一种具有智能化安全监控系统的太阳能发电板的制作方法

本发明涉及太阳能发电技术领域，且更具体地涉及一种具有智能化安全监控系统的太阳能发电板。

背景技术：

传统的太阳能电池板不具有自身工作状态监控的功能，发电过程中发生短路、自燃时无法及时报警和切断供电电路，导致太阳能电池板持续发电，最终损毁和自燃，太阳能电池板火灾发生后，由于电压高，很难及时进行扑灭，需要等到太阳下山后，才可进行有效的灭火动作，此时太阳能发电板往往已经大面积烧毁。这就需要一种新型的太阳能发电板，能够具有智能化安全监控系统，当发生短路或非正常工作状态时，通过控制开关等方式让该太阳能电路板停止发电，避免过热自燃的现象，降低损失，提高安全性；为了便于现场抢修，电路板背部可设置工作状态的指示灯，抢修人员通过指示灯快速识别损坏的发电板；为了使用者能够第一时间得知发电板状态信息，该发电板可将发电板状态信息通过通讯模块发送到用户的控制端上。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明公开了一种具有智能化安全监控系统的太阳能发电板。

本发明采用以下技术方案：

一种具有智能化安全监控系统的太阳能发电板，包括壳体和设置在所述壳体上的指示灯，所述壳体上还设置有监控系统，所述监控系统包括：

监控层；其内设置有监控终端，所述监控终端包括壳体和设置在所述壳体内的电气组件，所述电气组件包括中央控制单元和与所述中央控制单元连接的光传感器、报警模块、温度检测电路、电流检测电路、过电流保护电路和开关电路，所述壳体上设置有无线通讯接口和有线通讯接口，所述报警模块通过所述中央控制单元的控制发出报警信息；所述指示灯为led指示灯；其中

所述温度检测电路与所述a/d转换单元连接，并且所述温度检测电路包括电压基准电路、电压跟随电路、温度传感器和电压放大电路，所述温度检测电路还包括温度传感器的电阻桥电路，所述电压基准电路连接电压跟随电路的输入端，温度传感器的电阻桥电路连接电压放大电路的输入端，所述电压跟随电路和电压放大电路的输出端连接单片机的adc采集端；

所述中央控制单元为基于stm32f103zet6芯片的处理单元，所述stm32f103zet6芯片内置32位cortextm-m3cpu，最高工作频率大于70mhz；

所述a/d转换单元设置有至少8个i/o接口，并且所述a/d转换单元设置有基准源芯片mc1404，以产生所述a/d转换单元工作需要的参考源vref；

所述电流检测电路包括光耦隔离电路、放大电路和单极性转换电路、模数转换电路、mcu和数码显示管，所述光耦隔离电路的输出端依次连接有放大电路、单极性转换电路、模数转换电路以及mcu，所述mcu的输出端与所述数码显示管的输入端连接，所述光耦隔离电路将逆变器输出的脉冲电流隔离转换成双极性脉冲电压信号，并输出至所述放大电路；所述放大电路将隔离转换后的双极性脉冲电压信号放大，并输出至单极性转换电路，所述单极性转换电路把放大后的双极性脉冲电压信号转换成单极性脉冲信号，通过模数转换电路输出至mcu，mcu控制数码管实时显示出所述光耦隔离电路将逆变器输出的脉冲电流大小；

所述开关电路为基于晶体三极管的开关电路，所述开关为继电器，所述开关电路通过所述晶体三极管的通路或者断路来控制继电器的开或者关；

所述过电流保护电路包括a/d转换单元输出端口、过流保护控制模块、电流限流控制模块、开关电路驱动单元和外围电路，所述a/d转换单元输出端口通过所述外围电路分别与所述电流限流控制模块的第一端、所述过流保护控制模块的第一端和所述开关电路驱动单元的第一端连接，所述过流保护控制模块的第二端与所述电流限流控制模块的第二端连接，所述过流保护控制模块的第三端与所述开关电路的第三端连接，所述电流限流控制模块的第三端与所述开关电路的第二端连接；

所述报警模块为基于发光二极管和扬声器的声光报警电路；

传输层，其内设置有有线通讯模块或无线通讯模块，其中所述有线通讯模块至少包括rs485通讯模块或rs232通讯模块，所述无线通讯模块至少包括tcp/ip网络系统、zigbee无线网络、gprs通讯模块或cdma无线通讯或蓝牙通讯模块；

数据处理层，其内设置有计算机系统组件，所述计算机系统组件集成设置有数据分类模块，用于实现不同数据的分类；

远程控制层，其内设置有监控计算机，所述监控计算机设置有onenet数据管理平台。

所述监控层的输出端与所述传输层的输入端连接，所述传输层的输出端与所述数据处理层的输入端连接，所述数据处理层的输出端与所述远程控制层的输入端连接。

进一步地，所述数据分类模块为boosting算法模块，并且所述boosting算法模块设置有无线通讯数据接口或有线数据通讯接口。

进一步地，所述监控终端还设置有时钟接口、i/o端口、spi端口、串口、数据接收端口和gps定位单元。

本发明还采用以下技术方案：

一种具有智能化安全监控系统的太阳能发电板实现监控的方法，所述方法为：

通过所述温度传感器检测太阳能发电板的温度，并且通过所述电流检测电路检测太阳能发电板的电流，实现电流和温度的同步检测，当温度传感器检测到温度异常信号时，或者所述电流检测电路检测到异常电流信号时，在所述中央控制单元的控制下，控制开关电路使太阳能电路板停止发电，避免过热自燃的现象，降低损失，提高安全性，太阳能电路板背部设置有显示工作状态的led指示灯，当发现太阳能发电板存在故障现象时，通过所述报警模块进行声光报警，使得维修人员通过声光报警信号快速识别损坏的太阳能电路板，监控终端输出数据通过数据处理层进行处理，并且所述监控终端设置有无线通讯接口，并与所述远程控制层构成远程通讯关系，当太阳能发电板发生故障时，所述远程控制层在onenet数据管理平台通过传输层能够实时、在线获取太阳能发电板状态信息，实现太阳能发电板的远程、在线监控。

进一步地，所述数据处理层通过adaboost分类器对接收到的数据进行处理。

进一步地，所述adaboost分类器的构建方法为：首先将数据样本进行一遍训练、学习，将数据样本训练成第一弱分类器，然后再将其它数据样本进行训练、学习，将数据样本训练成第二弱分类器，以此类推，逐步训练学习成n个弱分类器，n≥5；然后将n个弱分类器再训练成强分类器。

进一步地，所述强分类器的数量大于或者等于1。

进一步地，所述强分类器设置有数据通讯接口。

进一步地，所述adaboost分类器的工作方法为：

(1)数据样本选择：在采集到的数据中，假设训练集{(x1，y1)、(x2，y2)，…，(xn，yn)}，在该训练集中，假设xi是输入的数据训练样本向量，yi是adaboost分类器分类的类别标志；

(2)初始化：在对数据样本进行初始化时，对所有数据训练样本赋予相同的权重d＝1/n，然后用adaboost分类器学习算法对训练样本集进行n轮学习训练。其中：d1(xi)＝1/n，i＝1，2，…，n。

(3)训练权值，将弱分类器训练成强分类器后，在权值dt下，对弱学习算法进行训练，得出预测函数ht：x→{-1，+1}。

(4)输出预测值，并对预测值的误差率进行评估，误差计算率公式为：

εt＝∑dt(xi)[ht(xi)≠yi]式(1)

(5)判断是否满足要求，当ht(xi)≠yi时，

ht(xi)＝-1dt(xi)exp(-αtyiht(xi))式(2)

当ht(xi)＝yi时，

yiht(xi)＝e^a式(3)

其中zt是将以下公式进行归一化为：

(5)输出最终的预测函数，得出归一化图像数据，当n轮训练结束后，最终得出预测函数为：

进一步地，所述onenet数据管理平台工作方法为：

当监测终端启动后，所述onenet数据管理平台对时钟、单元模块、各个模块的i/o端口、spi端口等进行初始化。然后对太阳能发电板的监测位置进行gps定位，并开始对所述位置处的太阳能发电板进行监测，并将定位和监测后的数据放入寄存器中等待数据发送，然后将寄存器中的监测数据和位置信息发送到onenet平台中。

积极有益效果：

本发明结合了计算机科学技术、能源工程技术及工业控制技术，将太阳能板发电过程中的各项实时监测数据，进行有效整合，再传递给太阳能发电的监测人员，为其管理控制。

通过所述温度传感器检测太阳能发电板的温度，并且通过所述电流检测电路检测太阳能发电板的电流，实现电流和温度的同步检测，当温度传感器检测到温度异常信号时，或者所述电流检测电路检测到异常电流信号时，在所述中央控制单元的控制下，控制开关电路使太阳能电路板停止发电，避免过热自燃的现象，降低损失，提高安全性，太阳能电路板背部设置有显示工作状态的led指示灯，当发现太阳能发电板存在故障现象时，通过所述报警模块进行声光报警，使得维修人员通过声光报警信号快速识别损坏的太阳能电路板，监控终端输出数据通过数据处理层进行处理，并且所述监控终端设置有无线通讯接口，并与所述远程控制层构成远程通讯关系，当太阳能发电板发生故障时，所述远程控制层在onenet数据管理平台通过传输层能够实时、在线获取太阳能发电板状态信息，实现太阳能发电板的远程、在线监控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明监控系统架构示意图；

图2为本发明监控终端架构示意图；

图3为本发明监控终端中温度检测电路的电路示意图；

图4为本发明监控终端中a/d转换电路的电路示意图；

图5为本发明监控终端中电流检测电路的电路示意图；

图6为本发明监控终端中电流保护电路的电路示意图；

图7为本发明监控终端中声光报警电路的电路示意图；

图8为本发明监控方法中boosting算法的流程示意图；

图9为本发明监控方法中onenet数据管理平台工作的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-图6所示，一种具有智能化安全监控系统的太阳能发电板，包括壳体和设置在所述壳体上的指示灯，其特征在于：所述壳体上还设置有监控系统，所述监控系统包括：

监控层；其内设置有监控终端，所述监控终端包括壳体和设置在所述壳体内的电气组件，所述电气组件包括中央控制单元和与所述中央控制单元连接的光传感器、报警模块、温度检测电路、电流检测电路、过电流保护电路和开关电路，所述壳体上设置有无线通讯接口和有线通讯接口，所述报警模块通过所述中央控制单元的控制发出报警信息；所述指示灯为led指示灯；其中

所述温度检测电路与所述a/d转换单元连接，并且所述温度检测电路包括电压基准电路、电压跟随电路、温度传感器和电压放大电路，所述温度检测电路还包括温度传感器的电阻桥电路，所述电压基准电路连接电压跟随电路的输入端，温度传感器的电阻桥电路连接电压放大电路的输入端，所述电压跟随电路和电压放大电路的输出端连接单片机的adc采集端；

所述中央控制单元为基于stm32f103zet6芯片的处理单元，所述stm32f103zet6芯片内置32位cortextm-m3cpu，最高工作频率大于70mhz；在本实施例中，应用stm32f103zet6芯片是其为增强型32位arm处理芯片，内置32位cortextm-m3内核，超低功耗，是新一代的嵌入式处理器，内置512kb的flash存储器，内部sram为64kb，cpu可以以0等待周期读写。配合72mhz的时钟，使得主控单元的程序运行更快，处理能力更强，综合性能远超8位的51单片机。在另一种实施例中，采用ti公司的tms320f2812高档dsp芯片，tms320f2812是一个高性能的dsp单片处理器，不但运算能力强，且构成的系统非常富有效率，软件烧入片内的flash后还可以不被读出。

所述a/d转换单元设置有至少8个i/o接口，并且所述a/d转换单元设置有基准源芯片mc1404，以产生所述a/d转换单元工作需要的参考源vref；

所述电流检测电路包括光耦隔离电路、放大电路和单极性转换电路、模数转换电路、mcu和数码显示管，所述光耦隔离电路的输出端依次连接有放大电路、单极性转换电路、模数转换电路以及mcu，所述mcu的输出端与所述数码显示管的输入端连接，所述光耦隔离电路将逆变器输出的脉冲电流隔离转换成双极性脉冲电压信号，并输出至所述放大电路；所述放大电路将隔离转换后的双极性脉冲电压信号放大，并输出至单极性转换电路，所述单极性转换电路把放大后的双极性脉冲电压信号转换成单极性脉冲信号，通过模数转换电路输出至mcu，mcu控制数码管实时显示出所述光耦隔离电路将逆变器输出的脉冲电流大小。在本实施例中，光耦隔离电路还可以包括高共模抑制比隔离光耦，所述高共模抑制比隔离光耦内部集成霍尔线性电流传感器，其型号为acs712elctr-20a-t。单极性转换电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻以及第三电阻，所述放大电路的输出端通过第一电阻与所述第一运算放大器的正向输入端连接，所述第一运算放大器的反向输入端通过第二电阻与地连接，所述第一运算放大器的输出端与所述模数转换电路的输入端连接，所述第三电阻的一端与所述第一运算放大器的反方向输入端连接，另一端与所述第一运算放大器的输出端连接。其中所述单极性转换电路还包括第一反馈电容，所述第一反馈电容与所述第三电阻并联。

在上述实施例中，所述开关电路为基于晶体三极管的开关电路，所述开关为继电器，所述开关电路通过所述晶体三极管的通路或者断路来控制继电器的开或者关；

所述过电流保护电路包括a/d转换单元输出端口、过流保护控制模块、电流限流控制模块、开关电路驱动单元和外围电路，所述a/d转换单元输出端口通过所述外围电路分别与所述电流限流控制模块的第一端、所述过流保护控制模块的第一端和所述开关电路驱动单元的第一端连接，所述过流保护控制模块的第二端与所述电流限流控制模块的第二端连接，所述过流保护控制模块的第三端与所述开关电路的第三端连接，所述电流限流控制模块的第三端与所述开关电路的第二端连接；

所述报警模块为基于发光二极管和扬声器的声光报警电路；

传输层，其内设置有有线通讯模块或无线通讯模块，其中所述有线通讯模块至少包括rs485通讯模块或rs232通讯模块，所述无线通讯模块至少包括tcp/ip网络系统、zigbee无线网络、gprs通讯模块或cdma无线通讯或蓝牙通讯模块；

数据处理层，其内设置有计算机系统组件，所述计算机系统组件集成设置有数据分类模块，用于实现不同数据的分类；

远程控制层，其内设置有监控计算机，所述监控计算机设置有onenet数据管理平台。

所述监控层的输出端与所述传输层的输入端连接，所述传输层的输出端与所述数据处理层的输入端连接，所述数据处理层的输出端与所述远程控制层的输入端连接。

在进一步的实施例中，所述数据分类模块为boosting算法模块，并且所述boosting算法模块设置有无线通讯数据接口或有线数据通讯接口。

进一步地，所述监控终端还设置有时钟接口、i/o端口、spi端口、串口、数据接收端口和gps定位单元。

实施例2

如图7-图8所示，一种具有智能化安全监控系统的太阳能发电板实现监控的方法，所述方法为：

通过所述温度传感器检测太阳能发电板的温度，并且通过所述电流检测电路检测太阳能发电板的电流，实现电流和温度的同步检测，当温度传感器检测到温度异常信号时，或者所述电流检测电路检测到异常电流信号时，在所述中央控制单元的控制下，控制开关电路使太阳能电路板停止发电，避免过热自燃的现象，降低损失，提高安全性，太阳能电路板背部设置有显示工作状态的led指示灯，当发现太阳能发电板存在故障现象时，通过所述报警模块进行声光报警，使得维修人员通过声光报警信号快速识别损坏的太阳能电路板，监控终端输出数据通过数据处理层进行处理，并且所述监控终端设置有无线通讯接口，并与所述远程控制层构成远程通讯关系，当太阳能发电板发生故障时，所述远程控制层在onenet数据管理平台通过传输层能够实时、在线获取太阳能发电板状态信息，实现太阳能发电板的远程、在线监控。

在上述实施例中，所述数据处理层通过adaboost分类器对接收到的数据进行处理。

在上述实施例中，所述adaboost分类器的构建方法为：首先将数据样本进行一遍训练、学习，将数据样本训练成第一弱分类器，然后再将其它数据样本进行训练、学习，将数据样本训练成第二弱分类器，以此类推，逐步训练学习成n个弱分类器，n≥5；然后将n个弱分类器再训练成强分类器。

在上述实施例中，所述强分类器的数量大于或者等于1。

在上述实施例中，所述强分类器设置有数据通讯接口。

在上述实施例中，所述adaboost分类器的工作方法为：

(1)数据样本选择：在采集到的数据中，假设训练集{(x1，y1)、(x2，y2)，…，(xn，yn)}，在该训练集中，假设xi是输入的数据训练样本向量，yi是adaboost分类器分类的类别标志；

(2)初始化：在对数据样本进行初始化时，对所有数据训练样本赋予相同的权重d＝1/n，然后用adaboost分类器学习算法对训练样本集进行n轮学习训练。其中：d1(xi)＝1/n，i＝1，2，…，n。

(3)训练权值，将弱分类器训练成强分类器后，在权值dt下，对弱学习算法进行训练，得出预测函数ht：x→{-1，+1}。

(4)输出预测值，并对预测值的误差率进行评估，误差计算率公式为：

εt＝∑dt(xi)[ht(xi)≠yi]式(1)

(5)判断是否满足要求，当ht(xi)≠yi时，

ht(xi)＝-1dt(xi)exp(-αtyiht(xi))式(2)

当ht(xi)＝yi时，

yiht(xi)＝e^a式(3)

其中zt是将以下公式进行归一化为：

(5)输出最终的预测函数，得出归一化图像数据，当n轮训练结束后，最终得出预测函数为：

在上述实施例中，所述onenet数据管理平台工作方法为：

当监测终端启动后，所述onenet数据管理平台对时钟、单元模块、各个模块的i/o端口、spi端口等进行初始化。然后对太阳能发电板的监测位置进行gps定位，并开始对所述位置处的太阳能发电板进行监测，并将定位和监测后的数据放入寄存器中等待数据发送，然后将寄存器中的监测数据和位置信息发送到onenet平台中。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。