一种光伏智能校徽及监测方法与流程

1.本发明涉及一种智能校徽，特别是一种光伏智能校徽及监测方法，属电子校徽技术领域。


背景技术：

2.传统的校徽只是用来识别学校名称，但随着电子科技和通讯技术的发展，电子校徽应运而生，其具备的功能也越来越多，具有身份识别、系统定位、语音通话、数据显示等等。中国专利公开号：cn215381889u《一种智能校徽》给出了一种通过探测头和紫外线探测模块的联合来检测所在环境，判断是否进行户外运动的智能校徽，通过通讯模块和定位模块将数据上传平台的技术方案。但这些功能的实现，都需要电能供给，目前主要采用可充电电池来供电，但频繁的充电对于学生来说常常会忘记，导致了电子校徽有时不能正常使用，同时由于新增了紫外线探测模块，又需要额外增加电能供给，使充电变得更加频繁，降低寿命，带来学生使用不便。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了解决目前智能校徽供电以及耗电的问题，发明一种光伏智能校徽及监测方法，通过由光伏电池供电并利用光伏电池直接采集周围环境光照强度数据进行监测，减少和降低智能校徽的电耗，减少智能校徽的充电次数，延长其使用寿命。
4.为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种光伏智能校徽，其特征在于：光伏智能校徽为前盖和后盖组成的盒体，盒体内放置有光伏供能模块、电流采样模块、通讯模块、定位模块，以及中央处理器（mcu)；所述的光伏供能模块包括光伏电池、控制器和充电电池，光伏电池通过控制器给充电电池充电提供电能给用电器件；所述的光伏电池为硅基薄膜电池，膜面同时一体化制作有硅薄膜光敏探头，光敏探头和电流采样模块构成光照度传感器，电流采样模块将光敏探头的输出电流转换成电压信号，连接到mcu单片机的ad口进行电压采样；所述的通讯模块为nb模块和/或蓝牙模块，mcu单片机通过uart串口分别与nb模块、蓝牙模块和gps模块进行交互，把获取的信息通过nb模块传送到数据管理平台进行数据分析与管理，通过蓝牙模块与手机app连接,手机app与数据管理平台通过互联网进行数据交互。
5.所述的盒体为圆形或椭圆或多边形，光伏电池为非晶硅电池或其它薄膜电池，形状为或圆形或环形或多边形，放置在前盖上，前盖为透明材质，或对应光伏电池位置为透明窗口。
6.所述的光敏探头位于光伏电池的中间区域或边缘区域，与发电区域隔开。
7.所述的控制器采用spv1050芯片或bq25505芯片，包括光伏充放电模块、电池防反模块、dc-dc电池管理模块，光伏充放电模块包含有mppt控制模块。
8.所述的nb模块的芯片型号为lmp2100，蓝牙模块的芯片型号为le5010ai。
9.所述的定位模块的芯片型号为ub-g7020，利用gps模块定位，获取学生户外活动的
位置，为学生安全提供位置信息。
10.所述的中央处理器采用gd32f103c8t6主芯片。
11.所述的电流采样模块，包括采样电阻和电流放电器，电流放大器的芯片型号为max44284，光敏探头串接采样电阻，电流放大器芯片通过3脚rs 和4脚rs-对流过采样电阻两端的电流进行采样和放大，并转换成对应的电压值，由5脚out端输出，给到单片机mcu的ad管脚进行电压采样，从而完成光照强度的感应。
12.所述的控制器设置有磁吸式充电头，可外接电源给充电电池充电。
13.所述的光伏智能校徽的盒体内还可放置有显示模块，显示模块连接到中央处理器，可显示光照强度或学生信息，数据管理平台和手机app可进行学生信息编辑。
14.所述的显示模块连接有按压开关按键，可通过按压打开或关闭显示，减少用电量。
15.一种光伏智能校徽的监测方法，光线照射到光伏电池的光敏探头采集环境光照强度输出电流，通过电流采样模块进行电流采样，将电流转换成电压信号给到中央处理器进行电压采样，与设定阈值进行比较，从而确定学生是否在室外；当学生佩戴光伏智能校徽后，大于等于设定阈值，确定学生位置在室外后，开始计时；当学生回到室内后，小于设定阈值，计时停止，中央处理器累计一天内的总户外活动时长，由通讯模块将数据上传到数据管理平台，对学校和学生进行监测。
16.所述的中央处理器上传数据给数据管理平台后，进行时长清零，重新开始下一次计时。
17.所述的一体化制作是指在制作光伏电池的发电单元时，同时制作出光敏探头，而不需要另外增加工序制作光敏探头。
18.本发明产生的积极有益效果是：由于采用光伏供能模块提供电能，实现了低功耗供能，减少了充电次数；同时，利用光伏电池膜面的小面积区域制作光敏探头，保证膜面均匀性好，缺陷少，采样电流一致性好，通过利用光伏电池本身制作的光敏探头直接采样光照强度，减少了中间环节，降低了能耗，延长了续航能力。通过以上技术使得光伏智能校徽结构紧凑，使用方便。
附图说明
19.图1：本发明的整体结构示意图。
20.图2：本发明的光伏电池结构示意图。
21.图3：本发明的模块连接框图示意图。
22.图4：本发明的电流采样模块电路示意图。
23.图5：本发明的实施例3外观结构示意图。
24.图中，1、前壳，2、光伏电池，3、电路板，4、控制器，5、电流采样模块，6、充电电池，7、中央处理器，8、nb模块，9、蓝牙模块，10、定位模块，11、后盖，12、充电输出电极，13、光敏探头，13-1、光敏探头引出电极，14、显示模块，15、按压开关。
具体实施方式
25.实施例1 本实施例不包含定位模块10和显示模块14。
26.本实施例的前壳1为透明聚碳酸酯，外圆直径为53mm，光伏电池2选用直径为50mm、
衬底导电玻璃厚度为0.7mm的非晶硅薄膜电池，工作电压3.5v，工作电流3ma，光伏电池2受光面贴紧安装在前壳1上，电路板3上安装有控制器4、电流采样模块5、中央处理器7、nb模块8、蓝牙模块9，电路板4和充电电池6放置在后盖11上，前盖1和后盖11扣合后成光伏智能校徽盒体。控制器4选用spv1050芯片，具有mppt功能；充电电池6采用55mah的3.7v锂离子电池，充电截止电压/过冲保护4.2v，过放保护电压3.1v；中央处理器7的芯片型号为gd32f103c8t6，nb模块8的芯片型号为lmp2100，蓝牙模块9的芯片型号为le5010ai，电流采样模块5的电流放大器芯片的型号为max44284。
27.光伏电池2为内联式非晶硅薄膜电池，膜面制作有光敏探头13，与发电区域分隔开，为了更好地采集周围环境的光照强度，将光敏探头13制作在光伏电池2的中间位置，从光敏探头13上引出电极13-1，充电输出电极12连接到控制器4后给充电电池6充电，充电电池6给各个用电器件进行供能，光敏探头13的引出电极13-1连接到电流采样模块5的接线座j10上，电流放大器芯片通过3脚rs 和4脚rs-对流过采样电阻r69两端的电流进行采样和放大，并转换成对应的电压值，由5脚out端输出，给到单片机mcu的ad管脚进行电压采样，中央处理器7的单片机芯片通过uart串口分别与nb模块8和蓝牙模块9进行交互，把获取的信息通过nb模块8传送到管理平台，通过蓝牙模块9与手机app连接,手机app与管理平台通过互联网进行数据交互。
28.当学生佩戴光伏智能校徽后，光伏电池2的光敏探头13通过电路采样模块5进行电流采样后转换成电压信号，给到中央处理器7进行电压采样，分析判断与设定阈值比较，当大于等于设定阈值后，判断为室外活动，开始累加计时，当电压值小于设定阈值后，计时停止，中央处理器7进行一天数据累计后通过nb模块8将数据上传给数据管理平台进行数据管理，同时也可以通过蓝牙模块9给到手机app，手机app可以从数据管理平台获取对应学生的数据，中央处理器7上传数据后，进行时间清零，开始下一次计时。
29.经过试验对比分析：传统的无光伏电池的智能校徽的每天的功耗包括：1，上报数据工作功耗:15ma*30/3600 时 = 0.125mah2，紫外线采样功耗：185ua/1000 *16小时 = 2.96mah3，静态功耗：100ua/1000 *8小时 = 0.8mah4、单次按键功耗：600ua/1000 *3s/3600小时 = 0.0005mah按照每天10次按键，总功耗大约为：4.5mah，温度变化及信号不稳定、锂电池自放电等因素考虑，根据上述功耗要求，充满电后，原4.2v、55mah的锂电池，可满足6~7天的使用。
30.使用光伏智能校徽：若在户外晴天有阳光时，对应的20000lux下输出特性为：voc≥ 6.8v，isc≥ 2310ua，io≥ 2400ua，满足户外采样电流 195 ua的供电需求，并且可以存储电量。按照一天户外1.5小时算，可贡献当天2400/1000*1.5/4.5 ≈ 80%的电能。原来7天充一次电变为12.5天充一次电。大大延长了原充电时间，减少充电频次。
31.对应的30000lux下输出特性为：voc≥ 6.8v，isc≥ 3490ua，iop≥ 3560ua, 按照一天户外1.5小时算，可贡献当天3560/1000*1.5/4.5 ≈ 119%的电能，完全满足使用。若学生在户外正面阳光直射下，照度能达到90000lux以上，则0.5小时能满足当天校徽的用电量。
32.从以上对比来看，充电次数大大减少甚至不用额外充电即能满足校徽的电能要求，具有非常好的实际效果。
33.实施例2在实施例1的基础上安装有定位模块10，定位模块10的芯片型号为ub-g7020，中央处理器7的单片机芯片通过uart串口和gps模块10进行交互，利用gps模块定位，获取学生户外活动的位置，为学生安全提供位置信息。
34.实施例3在实施例1或实施例2的基础上增加显示模块14，为了减轻重量，光伏电池2选用环形，玻璃衬底厚度为0.5mm，显示模块12位于环形中间位置，显示模块14与中央处理器7连接，可将学生信息或光照强度等级通过显示模块12显示，为了省电，可以设置按键开关14，需要显示数据时按开关键，可以帮助学生判断室外紫外线强度是否适合室外活动，或是否需要涂抹防晒霜，还可以帮助找回丢失校徽。