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建筑之智能防御报警系统

高工
2014-03-20 17:16:51    评分

作者:内蒙古科技大学 彭聪瑶 杨光宇 韩强
指导老师:刘丕亮 陈波


作品简介:

 

  作品设计:

  能源供应、能源安全、经济效益和环境影响之间的良好平衡,有助于保证城市和大都会地区能源供应系统的可持续发展。

  本设计采用光敏二极管实现太阳能双轴追踪系统,以达到太阳能最优采集。将采集到的电能通过电源控制器及电压转换模块,分别给监控系统及家用电器供电。如下图

 

  监控系统采用IAP15F2K61S2为主控芯片,采用声音传感器、震动传感器模块、人体红外感应模块、火焰传感器(火焰火光检测)、HC-SR04超声波测距模块、煤气瓦斯传感器、温度传感器、红外遥控开关、紫外线强度检测装置及红外检测装置,当检测到隐患及危险时系统自动报警,发送之上位机提醒人员解决隐患及危险。

  实物图如下:

 

  发明目的:

  本作品实现太阳能的最优采集,及太阳能的利用、对建筑物周边坏境实时监控。

  总体监控如下图:

  基本思路:

  监控系统结构图:

  太阳能电池板输出电压经过控制电路得到20V,再经过电压转换得到主控制系统IAP15F2K61S2及各传感器所需的5V电压。该监控系统主要检测人的声响、物体振动、火焰、煤气泄漏等,当有传感器检测到有异常情况时,系统通过无线收发送数据告知人员,当所有隐患、危险解除时,系统解除报警。

  创新点:

  太阳能作为一种清洁无污染的能源, 发展前景非常广阔, 太阳能发电已成为全球发展速度最快的技术。然而它也存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题, 这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。

  为了更充分,更有效的利用太阳能,本设计中设计了太阳能双轴追踪系统,该系统通过实时采集太阳的位置,通过二自由度舵机云台的旋转,使太阳能电池板保持和太阳光照方向的垂直,实现太阳能的最优采集。

 

平台选型说明:

  IAP15F2K61S2

 

设计说明:

  设计方案:

  能源供应、能源安全、经济效益和环境影响之间的良好平衡,有助于保证城市和大都会地区能源供应系统的可持续发展。

  太阳能是一种清洁的绿色能源,是最丰富的可再生能源形式,是所有化石能源及多种可再生能源的源头。太阳能作为地球上真正取之不尽的清洁能源,将是未来最理想的绿色新能源,目前其利用的有效途径便是利用光伏发电技术将太阳能转化为电能。

  为了更充分,更有效的利用太阳能,本设计中设计了太阳能双轴追踪系统。

  本设计采用光电二极管实现太阳能双轴追踪系统,以达到太阳能最优采集,最高效益利用。将采集到的太阳能通过电源控制器及电压转换模块,分别给家用电器及监控系统供电。如下图

  监控系统采用IAP15F2K61S2为主控芯片,采用声音传感器(声音检测模块、咪头模块)、震动传感器模块、人体红外感应模块、火焰传感器(火焰火光检测)、HC-SR04超声波测距模块、煤气瓦斯传感器、温度传感器、红外遥控开关、紫外线强度检测装置及红外检测装置,当检测到隐患及危险时系统自动报警,发送之上位机提醒人员解决隐患及危险。

  设计原理:

  本作品实现太阳能的最优采集,及太阳能的利用、建筑物周边坏境实时监控。

  太阳能作为一种清洁无污染的能源, 发展前景非常广阔, 太阳能发电已成为全球发展速度最快的技术。然而它也存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题, 这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的, 没有充分利用太阳能资源, 发电效率低下。据实验, 在太阳能光发电中, 相同条件下, 采用自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35 % , 因此在太阳能利用中, 进行跟踪是十分必要的 。

  本作品提出一种新型的基于单片机的太阳光自动跟踪系统设计方案, 该系统不仅能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板朝向, 结构简单、成本低, 而且在跟踪过程中能自动更正不同时间的坐标位置, 不必人工干预, 特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况, 有效地提高了太阳能的利用率, 有较好的推广应用价值。

  光电检测电路:太阳的方位随着观测位置和观测时间的不同而不同, 因此, 欲跟踪太阳就必须先对太阳进行检测定位。

 

 

  图1 是太阳光电定位装置中光电检测电路的俯视简图, 共由9 个光电三极管组成。正中央1 个,旁边8 个围成一圈。将此检测板用一不透光的下方开口的圆柱体盖住, 圆柱体的直径略大于图中的外圆。圆柱体的上方中央开一个与检测用的光电二极管直径相同的洞, 以让光线通过(如图2 所示) 。

  将整个光电检测装置安装在太阳能光电池板上, 光电二极管的检测面与电池板平行。在圆柱体的外面不受圆柱体遮挡的地方(确保会受到光线的照射) 也安装一个光电二极管(其朝向与圆柱体内的光电二极管朝向相同) , 用于检测环境亮度, 并与圆柱体内的每个光电二级管及运放构成一个比较电路。适当调整

  图中电阻的阻值, 这样当圆柱体内的光电二极管没有受光线照射时, 运放将输出低电平。此电平可对接到的输入端进行检测, 圆柱体内的每个光电二级管各用一个单片机的输入端, 总共用了9 个。这样就可以检测太阳光线的朝向, 来决定哪个舵机转动、向哪个方向转动。

  使用说明:

  太阳能的采集无需人为干预。

  (1)建筑物四周的超声波在安全范围内检测到物体靠近时,监控系统中相应的指示灯亮,以提醒人,有不明物体靠近。

  (2)当不明物体不断接近,进入禁区,触发红外检测器,系统报警,警告有不明物体入侵。

  (3)振动传感器检测到窗户、门口处有振动时,监控系统中相应的指示灯亮以报警。

  (4)口哨传感器在安全范围内检测人的声音时,防御系统就使相应的指示灯亮以报警。

  (5)室内安装的热释电红外传感器检测到有人时,监控系统就使相应的指示灯亮以报警。

  (6)厨房内安装火焰传感器、煤气传感器检测到明火、煤气泄漏时,监控系统就使相应的指示灯亮以报警。

  (7)温度传感器能检测室内的温度,当发生火灾,可辅助火焰传感器进行检测。温度达到上限时系统自动报警。

  (8)紫外线检测装置能以检测紫外线强度

  (9)通过上位机实时监控建筑物周边的情况。

  (10)双舵机实现太阳能电池板的转动(双轴系统),实

  现实时追踪太阳位置

  (11)当所有的隐患、危险都被解除后,报警解除。

  技术特点和优势:

  此监控系统主要以清洁能源——太阳能为动力,且采集到的能量还可用于家电等,本设计主要针对于家用,结构简单,成本低,易安装。

  本作品提出一种新型的基于单片机的太阳光自动跟踪系统设计方案, 该系统不仅能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板朝向, 而且在跟踪过程中能自动更正不同时间的坐标位置, 不必人工干预, 特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况, 有效地提高了太阳能的利用率, 有较好的推广应用价值。

  适应范围及推广前景的技术性说明:

  就太阳能自动追踪系统而言,市面上主要以直流电机实现此功能,其机械结构要求高,精度不够,成本高,但其动力强劲,主要用于大型太阳能供电装置。本监控系统中太阳能双轴追踪采用了舵机以实现实时定位,机械结构简单,精度高,成本低。

  本监控系统以廉价且易安装的传感器模块为主要检测装置,体积小,无污染,可以隐蔽安装,检测的形式无形不易被发现。该系统中,形成三层监控措施,在不同的空间位置安装不同的传感器,检测不同的物质,实用性强。可在居民日常住宅进行安装。

  监控系统主板原理图如下:

 

 

此文档的相关视频来自:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/13484




关键词: 智能     报警系统     监控系统     传感器    

院士
2014-03-20 22:05:18    评分
2楼
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