[发明专利]一种基于太阳能供电的无线网络测距系统

说明书

技术领域

本发明属于测量技术领域，特别是涉及一种基于太阳能供电的低功耗无线网络测距系统。

背景技术

距离测量广泛用于工业，农业，民用，医疗，军事等领域，其中比较多的如：雷达测距，超声波测距，激光测距等。例如超声波测距可以应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，如污水厂的液位测量，固体料面测量等。目前的测距量程达百米。超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。目前普遍供电采用220V供电，而采用太阳能供电的比较少见。

太阳光可以通过太阳能电池板转化为功率，作为可充电电池的能源，即为光伏发电。但由于太阳光随天气的变化具有非线性和不可控性，所以对于利用太阳能电池板给充电电池进行高效充电的控制就尤为困难。太阳能光伏发电技术主要分为三大类：独立光伏发电系统、并网光伏发电系统和混合互动型发电系统。本系统根据露天测距的特点，选择独立光伏发电系统。

目前测距一般采用4-20mA信号传输方式，而采用无线通讯的比较少见，本发明在检索国内外相关资料后发现，目前在太阳能、测距、无线通信方面三者相结合的无线传感网络还没有相关的研究，包括在超声波测距方面，在雷达测距方面，如何实现超低功耗节电，在安装方便的前提下增大测量范围，仍是要解决的关键问题。

Zigbee是一种无线网络传输技术。Zigbee技术数据传输速率低。只有10kb/s～250kb/s，专注于低传输应用。其优点在于：功耗低、成本低、网络容量大、工作频段灵活。根据本发明的内容要求，一般距离等测量信息比较简单，数据量不大，因此选择低功耗的Zigbee协议，适合数据量小，成本要求低的低功耗无线网络通讯的系统要求。

目前太阳能供电由于其绿色、环保等特点也逐渐成为了各国研究的重点。无线传感网络因其便捷迅速得到了迅猛发展。与本发明专利相关的超声波测量即采用了时差法对不同环境的水位、固体料位以及车辆间距进行直接的非接触式测量。从国内外公开发表的文献和专利可以看到，世界上工业发达的国家，如美国、欧洲国等国都已进行了这些方面的研制开发工作。但均未完全解决物位的方便便捷的实时监测问题，实现方式及性能仍有较多不足之处。现将国内外相关研究和专利列举如下：

1、美国专利7,330,398“Ultrasonic range finder”。一种快速且精确并且不受环境影响的超声波测距仪。其包含了校准杆从而提供了一个参考距离，根据环境温度的变化不断产生新的参考距离，以确定在目前环境下超声波的传播速度，从而快速准确的测距。

2、美国专利5,140,859“Long range ultrasonic distance measuringsystem”。使用了两个超声波探头来提供两地之间的距离，主收发器发出脉冲信号经时间t1传到辅收发器，经过t2的延时，辅收发器向主收发器发射响应脉冲经时间t1传回主收发器。这种测距仪的优点在于回声信号强，解决了远距离的测量问题。但这种系统往往比较复杂，在安装和应用场合上适用范围十分有限。

3、美国专利5,508,974“Method and device for ultrasonic distancemeasuring”其测量方法是适用于倒车辅助系统的，优势在于车辆行进过程中可以不断地反馈正确的测量值，并且有效的抑制了噪声信号对测量的干扰。

4、欧洲专利EP2120311(A1)“Solar power charging device withself-protection function”。太阳能充电装置，包含太阳能电池板、蓄电池、二极管。在太阳能电池板与蓄电池间放置二极管起到防反充功能。但此装置简单不能满足更多系统的可靠性和高效使用的需求

5、中国专利CN 101404416A“一种太阳能蓄电池控制器及其控制方法”利用微处理器内部的pwm控制单元以及普通I/O口产生一个或多个开关控制信号。每个控制信号对应一个太阳能子阵，当第n个功率电子器件被开关控制信号导通后第个太阳能子阵就给蓄电池充电。优点在于功率电子开关器件的开关功率损耗小，易于实现。

6、美国专利5,703,468“Electrical charge control apparatus and methodfor photovoltaic energy conversion systems”提供了一种对蓄电池进行温度补偿检测的方法，根据温度的变化设定不同的充电电压点以保持需电池在最佳的条件下工作。