。

图3为本发明的过充电保护电路的结构示意图。

图4为本发明的信号处理电路的结构图。

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不 限于此。

实施例

如图1所示，本发明的基于物联网技术的电池过充保护型楼宇节能监测系 统，主要由用于提供工作电源的光伏发电系统，用于检测层楼各种参数的楼宇 检测系统，以及移动终端组成。该楼宇检测系统设置于各楼层中，其与光伏发 电系统相连接。该移动终端为手机或电脑，其通过无线网络与楼宇监测系统相 连接。

所述光伏发电系统由太阳能光伏电池组，与太阳能光伏电池组相连接的过 充电保护电路，与过充电保护电路相连接的蓄电池，与蓄电池相连接的逆变系 统组成。该太阳能光伏电池组用于把太阳能转换为电能，其需设置于光照处。 蓄电池用于储存太阳能光伏电池组输出的电能。过充电保护电路可以对蓄电池 进行保护，避免蓄电池过度充电。逆变系统用于把直流电压转换为交流电压提 供给楼宇检测系统。

另外，该楼宇检测系统则由处理模块，分别与处理模块相连接的温度传感 器、湿度传感器、烟雾传感器和信号处理电路，以及与信号处理电路相连接的 无线传输模块组成；该移动终端则通过无线网络与无线传输模块相连接，所述 逆变系统则与处理模块相连接。其中，处理模块为AT89C2051单片机。温度传 感器与AT89C2051单片机的P1.5管脚相连接，用于采集楼层的温度，其采用上 海科旗仪表有限公司生产的SMW温度传感器来实现。湿度传感器与AT89C2051 单片机的P1.6管脚相连接，用于采集楼层的温度，其采用北京九纯健科技发展 有限公司生产的JCJ175型湿度传感器。烟雾传感器与AT89C2051单片机的P1.7 管脚相连接，其用于采集楼层的烟雾信号，其采用郑州炜盛电子科技有限公司 生产的MQ-2烟雾传感来实现。信号处理电路的输入端则与AT89C2051单片机 的P3.7管脚相连接，其用于对温度信号、湿度信号以及烟雾信号进行处理。

所述逆变系统可以高效的把直流电压转换为交流电压，该逆变系统的结构 如图2所示，其由变压器T，与变压器T的原边电感线圈相连接的逆变电路， 以及与变压器T的副边电感线圈相连接的稳压输出电路组成。

其中，所述逆变电路由处理芯片U1，场效应管MOS，电阻R1，电阻R2， 电阻R3，电阻R4，电阻R5，电容C1，电容C2，电容C3，稳压二极管D1， 二极管D2，二极管D3以及二极管D4组成。

连接时，稳压二极管D1的N极经电阻R3后与变压器T的原边电感线圈的 同名端相连接、其P极则与蓄电池相连接。电容C2的正极与稳压二极管D1的 N极相连接、其负极接地。电阻R1串接在稳压二极管D1的N极和处理芯片 U1的VCC管脚之间。电容C1的正极与二极管D2的N极相连接、其负极则经 电阻R4后与处理芯片U1的GND管脚相连接的同时接地。所述二极管D2的P 极则与处理芯片U1的COMP管脚相连接。电容C3的负极经电阻R2后与处理 芯片U1的VREF管脚相连接、其正极则与二极管D3的P极相连接。所述二极 管D3的N极则与场效应管MOS的源极相连接。电阻R5串接在处理芯片U1 的ISET管脚和场效应管MOS的栅极之间。二极管D4的P极与处理芯片U1的 OUT管脚相连接、其N极则与场效应管MOS的漏极相连接。

同时，所述处理芯片U1的RT/CT管脚与电容C3的负极相连接、其VFB 管脚则与电容C1的负极相连接。所述场效应管MOS的漏极与变压器T的原边 电感线圈的非同名端相连接。该逆变电路可以高效的把直流电压转换为交流电 压，为了更好的实施本发明，该处理芯片U1优选UC3842集成芯片来实现。

所述稳压输出电路由三端稳压芯片U2，P极与变压器T的副边电感线圈的 非同名端相连接、N极则与三端稳压芯片U2的IN管脚相连接的稳压二极管D5， P极与变压器T的副边电感线圈的同名端相连接、N极则与三端稳压芯片U2的 GND管脚相连接的同时接地的稳压二极管D6，以及正极与三端稳压芯片U2的 OUT管脚相连接、负极则与三端稳压芯片U2的GND管脚相连接的电容C4组 成；所述电容C4的正极与AT89C2051单片机的VCC管脚相连接、其负极则与 AT89C2051单片机的的XTAL1管脚相连接。该稳压输出电路可以对交流电压进 行处理，使交流电压更加稳定，该三端稳压芯片U2优选LM317集成芯片来实 现。

如图3所示，该过充电保护电路由三极管VT1，三极管VT2，放大器P1， 放大器P2，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻 R12，二极管D7，二极管D8，二极管D9，二极管D10，电容C5以及电容C6 组成。

连接时，二极管D7的N极与三极管VT1的发射极相连接、其P极则经电 阻R6后与三极管VT2的集电极相连接。二极管D8的N极与三极管VT2的集 电极相连接、其P极则经电阻R8后与放大器P1的正极相连接。电容C5的正 极与三极管VT1的基极相连接、其负极则与放大器P1的正极相连接。电阻R7 串接在三极管VT1的集电极和二极管D7的P极之间。电阻R9串接在三极管 VT2的基极和放大器P2的输出端之间。二极管D10的P极与放大器P2的输出 端相连接、其N极则顺次经电阻R11和电阻R12后与三极管VT2的发射极相连 接。电容C6的正极与放大器P2的负极相连接、其负极则经电阻R10后接地。 二极管D9的N极与电容C6的负极相连接、其P极则与放大器P1的负极相连 接。

同时，所述放大器P1的输出端与三极管VT1的集电极相连接、其正极接地。 所述放大器P2的正极与电阻R12和电阻R11的连接点相连接。所述三极管VT2 的集电极则与太阳能光伏电池组相连接、其发射极则与蓄电池相连接。当蓄电 池的电量低时三极管VT2导通，太阳能光伏电池组对蓄电池进行充电，当蓄电 池充满电后三极管VT2则截止，太阳能光伏电池组则不再对蓄电池进行充电。

如图4所示，该信号处理电路由放大器P3，放大器P4，三极管VT3，三极 管VT4，三极管VT5，三极管VT6，负极与三极管VT5的发射极相连接、正极 则与AT89C2051单片机的P3.7管脚相连接的电容C10，正极经二极管D11后 与三极管VT3的发射极相连接、负极则经电阻R15后与电容C10的正极相连接 的电容C7，正极与电容C7的负极相连接、负极则与三极管VT5的基极相连接 的电容C8，一端与三极管VT3的集电极相连接、另一端接地的电阻R13，串接 在放大器P3的负极和输出端之间的电阻R14，P极与三极管VT3的基极相连接、 N极则与放大器P3的输出端相连接的二极管D12，正极与三极管VT5的基极相 连接、负极则与三极管VT4的发射极相连接的电容C9，一端与三极管VT5的 集电极相连接、另一端接地的电阻R16，以及串接在放大器P4的正极和输出端 之间的电阻R17组成。

所述放大器P3的正极与三极管VT3的集电极相连接、负极接地、输出端则 与三极管VT4的基极相连接；所述三极管VT4的集电极与放大器P4的负极相 连接、发射极则与三极管VT6的基极相连接；所述放大器P4的正极与三极管 VT6的集电极相连接、其输出端则与无线传输模块相连接；所述三极管VT5的 基极与三极管VT3的基极相连接、其集电极则与三极管VT6的发射极相连接。 该信号处理电路对温度、湿度以及烟雾信号进行放大处理后，由无线传输模块 通过无线网络传输给移动终端，放大后的信号可以弥补信号因远距离传输而产 生的削弱。为了更好的实施本发明，该无线传输模块优选为深圳市晶美润科技 有限公司生产的RXB22无线传输模块。

使用时光伏发电系统给楼宇监测系统提供电源，温度传感、湿度传感器以 及烟雾传感器分别采集楼层的温度、湿度以及烟雾信号并发送给处理模块，度、 湿度以及烟雾信号经信号处理电路处理后由无线传输模块通过网络传输给移动 终端，人们可以通过移动终端随时随地的了解楼宇内的各项参数。

如上所述，便可很好的实现本发明。