專(zhuān)利名稱(chēng)：一種采光球型太陽(yáng)位置傳感器及自動(dòng)跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能收集裝置領(lǐng)域，具體涉及一種采光球型太陽(yáng)位置傳感器，能使 接受太陽(yáng)光的面板始終保持與太陽(yáng)光線相垂直。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能已成為廣泛使用的潔凈能源，利用太陽(yáng)能的產(chǎn)品品種越來(lái)越多，但許多產(chǎn) 品仍采用固定朝向一個(gè)方向來(lái)采集太陽(yáng)光，由于太陽(yáng)光的入射角有時(shí)較大，造成太陽(yáng)能利 用率低下。要在相同面積的采集面板上提高太陽(yáng)光的采集利用率，就必須自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光， 使太陽(yáng)光始終直射面板。由于太陽(yáng)光在一年四季以及每天的高度和入射角常發(fā)生變化，目 前的自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光系統(tǒng)一般采用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)或推桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)同步跟蹤，其缺 陷是對(duì)太陽(yáng)光的采集只能在一定的角度范圍，不能一年四季和全天候地自動(dòng)跟蹤，而且系 統(tǒng)成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)，系統(tǒng)必須不間斷地檢測(cè)，電機(jī)必須不間斷地調(diào)整，帶來(lái)能量的大 量損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可全角度采 集太陽(yáng)光的采光球型太陽(yáng)位置傳感器。本發(fā)明的另一目的是提供該太陽(yáng)位置傳感器的自動(dòng)跟蹤方法，可低能耗、高精度 地自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)位置。本發(fā)明采光球型太陽(yáng)位置傳感器采用的技術(shù)方案是包括一個(gè)不透明的球形基 體，球形基體底部連接連桿，連桿底端固定連接底座，若干個(gè)光敏電阻分別均布于球形基體 的兩個(gè)大圓的圓周上，所述兩大圓分別為經(jīng)過(guò)球形基體中心點(diǎn)的相互垂直的XY、YZ平面與 球形基體相交形成，在Y軸正方向上的兩大圓相交于球形基體的頂點(diǎn)，頂點(diǎn)與連桿位置相 對(duì)，頂點(diǎn)處設(shè)置一個(gè)光敏電阻。本發(fā)明采光球型太陽(yáng)位置傳感器自動(dòng)跟蹤方法采用的技術(shù)方案是將底座固定于 太陽(yáng)光面板一側(cè)，使太陽(yáng)光面板在直流電機(jī)帶動(dòng)下繞水平旋轉(zhuǎn)軸在水平方向旋轉(zhuǎn)360度， 使太陽(yáng)光面板在直流電機(jī)帶動(dòng)下繞垂直旋轉(zhuǎn)軸在垂直方向旋轉(zhuǎn)90度；將各個(gè)光敏電阻依 次連接信號(hào)采集模塊、單片機(jī)控制模塊、PWM調(diào)速模塊和兩個(gè)直流電機(jī)；各個(gè)光敏電阻將接 受到的太陽(yáng)光強(qiáng)信號(hào)送給信號(hào)采集模塊，信號(hào)采集模塊將信號(hào)加工處理后送給單片機(jī)控制 模塊，單片機(jī)控制模塊通過(guò)對(duì)信號(hào)分析處理后確定太陽(yáng)的位置，發(fā)出控制信號(hào)給PWM調(diào)速 模塊，PWM調(diào)速模塊根據(jù)信號(hào)命令分別控制兩個(gè)直流電機(jī)的動(dòng)作從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光面板方位 的調(diào)整。本發(fā)明由于球形基體上不同位置的光敏電阻對(duì)應(yīng)陽(yáng)光的入射角不同，所以光敏電 阻接收到的太陽(yáng)輻射量的大小就不同，通過(guò)比較就得知太陽(yáng)所在的方位，然后調(diào)整兩個(gè)電 機(jī)使太陽(yáng)光面板與太陽(yáng)光線垂直，可同時(shí)自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光的方位角和高度角，自動(dòng)跟蹤的 精度高且時(shí)間短，可降低實(shí)時(shí)跟蹤的能耗，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可降低生產(chǎn)制造成本。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明采光球型太陽(yáng)位置傳感器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明采光球型太陽(yáng)位置傳感器的使用結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明采光球型太陽(yáng)位置傳感器的自動(dòng)跟蹤控制原理圖；圖中1.球形基體；2.大圓；3.光敏電阻；4.大圓；5.連桿；6.底座；7.太陽(yáng)光面 板；8.垂直旋轉(zhuǎn)軸；9.水平旋轉(zhuǎn)軸；10.信號(hào)采集模塊；11.單片機(jī)控制模塊；12. PWM調(diào)速 模塊；13.直流電機(jī)；14.直流電機(jī)。
具體實(shí)施例方式如圖1、2和3所示太陽(yáng)位置傳感器具體一個(gè)不透明的球形基體1，球形基體1的中 心點(diǎn)為A，經(jīng)過(guò)中心點(diǎn)A的相互垂直的XY平面和YZ平面與球形基體1相交，分別形成兩個(gè) 大圓4和2，在Y軸正方向上，大圓4和2相交于球形基體1的頂點(diǎn)B，在大圓2的圓周上均 布7-15個(gè)高精度光敏電阻3，頂點(diǎn)B與連桿5位置相對(duì)，與頂點(diǎn)B相對(duì)應(yīng)的球形基體1底部 不安裝光敏電阻3。頂部B的光敏電阻3為兩個(gè)大圓2和4所共用，共有13-29個(gè)高精度光 敏電阻3，在球形基體1底部連接一根中空細(xì)長(zhǎng)的連桿5，連桿5的底端固定連接傳感器底 座6。如圖2所示，圖1的太陽(yáng)位置傳感器在使用時(shí)，其通過(guò)底座6固定于接受太陽(yáng)的太 陽(yáng)光面板7的一側(cè)，使太陽(yáng)光面板7所在平面與經(jīng)過(guò)球形基體1的頂點(diǎn)B的切平面平行。太 陽(yáng)光面板7的中間分別固定連接水平旋轉(zhuǎn)軸9和繞垂直旋轉(zhuǎn)軸8，水平旋轉(zhuǎn)軸9和繞垂直 旋轉(zhuǎn)軸8相互垂直交錯(cuò)布置。水平旋轉(zhuǎn)軸9的一端與直流電機(jī)14的輸出軸相連接，垂直旋 轉(zhuǎn)軸8的一端與另一個(gè)直流電機(jī)13的輸出軸相連接。水平旋轉(zhuǎn)軸9與球形基體1上的XY 平面相垂直，太陽(yáng)光面板7在直流電機(jī)13的帶動(dòng)下繞水平旋轉(zhuǎn)軸9在水平方向內(nèi)旋轉(zhuǎn)360 度，使位于XY平面的大圓4上的所有光敏電阻3跟蹤太陽(yáng)的方位角。垂直旋轉(zhuǎn)軸8與球形 基體1上的YZ平面垂直，使太陽(yáng)光面板7在直流電機(jī)14的帶動(dòng)下繞垂直旋轉(zhuǎn)軸8在垂直 方向內(nèi)旋轉(zhuǎn)90度，使位于YZ平面上的大圓2上的所有光敏電阻3跟蹤太陽(yáng)的高度角。如圖3所示，太陽(yáng)位置傳感器通過(guò)控制電路控制其工作，將球形基體1上的各個(gè)光 敏電阻3分別連接至控制電路的信號(hào)采集模塊10，信號(hào)采集模塊10依次連接單片機(jī)控制模 塊11和PWM調(diào)速模塊12，PWM調(diào)速模塊12的輸出分別連接兩個(gè)直流電機(jī)13和14。各個(gè) 光敏電阻3將接受到的太陽(yáng)光強(qiáng)信號(hào)送給信號(hào)采集模塊10，信號(hào)采集模塊10將信號(hào)加工處 理后送給以單片機(jī)為處理核心的單片機(jī)控制模塊11，單片機(jī)控制模塊11通過(guò)對(duì)信號(hào)的分 析處理，確定太陽(yáng)的位置，發(fā)出控制信號(hào)給PWM調(diào)速模塊12，PWM調(diào)速模塊12根據(jù)信號(hào)命令 分別控制兩個(gè)直流電機(jī)13和14的動(dòng)作，直流電機(jī)13和14帶動(dòng)垂直旋轉(zhuǎn)軸8和水平旋轉(zhuǎn) 軸9旋轉(zhuǎn)，調(diào)整太陽(yáng)光面板7的方位，使太陽(yáng)光始終垂直照射太陽(yáng)光面板7。采用了集成有 AD采集和PWM輸出功能的單片機(jī)來(lái)減少單片機(jī)外部的轉(zhuǎn)換電路。控制電路第一次通電時(shí)，使太陽(yáng)位置傳感器處于一個(gè)全黑的環(huán)境，按下歸零按鈕， 單片機(jī)控制模塊11會(huì)自動(dòng)記錄光敏電阻3的初始值然后保存，以后使用時(shí)單片機(jī)控制模塊 11會(huì)用數(shù)字調(diào)整法使所有光敏電阻3的比較基準(zhǔn)自動(dòng)歸零。單片機(jī)控制模塊11開(kāi)始工作后首先檢測(cè)所有的光敏電阻3，判斷光敏電阻3工作是否正常，不正常報(bào)警同時(shí)點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的 發(fā)光二極管，如果正常，就把所有的光敏電阻3接受到的輻射量取平均值，如果小于預(yù)先設(shè) 定值說(shuō)明是黑夜或者陽(yáng)光非常弱，此時(shí)不跟蹤。當(dāng)大于預(yù)先設(shè)定值后便開(kāi)始跟蹤。首先檢 測(cè)太陽(yáng)方位角方向的大圓4上的光敏電阻3所接受到的太陽(yáng)輻射量，尋找太陽(yáng)輻射量最大 光敏電阻3，如果在側(cè)面的話就通過(guò)PWM調(diào)速模塊12調(diào)速，使控制水平旋轉(zhuǎn)軸9的直流電機(jī) 13高速運(yùn)行以節(jié)約時(shí)間，調(diào)整到使頂部B的光敏電阻3的輻射量最大。當(dāng)頂部B達(dá)到最大 后，就通過(guò)PWM調(diào)速模塊12調(diào)速降低直流電機(jī)13的速度以提高調(diào)整精度，慢速調(diào)整使頂部 B兩側(cè)的光敏電阻3接受到太陽(yáng)光輻射量相同，當(dāng)兩側(cè)都相等時(shí)太陽(yáng)光就垂直于經(jīng)過(guò)頂點(diǎn)B 的切線了。方位角定位結(jié)束后開(kāi)始檢測(cè)太陽(yáng)高度角方向的大圓2圓周上的光敏電阻3所接 受到的太陽(yáng)輻射量，調(diào)整方式一樣。高度角跟蹤結(jié)束后就關(guān)掉直流電機(jī)14的電源，控制系 統(tǒng)處于掉電模式，降低控制系統(tǒng)的功耗。單片機(jī)控制模塊11內(nèi)部的計(jì)時(shí)器到達(dá)設(shè)置好的喚 醒時(shí)間后喚醒單片機(jī)，繼續(xù)下個(gè)循環(huán)檢測(cè)的工作，次檢測(cè)太陽(yáng)光的位置。喚醒時(shí)間可以人為 的設(shè)定，時(shí)間越短調(diào)整精度越高。
權(quán)利要求
一種采光球型太陽(yáng)位置傳感器，其特征是包括一個(gè)不透明的球形基體(1)，球形基體(1)底部連接連桿(5)，連桿(5)底端固定連接底座(6)，若干個(gè)光敏電阻(3)分別均布于球形基體(1)的兩個(gè)大圓(4、2)的圓周上，所述大圓(4、2)分別為經(jīng)過(guò)球形基體(1)中心點(diǎn)(A)的相互垂直的XY、YZ平面與球形基體(1)相交形成，在Y軸正方向上的兩大圓(4、2)相交于球形基體(1)的頂點(diǎn)(B)，頂點(diǎn)(B)與連桿(5)位置相對(duì)，頂點(diǎn)(B)處設(shè)置一個(gè)光敏電阻(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采光球型太陽(yáng)位置傳感器，其特征是大圓(4、2)的圓 周上分別均布7-15個(gè)光敏電阻(3)。
3.一種采光球型太陽(yáng)位置傳感器及自動(dòng)跟蹤方法，其特征是具有如下步驟1)將底座(6)固定于太陽(yáng)光面板(7)—側(cè)，使太陽(yáng)光面板(7)在直流電機(jī)(13)帶動(dòng)下 繞水平旋轉(zhuǎn)軸(9)在水平方向旋轉(zhuǎn)360度，使太陽(yáng)光面板(7)在直流電機(jī)(14)帶動(dòng)下繞垂 直旋轉(zhuǎn)軸(8)在垂直方向旋轉(zhuǎn)90度；2)將各個(gè)光敏電阻(3)依次連接信號(hào)采集模塊(10)、單片機(jī)控制模塊(11)、PWM調(diào)速 模塊(12)和兩個(gè)直流電機(jī)(13、14)；各個(gè)光敏電阻(3)將接受到的太陽(yáng)光強(qiáng)信號(hào)送給信號(hào) 采集模塊(10)，信號(hào)采集模塊(10)將信號(hào)加工處理后送給單片機(jī)控制模塊(11)，單片機(jī)控 制模塊(11)通過(guò)對(duì)信號(hào)分析處理后確定太陽(yáng)的位置，發(fā)出控制信號(hào)給PWM調(diào)速模塊(12)， PWM調(diào)速模塊(12)根據(jù)信號(hào)命令分別控制兩個(gè)直流電機(jī)(13、14)的動(dòng)作從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光面 板(7)方位的調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采光球型太陽(yáng)位置傳感器及自動(dòng)跟蹤方法，其特征是單 片機(jī)控制模塊(11)先檢測(cè)大圓(4)圓周上的光敏電阻(3)所接受到的太陽(yáng)輻射量，通過(guò) PWM調(diào)速模塊(12)調(diào)速，將頂部⑶的光敏電阻(3)調(diào)整到輻射量最大，通過(guò)PWM調(diào)速模 塊(12)調(diào)速降低直流電機(jī)(13)的速度；再檢測(cè)大圓⑵圓周上的光敏電阻(3)所接受到 的太陽(yáng)輻射量，作同樣調(diào)整后關(guān)掉直流電機(jī)(14)電源，當(dāng)單片機(jī)控制模塊(11)內(nèi)部的計(jì)時(shí) 器到達(dá)設(shè)置好的喚醒時(shí)間后喚醒單片機(jī)控制模塊(11)，繼續(xù)下個(gè)循環(huán)檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種使接受太陽(yáng)光的面板始終保持與太陽(yáng)光線相垂直的采光球型太陽(yáng)位置傳感器及自動(dòng)跟蹤方法，包括一個(gè)不透明的球形基體，若干個(gè)光敏電阻分別均布于球形基體的兩個(gè)大圓的圓周上，將底座固定于太陽(yáng)光面板一側(cè)，使太陽(yáng)光面板在直流電機(jī)帶動(dòng)下在水平方向旋轉(zhuǎn)360度和垂直方向旋轉(zhuǎn)90度；各個(gè)光敏電阻將接受到的太陽(yáng)光強(qiáng)信號(hào)送給信號(hào)采集模塊，加工處理后送給單片機(jī)控制模塊，確定太陽(yáng)的位置，發(fā)出控制信號(hào)給PWM調(diào)速模塊控制兩個(gè)直流電機(jī)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光面板方位的調(diào)整。本發(fā)明可同時(shí)自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光的方位角和高度角，自動(dòng)跟蹤的精度高且時(shí)間短，可降低實(shí)時(shí)跟蹤的能耗，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可降低生產(chǎn)制造成本。
文檔編號(hào)G05D3/00GK101859148SQ20101019327
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者徐曉東, 葛樂(lè)通, 蔣益興 申請(qǐng)人:常州大學(xué)