TWI408818B - 一種太陽能板無線監控系統及其電壓值之測量方法 - Google Patents

Description

一種太陽能板無線監控系統及其電壓值之測量方法

本發明係揭露一種太陽能板無線監控系統，尤指利用一無線通訊網路技術以達到太陽能板狀態測量之目的。

目前全球的用油和家庭用油的價格居高不下，已經是普遍的現象。石油與煤炭，因人口過多加上人類的大量使用結果，讓人類用油的年數減少許多，地球上也因能源使用過度而出現種種環境生態之破壞。因此，為了因應石油和煤炭的快速減少，而能源需求卻愈來愈多的情況之下，人類不得不發展其他替代能源。此時，便是使用再生能源的最好時刻。

由太陽輻射出來的能量相當龐大，據估計，其中34%反射回太空中，19%被大氣吸收，47%才被地表吸收使用，但一年中太陽傳送到地球的能量有1.3×10²⁴ 卡，這些能量是全人類一年使用總能量的26000倍，所以，祇要能多加利用，太陽能有潛力可以成為真正的永久能源。

利用太陽能板進行太陽能的吸收，已經是近年來相當熱門的課題，在不斷的研究與改良之下，太陽能板的使用效率以及使用範圍已越來越進步。一般來說，太陽能板在實際使用時，需注意的狀態參數包含溫度、濕度及電壓，若能對於這些參數進行良好的監控，自然能達到理想的使用情形。然而，在習知的太陽能板監控作業中，通常皆由工作人員在現場定時監測，避免太陽能板出現突發之異常狀況。亦有習知技術利用感測器進行量測，再以線路將資料傳送至監控之設備，但由於線路長度有限，若太陽能板與監控設備距離太遠，便會難以進行線路設置，另外，由於線路在長時間使用下，有折損之疑慮，此亦其不足之處。

基於前述問題，本發明之發明人曾嘗試將無線射頻模組與太陽能板結合。如第一圖所示，係為習知之太陽能板無線監控模組示意圖，習知之太陽能板無線監控模組A係將一感測終端裝置A10結合至一太陽能板A20上，當該太陽能板A20量測得到狀態參數資料後，該感測終端裝置A10便利用其含有之一無線射頻模組A11將資料傳送至外部之一伺服器A30中。雖然此模組克服了實體線路傳輸之缺點，但是由於其架構僅容許一個感測終端裝置A10結合上一個太陽能板A20，而感測終端裝置A10係為較高成本之元件，因此會造成整體成本過高。

有鑑於此，必須發展出一套不需電線線路之太陽能板監控系統，以達到及時監控的目的，並且使一個感測終端裝置能同時與多個太陽能板連接，以減少成本之使用。

請參照申請書及相關證明文件所示，本發明所揭露之內容雖已公開於民國98年4月25日所舉辦之第五屆全國電子設計創意競賽，依據專利法第22條第2項第2款之規定：「發明有下列情事之一，致有前項各款情事，並於其事實發生之日起六個月內申請者，不受前項各款規定之限制：二、因陳列於政府主辦或認可之展覽會者」，本發明並未喪失新穎性。

故，有鑑於前述之問題與缺失，發明人以多年之經驗累積，並發揮想像力與創造力，在不斷試作與修改之後，始有本發明之一種太陽能板無線監控系統。

本發明之主要目的係提供一種太陽能板無線監控系統，將一感測終端裝置應用於太陽能板上，以對於太陽能板之狀態參數進行量測，量測所得之資料便可透過無線傳輸方式傳送至對應之設備中，達到自動化量測之目的，而無線傳輸方式可克服太陽能板與後方監控系統之距離問題。

本發明之另一目的係提供一種太陽能板無線監控系統，使一感測終端裝置同時與多個太陽能板連接，以進行多個太陽能板之狀態參數量測，如此可減少元件之使用成本。

本發明係揭露一種太陽能板無線監控系統，包含：至少一太陽能板，其包含：一組太陽能轉換元件，其設置於該太陽能板之一第一表面上，可對於太陽能進行吸收並轉換成電能；一電源處理電路，其設置於太陽能板之一第二表面上，可將該組太陽能轉換元件對於太陽能所轉換而成之電能進行輸出之調控；複數個狀態顯示燈號，其設置於太陽能板之該第二表面上，該複數個狀態顯示燈號可依太陽能板電路的使用狀態而啟動相對應之燈號；一溫度感測模組，其設置於太陽能板之第二表面上，該溫度感測模組可用以量測太陽能板之即時溫度值；一電壓量測電路，其設置於太陽能板之第二表面上，該電壓量測電路可用以量測太陽能板之即時電壓值；一第一數位類比訊號轉換介面，其設置於太陽能板之第二表面上，當太陽能板與一外部裝置進行訊號交換時，該第一數位類比轉換介面可用以進行數位訊號與類比訊號之間之轉換；一感測終端裝置，其係以實體線路與太陽能板連接，該感測終端裝置更包含：一無線射頻模組，其可將太陽能板上所量測得到之溫度及電壓資料經無線射頻方式傳送至外部之一後方監控裝置中；一第二數位類比訊號轉換介面，可用以與一外部裝置進行數位訊號與類比訊號之間之轉換；及一計時器，可用以處理訊號傳輸之排程及時序控制；一計數IC，係與感測終端裝置之該第二數位類比訊號轉換介面電性連接，該計數IC可用以接收第二數位類比訊號轉換介面所傳送之訊號，並進行訊號傳送次數之累計；及一解多工器IC，係同時與計數IC及太陽能板電性連接，該解多工器IC接收到計數IC所傳送之次數累計資料後，將該資料進行解碼並進行特定太陽能板之電壓量測。

為達前述之目的與功效，發明人將太陽能板與無線感測終端裝置做配合應用，在不斷的修正與調整之下，始得到本發明之一種太陽能板無線監控系統。茲以本發明一較佳實施例之太陽能板無線監控系統，對本發明之系統架構做詳細之介紹。

請同時參閱如第二A圖及第二B圖所示，係分別為本發明該較佳實施例之太陽能板第一表面架構圖及第二表面架構圖，其包含：一組太陽能轉換元件110，其設置於該太陽能板100之一第一表面101上，可對於太陽能進行吸收並轉換成電能；一電源處理電路120，其設置於太陽能板100之一第二表面102上，可將該組太陽能轉換元件110對於太陽能所轉換而成之電能進行輸出之調控；複數個狀態顯示燈號130，其設置於太陽能板100之該第二表面102上，該複數個狀態顯示燈號130可依太陽能板100電路的使用狀態而啟動相對應之燈號，複數個狀態顯示燈號130更至少包含一電源指示燈131、一連結指示燈132及一警告指示燈133，並且複數個狀態顯示燈號130係為發光二極體(light emitting diode，LED)；一溫度感測模組140，其設置於太陽能板100之第二表面102上，該溫度感測模組140可用以量測太陽能板100之即時溫度值；一電壓量測電路150，其設置於太陽能板100之第二表面102上，該電壓量測電路150可用以量測太陽能板100之即時電壓值；一第一數位類比訊號轉換介面160，其設置於太陽能板100之第二表面102上，當太陽能板100與一外部裝置進行訊號交換時，該第一數位類比轉換介面160可用以進行數位訊號與類比訊號之間之轉換；一輸出入擴充槽170，其設置於太陽能板100之第二表面102上，該輸出入擴充槽170可用以連接相關設備，以達到功能擴充；及一RS232連接埠180，其設置於太陽能板100之第二表面102上，可用以連接一外部裝置，進行資料傳輸，而該外部裝置可以是一桌上型電腦、一筆記型電腦或一個人數位助理(personal digital assistant，PDA)。

接著請參閱如第三圖所示，係本發明較佳實施例之太陽能板無線監控系統架構圖，其包含：八個太陽能板100A～100H，每一太陽能板100A～100H之基本架構即如第二A圖及第二B圖所述，此處便不再贅述；一感測終端裝置200，其係以實體線路與太陽能板100A～100H連接，該感測終端裝置200更包含一無線射頻模組210、一第二數位類比訊號轉換介面220及一計時器230，該無線射頻模組210可將太陽能板100A～100H上所量測得到之溫度及電壓資料經無線射頻方式傳送至外部之一後方監控裝置中，該第二數位類比訊號轉換介面220可用以與一外部裝置進行數位訊號與類比訊號之間之轉換，該計時器230可用以處理訊號傳輸之排程及時序控制；一計數IC 300，係與感測終端裝置200之該第二數位類比訊號轉換介面220電性連接，該計數IC 300可用以接收第二數位類比訊號轉換介面220所傳送之訊號，並進行訊號傳送次數之累計；及一解多工器IC 400，係同時與計數IC 300及每一太陽能板100A～100H電性連接，該解多工器IC 400接收到計數IC 300所傳送之次數累計資料後，將該資料進行解碼並進行特定太陽能板100A～100H之電壓量測。

在本發明中，對於太陽能板100A～100H的狀態參數量測包含溫度及電壓兩方面，由於溫度量測之原理較為簡單，即利用溫度感測模組140直接取得太陽能板100A～100H之即時溫度資訊，再將此資訊傳送至感測終端裝置200中。然而，電壓量測之控制原理較為複雜，並且發明人對於多個太陽能板100A～100H之電壓量測方法發展出一套新穎之控制方法，因此以下對於多個太陽能板100A～100H之電壓量測方法進行介紹。

請參閱如第四圖所示，係本發明較佳實施例之太陽能板無線監控系統之電壓值的測量方法步驟圖，其包含以下步驟：開始；感測終端裝置200之計時器230開始計時(步驟500)；感測終端裝置200判斷計時器230之計時是否達到10秒(步驟501)，若是，則進行步驟502，若否，則複進行本步驟；感測終端裝置200藉由第二數位類比訊號轉換介面220送出一方波訊號至計數IC 300(步驟502)；計數IC 300進行一個次數之累計(步驟503)；計數IC 300判斷其累計之次數是否達8次(步驟504)，若是，則進行步驟505，若否，則進行步驟506；計數IC 300將累計之次數歸零(步驟505)，並進行步驟506；計數IC 300將累計次數之資料傳送至該解多工器IC 400(步驟506)，其中，該累計次數資料係為二進位制之資料；解多工器IC 400將累計次數資料進行解碼，並依解碼後所得到之資料將電壓輸出至特定太陽能板100A～100H之該電壓量測電路150(步驟507)，其中，一個解多工器IC 400可連接8個太陽能板100A～100H，以依序對於該8個太陽能板100A～100H進行電壓值之量測；特定太陽能板100A～100H之電壓量測電路150進行電壓之量測，並將量測得到之電壓值傳回感測終端裝置200之第二數位類比訊號轉換介面220(步驟508)；感測終端裝置200藉由該無線射頻模組210將量測得到之電壓值傳送至外部之一後方監控裝置中(步驟509)；感測終端裝置200判斷電壓測量之動作是否被關閉而停止(步驟510)，若是，則結束步驟，若否，則進行步驟500；及結束。

對於上述較佳實施例之太陽能板無線監控系統之電壓值的測量方法，以下將針對細部控制原理做詳細之介紹。首先為計數IC 300之計數原理，當計數IC 300接收到感測終端裝置200所發送之一方波訊號後，會進行一個次數之累計，因此若計數IC 300原本累計之次數為0次，則此時會累計一個次數，使累計次數變為1次，依此類推。而由於本發明所使用之計數IC 300預設為可處理0次至7次之累計次數資料，因此當累計次數達8次時，便會將其消除便成0次，以此方式進行0次到7次之累積次數循環。基於計數IC 300可累計之次數為0次到7次共八種次數資料，因此相對應地，可量測之太陽能板100A～100H數量至多為8個。

當計數IC 300完成次數之累積後，便會將累計次數所對應之二進位制資料傳送至解多工器IC 400中，而累計次數與其對應之二進位制資料即如第五圖所示。例如計數IC 300所累計之次數為1次時，便會發送Q1(0)Q2(0)Q3(1)之資料至解多工器IC 400中。

解多工器IC 400接收到二進位制資料後，便會將此資料進行解碼之動作，並依解碼後之結果將電壓輸出至特定太陽能板100A～100H之電壓量測電路150，以進行電壓之測量。二進位制資料與其相對應之太陽能板100A～100H編號即如第六圖所示。例如解多工器IC 400接收到之二進位制資料為Q1(0)Q2(0)Q3(1)時，便會將電壓輸出至編號100B之太陽能板之電壓量測電路150中。

經由上述對於本發明進行較佳實施方式的詳細說明後，可以清楚的了解本發明之太陽能板無線監控系統之架構及電壓值之量測方法。本發明之系統架構及量測方法含有以下優點：

(1)本發明之太陽能板無線監控模組係將一感測終端裝置200與太陽能板100A～100H進行配合應用，以對於太陽能板100A～100H之狀態參數進行量測，量測所得之資料便可透過無線傳輸方式傳送至對應之設備中，如此一來便可達到自動化量測之目的。

(2)本發明之太陽能板無線監控模組係將一感測終端裝置200與太陽能板100A～100H進行結合，感測終端裝置200對太陽能板100A～100H進行量測所得之資料，係利用無線傳輸方式將資料進行傳送，如此便可克服習知太陽能板100A～100H與後方監控系統之距離問題。

(3)本發明係以一個感測終端裝置200與多個太陽能板100A～100H連接，此種方式係改良了傳統上一對一的搭配，可節省感測終端裝置200使用上之成本。

(4)本發明係以計數IC 300與解多工器IC 400進行電壓值測量之控制，可有效對於多個太陽能板100A～100H之量測排程進行控制，增加量測效率。

以上所述之實施例僅係說明本發明之技術思想與特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，若依本發明所揭露之精神作均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

發明人經過不斷的構想與修改，最終得到本發明之設計，並且擁有上述之諸多優點，實為優良之發明，應符合申請發明專利之要件，特提出申請，盼　貴審查委員能早日賜與發明專利，以保障發明人之權益。

A．．．太陽能板無線監控模組

A10．．．感測終端裝置

A11．．．無線射頻模組

A20．．．太陽能板

A30．．．伺服器

100、100A～100H．．．太陽能板

101．．．第一表面

102．．．第二表面

110．．．太陽能轉換元件

120．．．電源處理電路

130．．．狀態顯示燈號

131．．．電源指示燈

132．．．連結指示燈

133．．．警告指示燈

140．．．溫度感測模組

150．．．電壓量測電路

160．．．第一數位類比訊號轉換介面

170．．．輸出入擴充槽

180．．．RS232連接埠

200．．．感測終端裝置

210．．．無線射頻模組

220．．．第二數位類比訊號轉換介面

230．．．計時器

300．．．計數IC

400．．．解多工器IC

500～510．．．電壓值之測量方法步驟編號

第一圖　係習知之太陽能板無線監控模組示意圖；

第二A圖　係本發明一較佳實施例之太陽能板第一表面架構圖；

第二B圖　係本發明該較佳實施例之太陽能板第二表面架構圖；

第三圖　係本發明較佳實施例之太陽能板無線監控系統架構圖；

第四圖　係本發明較佳實施例之太陽能板無線監控系統之電壓值的測量方法步驟圖；

第五圖　累計次數與其對應之二進位制資料對照表；及

第六圖　二進位制資料與其相對應之太陽能板編號對照表。

100A～100H．．．太陽能板

200．．．感測終端裝置

210．．．無線射頻模組

220．．．第二數位類比訊號轉換介面

230．．．計時器

300．．．計數IC

400．．．解多工器IC

Claims (10)

1. 一種太陽能板無線監控系統，包含：至少一太陽能板，其包含：一組太陽能轉換元件，其設置於該太陽能板之一第一表面上，可對於太陽能進行吸收並轉換成電能；一電源處理電路，其設置於太陽能板之一第二表面上，可將該組太陽能轉換元件對於太陽能所轉換而成之電能進行輸出之調控；複數個狀態顯示燈號，其設置於太陽能板之該第二表面上，該複數個狀態顯示燈號可依太陽能板電路的使用狀態而啟動相對應之燈號；一溫度感測模組，其設置於太陽能板之第二表面上，該溫度感測模組可用以量測太陽能板之即時溫度值；一電壓量測電路，其設置於太陽能板之第二表面上，該電壓量測電路可用以量測太陽能板之即時電壓值；一第一數位類比訊號轉換介面，其設置於太陽能板之第二表面上，當太陽能板與一外部裝置進行訊號交換時，該第一數位類比轉換介面可用以進行數位訊號與類比訊號之間之轉換；一感測終端裝置，其係以實體線路與太陽能板連接，該感測終端裝置更包含：一無線射頻模組，其可將太陽能板上所量測得到之溫度 及電壓資料經無線射頻方式傳送至外部之一後方監控裝置中；一第二數位類比訊號轉換介面，可用以與一外部裝置進行數位訊號與類比訊號之間之轉換；及一計時器，可用以處理訊號傳輸之排程及時序控制；一計數IC，係與感測終端裝置之該第二數位類比訊號轉換介面電性連接，該計數IC可用以接收第二數位類比訊號轉換介面所傳送之訊號，並進行訊號傳送次數之累計；及一解多工器IC，係同時與計數IC及太陽能板電性連接，該解多工器IC接收到計數IC所傳送之次數累計資料後，將該資料進行解碼並進行特定太陽能板之電壓量測。
2. 如申請專利範圍第1項所述之一種太陽能板無線監控系統，其中，該複數個狀態顯示燈號更至少包含一電源指示燈、一連結指示燈及一警告指示燈。
3. 如申請專利範圍第1項所述之一種太陽能板無線監控系統，其中，該複數個狀態顯示燈號係為發光二極體(light emitting diode,LED)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之一種太陽能板無線監控系統，其中，該太陽能板之第二表面上更可設置一輸出入擴充槽，該輸出入擴充槽可用以連接相關設備，以達到 功能擴充。
5. 如申請專利範圍第1項所述之一種太陽能板無線監控系統，其中，該太陽能板之第二表面上更可設置一RS232連接埠，可用以連接一外部裝置，進行資料傳輸。
6. 如申請專利範圍第5項所述之一種太陽能板無線監控系統，該外部裝置可由以下組合中選擇使用：一桌上型電腦、一筆記型電腦及一個人數位助理(personal digital assistant，PDA)。
7. 一種用以測量一太陽能板無線監控系統之電壓值的方法，其中，該太陽能板包括有一組太陽能轉換元件、一電源處理電路、複數個狀態顯示燈號、一溫度感測模組、一電壓量測電路、以及一第一數位類比訊號轉換介面，該方法係包含以下步驟：(1)一感測終端裝置之一計時器開始計時，其中該感測終端裝置係以實體線路與該太陽能板連接；(2)該感測終端裝置判斷該計時器之計時是否達到一特定時間，若是，則進行步驟(3)，若否，則重複進行本步驟；(3)感測終端裝置藉由其一第二數位類比訊號轉換介面送出一方波訊號至一計數IC；(4)該計數IC進行一個次數之累計；(5)該計數IC判斷其累計之次數是否達8次，若是，則 進行步驟(6)，若否，則進行步驟(7)；(6)該計數IC將其所計數的一累計次數歸零，並進行步驟(7)；(7)該計數IC將該累計次數之資料傳送至一解多工器IC；(8)該解多工器IC將累計次數資料進行解碼，並依解碼後所得到之資料將電壓輸出至一太陽能板之一電壓量測電路；(9)該太陽能板之一電壓量測電路進行電壓之量測，並將量測得到之電壓值傳回該感測終端裝置之該第二數位類比訊號轉換介面；(10)感測終端裝置藉由其一無線射頻模組將量測得到之電壓值傳送至外部之一後方監控裝置中；及(11)感測終端裝置判斷電壓測量之動作是否被關閉而停止，若是，則結束步驟，若否，則進行步驟(1)。
8. 如申請專利範圍第7項所述之用以測量一太陽能板無線監控系統之電壓值的方法，其中，步驟(2)所述之該特定時間為10秒。
9. 如申請專利範圍第7項所述之用以測量一太陽能板無線監控系統之電壓值的方法，其中，步驟(6)所述之該累計次數資料係為二進位制之資料。
10. 如申請專利範圍第7項所述之用以測量一太陽能板無線 監控系統之電壓值的方法，其中，一個解多工器IC可連接8個太陽能板，以依序對於該8個太陽能板進行電壓值之量測。