本發(fā)明涉及太陽能追蹤技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種混合控制式太陽能追蹤裝置。

背景技術(shù)：

隨著人口的壓力和傳統(tǒng)能源的過度開發(fā)，新能源的研究開發(fā)已成為全世界的研究課題。太陽能作為一種綠色環(huán)保無污染能源已進(jìn)入大眾的視線。太陽能追蹤裝置的應(yīng)用主要是基于太陽高度在不同角度位置時光能吸收平臺是否達(dá)到高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

目前，太陽能追蹤裝置主要是采用的光電轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換效率不僅受限于所使用的半導(dǎo)體材料，整個太陽能模塊系統(tǒng)設(shè)計對其效率也是有極大的影響。光能直接轉(zhuǎn)換為熱的過程比光電轉(zhuǎn)化要直接，如何通過合理的設(shè)計光能聚焦控制系統(tǒng)平臺來提高太陽能源利用率是目前吝待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種混合控制式太陽能追蹤裝置。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種混合控制式太陽能追蹤裝置，所述裝置包括：

太陽能聚焦平臺，用于將太陽能進(jìn)行聚焦，直接將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能；

機(jī)械控制模塊，用于控制太陽能聚焦平臺的轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)太陽能聚焦平臺對太陽的追蹤；

MCU主控模塊，用于自動根據(jù)時間和當(dāng)前接收的光信號計算太陽的位置坐標(biāo)，驅(qū)動機(jī)械控制模塊控制太陽能聚焦平臺的轉(zhuǎn)動。

所述太陽能聚焦平臺包括：

轉(zhuǎn)動組件，用于連接太陽能聚焦平臺和機(jī)械控制模塊，實(shí)現(xiàn)太陽能聚焦平臺的轉(zhuǎn)動；

太陽能轉(zhuǎn)化組件，用于跟隨轉(zhuǎn)動組件進(jìn)行轉(zhuǎn)動，繼而聚焦接收太陽能并將其轉(zhuǎn)化為熱能；

行程限位組件，用于限制太陽能聚焦平臺的轉(zhuǎn)動角度。

所述轉(zhuǎn)動組件包括：

連接軸承，包括第一連接軸承和第二連接軸承，用于連接太陽能聚焦平臺和機(jī)械控制模塊，作為太陽能聚焦平臺的轉(zhuǎn)動軸；

固定擋板，包括大齒輪固定擋板和開槽固定擋板，分別與第一連接軸承和第二連接軸承連接，用于固定太陽能轉(zhuǎn)化組件；

咬合大齒輪，用于根據(jù)機(jī)械控制模塊的控制實(shí)現(xiàn)太陽能聚焦平臺的轉(zhuǎn)動。

所述太陽能轉(zhuǎn)化組件包括：

太陽能真空管，用于將接收到的太陽能轉(zhuǎn)化為熱能；

太陽能真空管支架，用于將太陽能真空管固定于轉(zhuǎn)動組件上；

太陽能聚焦曲面，用于接收太陽能，并將其反射聚焦于太陽能真空管；

有機(jī)玻璃蓋板，用于透過陽光并保護(hù)太陽能真空管。

所述行程限位組件包括：

行程限位開關(guān)，用于限制太陽能聚焦平臺的轉(zhuǎn)動角度；

行程限位開關(guān)觸發(fā)桿，用于手動或自動觸發(fā)行程限位開關(guān)；

行程限位開關(guān)觸發(fā)桿槽，固定于太陽能轉(zhuǎn)化組件上，用于收納并固定行程限位開關(guān)觸發(fā)桿。

所述機(jī)械控制模塊包括：

承載支架，用于承載支撐太陽能聚焦平臺和MCU主控模塊；

步進(jìn)電機(jī)，用于根據(jù)MCU主控模塊的信號控制太陽能聚焦平臺的轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)太陽能聚焦平臺對太陽的追蹤；

咬合小齒輪，用于連接太陽能聚焦平臺和步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)太陽能聚焦平臺的轉(zhuǎn)動。

所述MCU主控模塊包括：

判斷信號采集組件，用于采集控制太陽能聚焦平臺轉(zhuǎn)動角度的判斷信號；

驅(qū)動組件，用于驅(qū)動機(jī)械控制模塊控制太陽能聚焦平臺的轉(zhuǎn)動；

調(diào)試定位控制板，用于對太陽能聚焦平臺的位置進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定；

MCU主控組件，用于根據(jù)判斷信號采集模塊采集的信號進(jìn)行計算，得到太陽 能聚焦平臺轉(zhuǎn)動的方向和角度，并將其傳輸至驅(qū)動組件。

所述判斷信號包括光信號、時間信號和行程限位開關(guān)的電信號。

所述判斷信號采集組件包括：

光電傳感器，安裝于太陽能聚焦平臺上，用于采集當(dāng)前接收到的光信號；

時鐘芯片，用于記錄時間信號；

行程限位開關(guān)信號采集器，用于采集行程限位開關(guān)的電信號。

所述MCU主控組件包括：

存儲芯片，用于存儲當(dāng)?shù)貢r間太陽升起角度、當(dāng)前接收到的光信號、時間信號和行程限位開關(guān)的電信號；

MCU主控器，用于根據(jù)時間信號判斷當(dāng)前時間，結(jié)合存儲的當(dāng)?shù)貢r間太陽升起角度，計算太陽能聚焦平臺轉(zhuǎn)動的方向和角度，并根據(jù)接收到的光信號對計算結(jié)果進(jìn)行修正，同時根據(jù)行程限位開關(guān)的電信號，判斷太陽能聚焦平臺是否需要制動。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)采用太陽能聚焦平臺，實(shí)現(xiàn)光能到熱能的直接轉(zhuǎn)化，與傳統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換相比，形式更加直接且轉(zhuǎn)換效率更高。

(2)太陽能聚焦平臺內(nèi)設(shè)置行程限位組件，確保了太陽能聚焦平臺的轉(zhuǎn)動控制在一定的角度范圍內(nèi)，防止了聚焦平臺由于慣性過量轉(zhuǎn)動而導(dǎo)致的跟蹤不精確，提高了太陽能的采集效率。

(3)通過太陽能聚焦曲面將太陽光反射聚焦于太陽能真空管內(nèi)，一方面提高了太陽能的采集效率，另一方面也擴(kuò)大了太陽能的采集范圍。

(4)設(shè)有有機(jī)玻璃蓋板，一方面保證了太陽光可以照射到聚焦平臺上，另一方面也保護(hù)了太陽能聚焦平臺，防止異物掉落到太陽能聚焦曲面上破壞聚焦曲面，也防止太陽能真空管被破壞。

(5)設(shè)有行程限位開關(guān)觸發(fā)桿槽，在不用時可以收納行程限位開關(guān)觸發(fā)桿，提高了裝置的使用效率，節(jié)省了空間。

(6)設(shè)有調(diào)試定位控制板，可以對太陽能聚焦平臺的位置進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定，使跟蹤效果更加精確，同時也保障了在特殊情況下人工可以對裝置進(jìn)行控制，增強(qiáng)了整體裝置的安全性。

(7)以時鐘芯片為基準(zhǔn)，結(jié)合光電傳感器作為輔助，使整個控制模塊更加穩(wěn)定可靠，對太陽能利用率的提升有著極大的幫助。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的透視圖；

圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)線框圖；

其中，1為太陽能聚焦平臺，2為機(jī)械控制模塊，3為MCU主控模塊，11為第一連接軸承，12為第二連接軸承，13為咬合大齒輪，14為太陽能真空管，15為太陽能真空管支架，16為有機(jī)玻璃蓋板，17為太陽能聚焦曲面，18為大齒輪固定擋板，19為開槽固定擋板，110為行程限位開關(guān)觸發(fā)桿，111為行程限位開關(guān)觸發(fā)桿槽，21為承載支架，22為咬合小齒輪，23為步進(jìn)電機(jī)，31為MCU主控組件，32為時鐘芯片，33為光電傳感器，34為驅(qū)動組件，35為行程限位開關(guān)信號采集器，36為調(diào)試定位控制板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

如圖1所示，為混合控制式太陽能追蹤裝置，包括：太陽能聚焦平臺1，用于將太陽能進(jìn)行聚焦，直接將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能；機(jī)械控制模塊2，用于控制太陽能聚焦平臺1的轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)太陽能聚焦平臺1對太陽的追蹤；MCU主控模塊3，用于自動根據(jù)時間和當(dāng)前接收的光信號計算太陽的位置坐標(biāo)，驅(qū)動機(jī)械控制模塊2控制太陽能聚焦平臺1的轉(zhuǎn)動。

其中，太陽能聚焦平臺1包括：轉(zhuǎn)動組件，用于連接太陽能聚焦平臺1和機(jī)械控制模塊2，實(shí)現(xiàn)太陽能聚焦平臺1的轉(zhuǎn)動；太陽能轉(zhuǎn)化組件，用于跟隨轉(zhuǎn)動組件進(jìn)行轉(zhuǎn)動，繼而聚焦接收太陽能并將其轉(zhuǎn)化為熱能；行程限位組件，用于限制太陽能聚焦平臺1的轉(zhuǎn)動角度。轉(zhuǎn)動組件包括：連接軸承，包括第一連接軸承11和第二連接軸承12，用于連接太陽能聚焦平臺1和機(jī)械控制模塊2，作為太陽能聚焦平臺1的轉(zhuǎn)動軸；固定擋板，包括大齒輪固定擋板18和開槽固定擋板19，分別與第一連接軸承11和第二連接軸承連接，用于固定太陽能轉(zhuǎn)化組件；咬合大齒輪13，用于根據(jù)機(jī)械控制模塊2的控制實(shí)現(xiàn)太陽能聚焦平臺1的轉(zhuǎn)動。太陽能轉(zhuǎn)化組件包 括：太陽能真空管14，用于將接收到的太陽能轉(zhuǎn)化為熱能；太陽能真空管支架15，用于將太陽能真空管14固定于轉(zhuǎn)動組件上；太陽能聚焦曲面17，用于接收太陽能，并將其反射聚焦于太陽能真空管14；有機(jī)玻璃蓋板16，用于透過陽光并保護(hù)太陽能真空管14。行程限位組件包括：行程限位開關(guān)，用于限制太陽能聚焦平臺1的轉(zhuǎn)動角度；行程限位開關(guān)觸發(fā)桿110，用于手動或自動觸發(fā)行程限位開關(guān)；行程限位開關(guān)觸發(fā)桿槽111，固定于太陽能轉(zhuǎn)化組件上，用于收納并固定行程限位開關(guān)觸發(fā)桿110。

機(jī)械控制模塊2包括：承載支架21，用于承載支撐太陽能聚焦平臺1和MCU主控模塊3；步進(jìn)電機(jī)23，用于根據(jù)MCU主控模塊3的信號控制太陽能聚焦平臺1的轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)太陽能聚焦平臺1對太陽的追蹤；咬合小齒輪22，用于連接太陽能聚焦平臺1和步進(jìn)電機(jī)23，實(shí)現(xiàn)太陽能聚焦平臺1的轉(zhuǎn)動。

MCU主控模塊3包括：判斷信號采集組件，用于采集控制太陽能聚焦平臺1轉(zhuǎn)動角度的判斷信號；驅(qū)動組件34，用于驅(qū)動機(jī)械控制模塊2控制太陽能聚焦平臺1的轉(zhuǎn)動；調(diào)試定位控制板36，用于對太陽能聚焦平臺1的位置進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定；MCU主控組件31，用于根據(jù)判斷信號采集模塊采集的信號進(jìn)行計算，得到太陽能聚焦平臺1轉(zhuǎn)動的方向和角度，并將其傳輸至驅(qū)動模塊。判斷信號包括光信號、時間信號和行程限位開關(guān)的電信號。判斷信號采集組件包括：光電傳感器33，安裝于太陽能聚焦平臺1上，用于采集當(dāng)前接收到的光信號；時鐘芯片32，用于記錄時間信號；行程限位開關(guān)信號采集器35，用于采集行程限位開關(guān)的電信號。MCU主控組件31包括：存儲芯片，用于存儲當(dāng)?shù)貢r間太陽升起角度、當(dāng)前接收到的光信號、時間信號和行程限位開關(guān)的電信號；MCU主控器，用于根據(jù)時間信號判斷當(dāng)前時間，結(jié)合存儲的當(dāng)?shù)貢r間太陽升起角度，計算太陽能聚焦平臺1轉(zhuǎn)動的方向和角度，并根據(jù)接收到的光信號對計算結(jié)果進(jìn)行修正，同時根據(jù)行程限位開關(guān)的電信號，判斷太陽能聚焦平臺1是否需要制動。

本裝置的具體立體結(jié)構(gòu)如圖2～3所示，連接方式如下：太陽能聚焦平臺1通過第一連接軸承11和第二連接軸承12固定于機(jī)械控制模塊2的承載支架21上，固定在第一連接軸承11的咬合大齒輪13通過咬合小齒輪22連接到步進(jìn)電機(jī)23上。混合控制式太陽能追蹤裝置以固定于承載支架21上的MCU主控組件31為核心，以時鐘芯片32為基準(zhǔn)，本實(shí)施例中采用的是DS1302芯片，通過查詢當(dāng)?shù)貢r間太陽升起角度，結(jié)合分布于太陽能聚焦平臺1內(nèi)太陽能真空管14兩側(cè)的兩塊光電傳 感器33的采集信號，控制驅(qū)動組件34驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)23以帶動太陽能聚焦平臺1轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)太陽光線經(jīng)過太陽能聚焦曲面17反射后對太陽能真空管14聚焦；固定在太陽能聚焦曲面17上的行程限位開關(guān)觸發(fā)桿110及連接到MCU控制系統(tǒng)的行程限位開關(guān)信號采集器35和調(diào)試定位控制板36用于對太陽能聚焦平臺1位置的輔助校準(zhǔn)和限定。

太陽能聚焦平臺1的第一連接軸承11通過大齒輪固定擋板18連接太陽能聚焦曲面17，第二連接軸承12通過開槽固定擋板19連接太陽能聚焦曲面17，太陽能真空管14通過太陽能真空管固定支架15固定在大齒輪固定擋板18和開槽固定擋板19之間，太陽能聚焦平臺有機(jī)玻璃蓋板16連接太陽能聚焦曲面17、大齒輪固定擋板18和開槽固定擋板19，行程限位開關(guān)觸發(fā)桿槽111用于收納行程限位開關(guān)觸發(fā)桿110。

本裝置具體使用時，首先進(jìn)行上電復(fù)位，復(fù)位后MCU主控制組件31讀取DS1302時鐘芯片數(shù)據(jù)，計算太陽能聚焦平臺1運(yùn)行到當(dāng)前時間所對應(yīng)角度位置，基于太陽位置坐標(biāo)模型不夠精確，根據(jù)光電傳感器33進(jìn)行微調(diào)，同時根據(jù)行程限位開關(guān)的電信號，判斷太陽能聚焦平臺1是否需要制動，若需要則發(fā)送制動信號至驅(qū)動組件34，控制步進(jìn)電機(jī)23制動太陽能聚焦平臺1，在太陽能聚焦平臺1達(dá)到目標(biāo)位置并制動后，太陽光線經(jīng)過太陽能聚焦曲面17反射后對太陽能真空管14聚焦，實(shí)現(xiàn)光能對熱能的轉(zhuǎn)化，本裝置具體的控制方法包括下列步驟：

步驟一：混合控制式太陽能追蹤裝置開機(jī)后，MCU主控器根據(jù)Mode0是否為1判斷進(jìn)入初始標(biāo)定與否；初始標(biāo)定的目的為記錄兩次行程限位開關(guān)觸發(fā)區(qū)間內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)N，同時寫入外部存儲芯片，以便系統(tǒng)進(jìn)行日常校準(zhǔn)；初始標(biāo)定一經(jīng)寫入后除太陽能追蹤系統(tǒng)重新組裝等情況下原則上無需再次操作；

步驟二：MCU主控器根據(jù)Mode0的值是否為0判斷進(jìn)入日常校準(zhǔn)與否；日常校準(zhǔn)的用途為確保系統(tǒng)斷電重新上電后以及從夜晚節(jié)能模式切換為日常工作狀態(tài)時可以找到初始基準(zhǔn)位置；

步驟三：混合控制式太陽能追蹤裝置在初始標(biāo)定和日常校準(zhǔn)后進(jìn)入日常工作模式；通過讀取時鐘芯片，本實(shí)施例中為DS1302時鐘芯片切換夜晚節(jié)能模式還是太陽能追蹤模式；節(jié)能模式下關(guān)閉步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動供電；太陽能追蹤模式下以DS1302時鐘芯片為主導(dǎo)計算步進(jìn)電機(jī)脈沖值，以光電傳感器為輔助，實(shí)現(xiàn)太陽能聚焦平臺微調(diào)，以使陽光照射經(jīng)過太陽能聚焦曲面后聚焦軸線在太陽能真空管上，實(shí)現(xiàn)對太 陽能真空管聚焦；

步驟四：太陽能追蹤模式結(jié)束后進(jìn)入夜晚節(jié)能模式，夜晚節(jié)能模式結(jié)束后進(jìn)入日常校準(zhǔn)模式，重復(fù)步驟二至步驟三。