无线无源开关智能控制系统申报材料.docVIP

编号：_2015年桂林电子科技大学第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛校内重点项目立项申报材料项目名称：无线无源开关智能控制系统申报学院：信息与通信学院项目申报成员：屈明伟、陆天辰、马谋关胜、莫志诚、罗贵文、林桂斌 二一四年十一月桂林电子科技大学第十四届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛重点项目申报书、申报者认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。、申报者必须填写申报者情况表和作品情况表。、申报者在填写申报作品情况时只须根据作品类别（自然科学类学术论文、社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写。、表内项目一律用钢笔（或签字笔）填写或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。、序号、编码由“挑战杯”大学生课外学术作品竞赛审查组填写。、作品申报书字体统一使用宋体小四，标题加粗；作品说明书、学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文，请根据模板统一字体格式（包括一级标题、二级标题、正文、图标、参考文献等）。、作品申报书须按要求由各参赛者认真填写。、有关参赛事宜请向承办单位咨询。、该申请书打印稿交与组委会，另需向承办单位指定邮箱发送一份电子档。A、申报者情况申 报 者 情 况姓名屈明伟性别男出生年月1992年10月现学历 A A大学本科 B硕士研究生申报单位桂林电子科技大学专业电子信息工程学号1200220523学制4 年作品全称无线无源开关智能控制系统合 作 者 情 况姓名性别学号电话所在单位备注陆天辰男120022082015678387585桂林电子科技大学有无合作者请在此说明： 有 无马谋男130022042215295895851桂林电子科技大学关胜男120021010915677385357桂林电子科技大学莫志诚男120021011915676249381桂林电子科技大学罗贵文男130023042115296806216桂林电子科技大学林桂斌男130024021213077670059桂林电子科技大学说明：1、必须有申报者本人按要求填写，申报者情况栏内必须填写个人作品的第一作者（承担申报作品60%以上的工作者）或集体作品填写一文学历最高的代表。2、本部分中的各学院签章视为对申报者情况的确认。B、科技发明制作 申报作品情况作品全称无线无源开关智能控制系统作品分类（在选项上画）A. 信息技术(包括计算机.电信.通信.电子等)B. 机械与控制(包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等)C.数理(包括数学、物理、地球与空间科学等)D生命科学(包括生物、食品等)E.能源化工(包括能源、材料、生态、环保等)F.外观设计(包括电脑艺术设计、机械CAD等)作品设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标发明目的：传统的照明需要布置许多的线路，对于传统的控制开关安装，就需要较多的布线开销，造价相当高。本项目通过设计实现不耗电而且是无线的控制开关,从而在智能家居中使用无源技术实现简化布线而且使用方便的控制开关,有利于节约建筑能耗、减少成本。节能环保的理念也越来越被提倡。基本思路：在不用电池不需充电的基础上，从周围环境中获取能量以维持系统工作，并转换到相应电压以维持系统工作，通过无线通信进行智能控制。1、电能采集及吸收：通过采集外界的光能、热能、以及机械能来产生电能，并利用超级电容储能，系统采用超级电容作为系统的蓄能原件，将升压后的电能储存在超级电容内，并在需要时将能量送入系统。超级电容是一种介于静电电容器与电池之间的新型储能元件，存储能量可达到静电电容器的100倍以上，同时又具有比电池高出10100倍的功率密度，具有充电速度快使用寿命长、低温性能优越等特点。2、电压转换：通过DC-DC转换电路获得系统工作所所需要的电压。3、无线发射:可以通过门电路搭建相应的模块，也可以采用zigbee通信等低功耗通信模块智能控制。4.无线接收：只需要搭建与发射相对应的模块便可，电路简单功耗也较低。其他：同时可以添加人体红外传感器等进行相应智能感应。产品在照明应用中的模型：普通产品 无线无源产品创新点：1、 与传统照明相比，本系统不需要外接电线。有利于房间灵活布局。2、 与现有智能照明开关控制系统相比，不需要外接电源。3、 对于老人小孩等特殊人群，实体按键相对于手机控制等更为必须。4、 在无线无源的基础上添加了其他智能感应系统。技术关键：外界能量的采集储存，电压变换，无线信息传递，整体功耗的降低。主要技术指标：能量采集能力，能量转换率，能耗节约量。设备灵活性。作品的科学性先进性(必须说明与现有技术相比.该作品是否有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性说明和参考文献资料)科学性：在能源日愈紧张的今天，节能一直是发展的方向，建筑能源消耗已占据全球能耗的40%，近些年绿色节能环保建筑的理念越来越得到广泛的推崇，尤其是欧美地区已经出现了许多绿色节能建筑，并且对现有的传统建筑大量实施绿色节能改造工程。无线无源智能系统有着易安装、免维护、高度灵活、节能环保等优点。传统的照明需要布置许多的线路，同时还会消耗比较多的电能，造价也相当高。先进性：1、比一般开关系统安装便捷本无线无源系统实现了集中控制，安装便捷，节省30%的造价。 因为线路的安装较便捷，所以施工简单，节约了施工时间。2、绿色环保同时有绿色环保等优点。不需布线，能够节约一定的铜线，减少了CO2的排放；同时减少了套管等耗材。无源无线智能化系统比传统智能化系统的综合造价低30%，且无源无线产品质量可靠、安装简便、工期缩短、节约资源，符合国家节能减排的绿色环保政策。3、可实验性强新建项目既可以一次性上完整的无源无线智能化系统，还可以考虑到资金预算时，暂时只上一个无源无线子系统、或者在整栋建筑中只在一个局部上无源无线系统。其他无源无线系统日后条件具备时再随时搭载，而不破坏装修。无源无线产品已成为欧美潮流，无源无线将成为国内建筑的新亮点、销售的新卖点。参考文献：革新智能照明，无线无源技术杀到作品所处阶段A实验阶段 B 中试阶段 C 生产阶段 D_(自填)作品所展示的形式 实物 产品 模型图纸 磁盘现场 演示图片 样品 录像使用说明及该作品的技术特点和优势,提供该产品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测适应范围：本产品适用于节能型建筑中使用，近年来绿色节能环保建筑的理念越来越得到广泛的推崇，尤其是欧美地区已经出现了许多绿色节能建筑，并且对现有的传统建筑大量实施绿色节能改造工程。与传统产品相比：由上可以看出，该产品较传统产品的优势较为明显。推广前景：1、市场分析1）根据相关资料显示：到2020年，能源消耗预计将翻倍，而CO2的的排放量要减半。而无线无源产品正是发展的方向。2）建筑物的大量开销每年带来的高额费用是国家、企业的大包袱，所产生的污染物、废弃物则是公民乃至人类的大包袱。因此绿色节能建筑工程的改造实施迫在眉睫，对国家、企业以及整个社会都有着重大的意义。 而本项目正好能满足绿色节能建筑工程的需要。3）目前有的相关产品成本较高，卖价教贵，而且国内相关产品非常少。而本产品有成本相对较低优势，而且市场需求较大。2、社会效益分析1）本项目符合国家未来发展政策和方向，贴合市场需求导向。2）本项目的应用是基于无线无源的基础上推广应用，在智能建筑方面的，无线无源技术市场前景十分广阔。国家也在投入大量资金发展无线无源产品3）本项目灵活性高，实用性强，在某些大型建筑中同类型产品也得到了相关应用。参考文献：革新智能照明，无线无源技术杀到专利申报情况 提出专利申报申报号_ 申报日期： 年 月 日 已获专利权批准批准号_批准日期： 年 月 日 未提出专利申请说明: 1、必须由申报者本人填写；2、本表可以附有研究报告,并提供图表、曲线、实验数据、原理结构图、外观图(照片),也可以附鉴定证书和应用证书；3、作品分类请按照作品发明或创新点所在类别填表。2015年桂林电子科技大学第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛校内重点项目立项作品说明书目 录第一章、国内外无线无源开关智能控制系统研究现状11.1国外相关技术的发展11.2国内相关技术的发展1第二章、无线无源开关智能控制系统实现原理22.1无线无源开关系统总体架构22.2电能采集和电压转换32.3无线发射和接收3第三章、无线无源开关智能控制系统各个模块设计43.1能量采集模块43.2 DC-DC电压转换模块53.3无线发射模块63.4无线接收模块63.5其他功能模块7第一章、国内外无线无源开关智能控制系统研究现状在能源日愈紧张的今天，节能一直是发展的方向。集无线通能量采集和超低功耗三大特色于一身的无线无源技术市场前景十分广阔。1.1国外相关技术的发展目前国外主要无线技术有zigbee、蓝牙、HomeRF和红外传输技术，智能控制系统在发达国家，特别是美国、日本、韩国这些电子产品先进的国家应用都比较普遍，并且非常受欢迎。智能家居是未来居家生活的前进方向，虽然现在普及比较少，多是有钱人的专属。而无线无源开关主要由总部位于美国加利福尼亚州圣拉蒙的易能森联盟（EnOcean Alliance）在研究，他们一直都以推动智能建筑技术发展为己任，并进一步发展无线无源智能楼宇控制系统以及智能家居系统，为更多客户创造核心价值。无线无源开关在一些大型建筑中得到了应用，但是成本较高，普通建筑中没有使用。EnOcean无线通信标准也是目前世界上唯一使用能量采集技术的无线国际标准。但是无线无源技术市场前景十分广阔。1.2国内相关技术的发展智能控制系统在国内起步比较晚，zigbee、蓝牙、HomeRF和红外传输等无线技术也得到了应用，发展也非常快，生产厂家非常多，产品也是各种各样。在中国主要是智能家居产品， 家庭智能控制系统是未来居家生活的前进方向，虽然现在普及比较少，多是有钱人的专属，不过现在已经慢慢有廉价的产品出现。而无线无源产品在国内主要是与Enocean公司达成协议 的与英泰力公司生产的产品，但是卖价昂贵！第二章、无线无源开关智能控制系统实现原理 2.1无线无源开关系统总体架构无线无源开关智能控制系统在不用电池不需充电的基础上，从周围环境中获取能量，并转换到相应电压以维持系统工作，通过无线通信进行智能控制。能量通过采集外界的光能、热能、以及机械能来产生电能，并利用超级电容储能，然后通过DC-DC升降压转换电路转换到对应电压，维持无线通信系统工作。无线无源开关设计框图如下：能量采集及储能模块 能量采集超低工作电压充电泵模块超级电容蓄能模块升降压模块无线节点模块固定电压输出图1、无线无源开关系统构成系统总体框图如下： 调光接收器开关接收器照明、空调、排风等用电设备无线无源开关无源无线红外感应器无源无线门窗磁感应器图2、系统框图结合总体方案设计思想，任务总体设计可以划分为自获能和无线电模块两个部分分别推进：2.2电能采集和电压转换自获能的能量来源包括：机械运动、室内光线以及温度变化。这种随时存在的能源提供了足够的能量用来发射和接收无线开关、传感器、执行和控制器之间的无线电信号，从而使得至关重要的无线电通信系统得以维持。获取电能后并利用超级电容储能，系统采用超级电容作为系统的蓄能原件，将升压后的电能储存在超级电容内，并在需要时将能量送入系统。2.3无线发射和接收无线节点选择有人体红外感应器开启或者开关按钮开启无线发射模块，发射模块可选择无线发射模块选用zigbee模块和简易红外发射模块，只需设计相应的zigbee接收模块和无线遥控电路模块即可。该通信部分可达到低功耗，同时如果需要，可达到智能化的要求，完全能够在系统获取的能量下工作。第三章、无线无源开关智能控制系统各个模块设计无线自获能技术源自一个简单的理念 无线传感器安装的地方，总会有足够的环境能量供其感应信息和发送无线电信号。该系统包括能量采集、DC-DC升降压电路、无线发射、无线接收等功能，同时可额外添加人体红外感应等动能。3.1能量采集模块自获能的能量来源包括：机械运动、室内光线以及温度变化等，可通过温差发电片、太阳能电池板、开关按压等路径获取能量。系统采用超级电容作为系统的蓄能原件，将升压后的电能储存在超级电容内，并在需要时将能量送入系统。超级电容是一种介于静电电容器与电池之间的新型储能元件，存储能量可达到静电电容器的100倍以上，同时又具有比电池高出10100倍的功率密度，具有充电速度快使用寿命长、低温性能优越等特点。光能机械能热能能量采集系统超级电容 图3、能量采集原理框图3.2 DC-DC电压转换模块无线无源开关智能系统在应用中，利用现场条件产生的微弱能量进行高效的收集及有效管理，但因环境高低温的交替出现，系统尺寸的限制，超长时间自持运行等苛刻条件，一般使用的是DC/DC升压转换器，在极低的输入电压下能够工作，为DC/DC提供驱动电压。为了克服这一难点，系统采用TI公司推出的TPS61200器件的超低电压升压的方案，获得系统工作电压。该芯片具有高转换效率，低消耗等特点，完全满足系统要求。工作电路如下：图4、升降压电路3.3无线发射模块由于外界获取的能量较弱，因此系统无线网络节点按照低功耗原则设计，无线发射器节点为间歇工作模式。考虑到低功耗和启动时间快等特点，无线发射模块选用zigbee模块和简易遥控发射模块。只为实现控制照明时选择红外发光二极管晶体三极管提供功率放大，以足够的功率驱动红外线发光二极管