專利名稱：反射式太陽能應(yīng)用自動(dòng)跟蹤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬太陽能應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及提高太陽能應(yīng)用效率的自動(dòng)跟蹤
直O(jiān)
背景技術(shù)：
該技術(shù)的相近背景技術(shù)是汽車兩側(cè)的后視鏡。它屬于一個(gè)手控半自動(dòng)鏡面反射裝置。
背景技術(shù)：
的具體結(jié)構(gòu)包括手動(dòng)控制旋鈕部分；方位和仰角電動(dòng)執(zhí)行部分和鏡面反射部分。該技術(shù)的工作原理是通過駕駛者手動(dòng)控制旋鈕的旋動(dòng)選擇左、右兩側(cè)的后視鏡，再上、下、左、右地移動(dòng)并接觸旋鈕，使其發(fā)出相應(yīng)的電信號(hào)給方位和仰角電動(dòng)執(zhí)行部分，通過電動(dòng)執(zhí)行部分的方位和仰角電機(jī)，分別控制鏡面反射部分的方位與仰角(X軸與Y軸)，以便解決不同駕駛者因身高不同，而導(dǎo)致的視角不同，通過上述調(diào)整使之達(dá)到最佳的后視效果。 圖1 圖10給出背景技術(shù)各部分的具體結(jié)構(gòu)。
以下結(jié)合附圖說明背景技術(shù)的具體的實(shí)施方式。1)背景技術(shù)的手動(dòng)控制旋鈕部分如圖1、2所示。圖1、2中，手動(dòng)控制旋鈕部分與汽車左前門10相連接；將旋鈕8的基準(zhǔn)點(diǎn)4與關(guān)閉點(diǎn)2對(duì)齊時(shí)，手動(dòng)控制處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)旋鈕8的基準(zhǔn)點(diǎn)4與左后視鏡開關(guān)1對(duì)齊時(shí)，手動(dòng)控制處于左后視鏡調(diào)整狀態(tài)。 當(dāng)旋鈕8與向上仰角開關(guān)6移動(dòng)并接觸，此時(shí)向左后視鏡仰角電動(dòng)執(zhí)行部分發(fā)出一個(gè)向上移動(dòng)的仰角信號(hào)；當(dāng)旋鈕8與方位右開關(guān)7移動(dòng)并接觸，此時(shí)向左后視鏡方位電動(dòng)執(zhí)行部分發(fā)出一個(gè)向右側(cè)移動(dòng)的方位信號(hào)；當(dāng)旋鈕8與向下仰角開關(guān)9移動(dòng)并接觸，此時(shí)向左后視鏡仰角電動(dòng)執(zhí)行部分發(fā)出一個(gè)向下移動(dòng)的仰角信號(hào)；當(dāng)旋鈕8與方位左開關(guān)3移動(dòng)并接觸，此時(shí)向左后視鏡方位電動(dòng)執(zhí)行部分發(fā)出一個(gè)向側(cè)左移動(dòng)的方位信號(hào)。當(dāng)旋鈕8的基準(zhǔn)點(diǎn)4與右后視鏡開關(guān)5對(duì)齊時(shí)，手動(dòng)控制處于右后視鏡調(diào)整狀態(tài)。 當(dāng)旋鈕8與向上仰角開關(guān)6移動(dòng)并接觸，此時(shí)向右后視鏡仰角電動(dòng)執(zhí)行部分發(fā)出一個(gè)向上移動(dòng)的仰角信號(hào)；當(dāng)旋鈕8與方位右開關(guān)7移動(dòng)并接觸，此時(shí)向右后視鏡方位電動(dòng)執(zhí)行部分發(fā)出一個(gè)向右側(cè)移動(dòng)的方位信號(hào)；當(dāng)旋鈕8與向下仰角開關(guān)9移動(dòng)并接觸，此時(shí)向右后視鏡仰角電動(dòng)執(zhí)行部分發(fā)出一個(gè)向下移動(dòng)的仰角信號(hào)；當(dāng)旋鈕8與方位左開關(guān)3移動(dòng)并接觸， 此時(shí)向右后視鏡方位電動(dòng)執(zhí)行部分發(fā)出一個(gè)向左側(cè)移動(dòng)的方位信號(hào)。2)背景技術(shù)左后視鏡的方位與仰角電動(dòng)執(zhí)行部分如圖3 6所示。圖3 6中，方位和仰角電動(dòng)執(zhí)行部分通過三個(gè)螺絲孔22固定在汽車后視鏡支架上，電源通過金屬條34分別向方位和仰角電機(jī)提供電信號(hào)。螺絲33將金屬條34固定在方位和仰角電動(dòng)執(zhí)行部分底座20上，方位、仰角電機(jī)固定盒27固定著方位電機(jī)沈和仰角電機(jī)29。當(dāng)接收到圖1的向左后視鏡方仰角電動(dòng)執(zhí)行部分發(fā)出一個(gè)向上移動(dòng)的仰角信號(hào)， 仰角電機(jī)四開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)減速器25轉(zhuǎn)動(dòng)，使傳動(dòng)齒輪M降低轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)齒輪M與帶齒的傳動(dòng)桿30往里傳動(dòng)，帶齒的傳動(dòng)桿30是用有彈性的尼龍材料制成。帶齒的傳動(dòng)桿30 與圖7 10中鏡面反射部分的仰角球型節(jié)43相連接，在圖7 10中仰角球型節(jié)43與鏡面環(huán)45相連接，鏡面環(huán)45上的轉(zhuǎn)動(dòng)槽41與圖3 6中的轉(zhuǎn)動(dòng)桿28上的兩段支點(diǎn)21相連接，轉(zhuǎn)動(dòng)桿觀通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸31與圖6中的電動(dòng)執(zhí)行部分中軸支架32所連接。當(dāng)帶齒的傳動(dòng)桿30帶動(dòng)鏡面反射部分的仰角球型節(jié)43往里傳動(dòng)時(shí)，鏡面環(huán)45繞著轉(zhuǎn)動(dòng)軸31做仰角向上移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)接收到圖1的向左后視鏡仰角電動(dòng)執(zhí)行部分發(fā)出一個(gè)向下移動(dòng)的仰角信號(hào)，仰角電機(jī)四開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)減速器25轉(zhuǎn)動(dòng)，使傳動(dòng)齒輪M降低轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)齒輪M與帶齒的傳動(dòng)桿30往外傳動(dòng)，帶齒的傳動(dòng)桿30與圖7、9、10中鏡面反射部分的仰角球型節(jié)43相連接，在圖7、9、10中仰角球型節(jié)43與鏡面環(huán)45相連接，鏡面環(huán)45上的轉(zhuǎn)動(dòng)槽41與圖3 6 中的轉(zhuǎn)動(dòng)桿觀上的兩段支點(diǎn)21相連接，轉(zhuǎn)動(dòng)桿觀通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸31與圖6中的電動(dòng)執(zhí)行部分中軸支架32所連接。當(dāng)帶齒的傳動(dòng)桿30帶動(dòng)鏡面反射部分的仰角球型節(jié)43往外傳動(dòng)時(shí)，鏡面環(huán)45繞著轉(zhuǎn)動(dòng)軸31做仰角向下移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)接收到圖1的向左后視鏡方位電動(dòng)執(zhí)行部分發(fā)出一個(gè)向左移動(dòng)的方位信號(hào)，方位電機(jī)沈開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)減速器25轉(zhuǎn)動(dòng)，使傳動(dòng)齒輪M降低轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)齒輪M與帶齒的傳動(dòng)桿23往里傳動(dòng)，帶齒的傳動(dòng)桿23與圖7、9、10中鏡面反射部分的方位球型節(jié)42相連接，在圖7、9、10中方位球型節(jié)42與鏡面環(huán)45相連接，鏡面環(huán)45上的轉(zhuǎn)動(dòng)槽41與圖3 6中的轉(zhuǎn)動(dòng)桿28上的兩段支點(diǎn)21相連接，轉(zhuǎn)動(dòng)桿28通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸31與圖6中的電動(dòng)執(zhí)行部分中軸支架32所連接。當(dāng)帶齒的傳動(dòng)桿23帶動(dòng)鏡面反射部分的方位球型節(jié)42往里傳動(dòng)時(shí)，鏡面環(huán)45繞著轉(zhuǎn)動(dòng)軸31做方位向左移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)接收到圖1的向左后視鏡方位電動(dòng)執(zhí)行部分發(fā)出一個(gè)向右移動(dòng)的方位信號(hào)，方位電機(jī)沈開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)減速器25轉(zhuǎn)動(dòng)，使傳動(dòng)齒輪M降低轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)齒輪M與帶齒的傳動(dòng)桿23往外傳動(dòng)，帶齒的傳動(dòng)桿23與圖7、9中鏡面反射部分的方位球型節(jié)42相連接， 在圖7、9、10中方位球型節(jié)42與鏡面環(huán)45相連接，鏡面環(huán)45上的轉(zhuǎn)動(dòng)槽41與圖3、5、6中的轉(zhuǎn)動(dòng)桿28上的兩段支點(diǎn)21相連接，轉(zhuǎn)動(dòng)桿28通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸31與圖6中的電動(dòng)執(zhí)行部分中軸支架32所連接。當(dāng)帶齒的傳動(dòng)桿23帶動(dòng)鏡面反射部分的方位球型節(jié)42往里傳動(dòng)時(shí)， 鏡面環(huán)45繞著轉(zhuǎn)動(dòng)軸31做方位向右移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。右后視鏡的方位和仰角電動(dòng)執(zhí)行部分的結(jié)構(gòu)與工作原理與左后視鏡的方位與仰角電動(dòng)執(zhí)行部分相同。3)背景技術(shù)左后視鏡的鏡面反射部分如圖7 10所示。圖7 10中，鏡面環(huán)45由內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)槽41與圖3、5中的轉(zhuǎn)動(dòng)桿觀提供支撐，方位方位球型節(jié)42和仰角球型節(jié)43分別提供鏡面環(huán)45方位與仰角移動(dòng)的動(dòng)力。鏡面環(huán)45 正面有多根加強(qiáng)梁44，鏡面環(huán)45上的螺孔40與鏡面彈片47由螺絲48固定，鏡面彈片47 與鏡框46相連，鏡框46內(nèi)套著鏡子49。右后視鏡的鏡面反射部分的結(jié)構(gòu)與工作原理與左后視鏡鏡面相同。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，根據(jù)光反射定律，用太陽能提高北方在冬季北側(cè)(背光)房間室溫的有效方法；經(jīng)電子控制線路改變北側(cè)樓房上的平面反射鏡的方位和仰角，使得平面反射鏡將入射太陽光線反射到南側(cè)樓房的北側(cè)窗戶的室內(nèi)，從而增高北側(cè)室內(nèi)溫度，達(dá)到節(jié)能的目的。本實(shí)用新型與背景技術(shù)在光的反射原理和方位和仰角的機(jī)械原理相似。但是因?yàn)閼?yīng)用的領(lǐng)域不同，如圖11所示，本實(shí)用新型是根據(jù)光反射的原理，經(jīng)電子控制線路改變北側(cè)樓房上的平面反射鏡的方位和仰角，將入射太陽光線始終能夠反射到南側(cè)樓房的北側(cè)窗戶的室內(nèi)。該方法的主要技術(shù)是自動(dòng)跟蹤太陽光線照射的方位與仰角。作為太陽能利用的技術(shù)領(lǐng)域，本實(shí)用新型解決了如下的技術(shù)問題1、太陽光線反射鏡面的操作由背景技術(shù)人工半自動(dòng)操作改變?yōu)槿孔詣?dòng)化操作；2、與背景技術(shù)比較，加大太陽光線反射鏡面的方位和仰角的自動(dòng)行程；3、對(duì)太陽運(yùn)行軌跡的方位和仰角在規(guī)定的等時(shí)段進(jìn)行全自動(dòng)跟蹤；4、一個(gè)蜂窩式太陽光線跟隨控制裝置可控制多個(gè)太陽光線反射鏡；5、根據(jù)每天每時(shí)太陽光線方位與仰角的不同，增加采集太陽光線次數(shù)(可多達(dá)數(shù)十次)；6、增大反射鏡面的面積；7、增加電機(jī)功率及齒輪機(jī)械傳動(dòng)強(qiáng)度；8、在陰天、下雨、夜晚等沒有太陽光線時(shí)停止方位和仰角電動(dòng)執(zhí)行部分的工作。為解決本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題，提出如下技術(shù)方案。為敘述方便，作如下定義θ 0:反射鏡出射線方位；Φ0:反射鏡出射線仰角；θ 1 太陽光線方位，也就是反射鏡入射光線的方位；Φ 1 太陽光線仰角，也就是反射鏡入射光線的仰角[0037]θ 2 反射鏡應(yīng)處于的方位，即反射鏡法線應(yīng)處于的方位，θ 2 = 1/2( θ 0+ θ 1)， θ 2的計(jì)算由單片機(jī)完成；Φ2 反射鏡應(yīng)處于的仰角，即反射鏡法線應(yīng)處于的仰角，Φ2 = 1/2(Φ0+Φ1), Φ2的計(jì)算由單片機(jī)完成；θ 2'反射鏡實(shí)際方位；Φ2'反射鏡實(shí)際仰角；以上所述的方位分別為出射線、太陽光線、反射鏡法線在水平面上的投影與正南方向之間的夾角，方位(角)的取值范圍是-90° ( Θ0、Θ1、Θ2、Θ2'彡90° ；所述的仰角分別為出射線、太陽光線、反射鏡法線與水平面之間的夾角，仰角的取值范圍是 0° ^ Φ0、ΦΙ、Φ2、Φ2' ^ 90°。一種反射式太陽能應(yīng)用自動(dòng)跟蹤裝置，由蜂窩式太陽光線方位和仰角定位部分、 電子控制部分、電動(dòng)方位機(jī)械和電動(dòng)仰角機(jī)械部分組成；所述的蜂窩式太陽光線方位和仰角定位部分，由六棱錐形筒62排列構(gòu)成1/4球面的形狀，安裝在外圍殼體61內(nèi)，六棱錐形筒62的內(nèi)腔壁68處理成粗糙并涂黑色；每個(gè)六棱錐形筒62里端各裝有一個(gè)光敏二極管VDll ；固定在外圍殼體61內(nèi)的方位和仰角定位線路板65主要由模擬電子開關(guān)4066和電阻RXl RX4、R1、RY1 RY4、R2及Rll組成，光敏二
6極管VDll負(fù)極通過信號(hào)線66與Rll連接，光敏二極管VDll正極通過信號(hào)線66與模擬電子開關(guān)4066的12腳和13腳連接；每個(gè)六棱錐形筒62在蜂窩中所處的角度不同，在任意時(shí)刻只有一個(gè)光敏二極管VDll接受太陽光線照射而導(dǎo)通，從而確定太陽光線的方位θ 1和仰角Φ1 ；與太陽光線的方位θ 1和仰角Φ 1所對(duì)應(yīng)的直流電壓由方位仰角信號(hào)輸出口 67輸出給多路數(shù)據(jù)選擇器電路的方位仰角信號(hào)輸入口；所述的電子控制部分，由多路數(shù)據(jù)選擇器電路、AD轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、方位和仰角跟蹤電機(jī)電路、鍵盤電路、方位電機(jī)和仰角電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成；多路數(shù)據(jù)選擇器電路主要由 74LS153芯片構(gòu)成，其輸入端DO、Dl輸入由蜂窩式傳感器測(cè)量的與太陽光線的方位θ 1和仰角Φ1所對(duì)應(yīng)的直流電壓，輸入端D3、D4輸入由滑線變阻器ffx、Wy確定的與平面反射鏡法線的方位92和仰角Φ2所對(duì)應(yīng)的直流電壓；數(shù)據(jù)的選通由單片機(jī)的XI、X2管腳控制； 74LS153芯片的Y腳為數(shù)據(jù)輸出端，與AD0804型號(hào)的AD轉(zhuǎn)換器的輸入端6腳相連；AD轉(zhuǎn)換器輸出的8位數(shù)字量由AT89C52型號(hào)的單片機(jī)的Pl輸入/輸出端口輸入單片機(jī)；反射鏡出射線的方位Θ0和仰角Φ0由鍵盤電路輸入單片機(jī)，其中按鍵K1、按鍵K2、按鍵K3分別與單片機(jī)的Tl、INTU INTO腳連接，按鍵Kl接高電平時(shí)，由按鍵K2、按鍵K3設(shè)定反射鏡出射線的方位Θ0，按鍵Kl接低電平時(shí)，由按鍵K2、按鍵K3設(shè)定反射鏡出射線的仰角Φ0;單片機(jī)根據(jù)太陽光線的方向計(jì)算反射鏡應(yīng)處于的方位θ 2和仰角Φ2，單片機(jī)測(cè)量反射鏡實(shí)際方位θ 2'和仰角Φ2'，驅(qū)動(dòng)方位電機(jī)和仰角電機(jī)使反射鏡實(shí)際方位θ 2'和仰角Φ2' 趨近反射鏡應(yīng)處于的方位θ 2和仰角Φ2 ；方位電機(jī)和仰角電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是將各電機(jī)繞組經(jīng)BD237型號(hào)的三極管、阻抗匹配作用的LM3M芯片，分別與單片機(jī)的POO Ρ02或Ρ03 Ρ05腳連接，由輸出三相脈沖的頻率和順序控制方位電機(jī)和仰角電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向；方位和仰角跟蹤電機(jī)電路是將各跟蹤電機(jī)繞組經(jīng)BD237型號(hào)的三極管、阻抗匹配作用的LM324 芯片，與單片機(jī)的POO Ρ02或Ρ03 Ρ05腳連接；方位和仰角跟蹤電機(jī)通過減速器分別與相對(duì)應(yīng)的方位電機(jī)和仰角電機(jī)同步運(yùn)動(dòng)，并分別帶動(dòng)滑線變阻器fe、Wy的滑動(dòng)端運(yùn)動(dòng)，代表反射鏡的實(shí)際位置的滑線變阻器輸出電壓被傳輸?shù)?4LS153芯片的輸入端D2、D3 ；所述的電動(dòng)方位機(jī)械部分，由方位電機(jī)、減速器、半環(huán)齒條、方位底座、軸承支撐架、制動(dòng)裝置構(gòu)成；當(dāng)接收到方位和仰角電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的方位偏轉(zhuǎn)指令時(shí)，方位驅(qū)動(dòng)電機(jī) 80經(jīng)減速器90減速，帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)軸81，在半環(huán)齒條87上轉(zhuǎn)動(dòng)，使方位底座88在軸承89 支撐下與基座75產(chǎn)生平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到方位跟蹤的效果；所述的電動(dòng)仰角機(jī)械部分，由仰角電機(jī)、減速器、大齒輪、大齒輪支架、制動(dòng)裝置構(gòu)成；當(dāng)接收到方位和仰角電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的仰角偏轉(zhuǎn)指令時(shí)，仰角驅(qū)動(dòng)電機(jī)91經(jīng)減速器73減速，帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)軸74，齒輪傳動(dòng)軸74與仰角大齒輪77外圓上的輪齒76咬合，并帶動(dòng)仰角大齒輪77上固定的仰角傳動(dòng)桿71，仰角傳動(dòng)桿71與反射鏡面固定板72連接，反射鏡50 裝在反射鏡面固定板72上。上述的電子控制部分，結(jié)構(gòu)還有由芯片74HC573構(gòu)成的鎖存器，為數(shù)碼管輸出編譯后的顯示信號(hào)，其鎖存信號(hào)由單片機(jī)P06P07和into腳提供，由鍵盤部分輸入反射鏡出射線角度時(shí)，由三位數(shù)碼管顯示Θ0、Φ0數(shù)值，調(diào)整反射鏡方向時(shí)，顯示反射鏡實(shí)際方位 θ 2'、Φ2'數(shù)值。上述的電動(dòng)方位機(jī)械部分中，在半環(huán)齒條87的兩端裝有方位制動(dòng)裝置83，控制方位行程范圍，在機(jī)器產(chǎn)生故障時(shí)切斷方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)80的電源；所述的電動(dòng)仰角機(jī)械部分中，仰角大齒輪77通過傳動(dòng)軸承78連接仰角支架82，仰角支架82固定在方位底座88上， 仰角支架82上裝有兩個(gè)仰角制動(dòng)裝置70，控制仰角行程范圍，以便在機(jī)器產(chǎn)生故障時(shí)切斷仰角驅(qū)動(dòng)電機(jī)91的電源。本實(shí)用新型解決了樓房北側(cè)房間利用太陽能需求的問題，能夠自動(dòng)跟蹤陽光調(diào)整反射鏡方向，達(dá)到提高室內(nèi)溫度和節(jié)約能源的目的，尤其在城市更為適用。

圖1是背景技術(shù)的手動(dòng)控制旋鈕部分的結(jié)構(gòu)主視圖。圖2是背景技術(shù)的手動(dòng)控制旋鈕部分的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖3是背景技術(shù)的方位與仰角電動(dòng)執(zhí)行部分的結(jié)構(gòu)主視圖。圖4是背景技術(shù)的方位與仰角電動(dòng)執(zhí)行部分的結(jié)構(gòu)后視圖。圖5是背景技術(shù)的方位與仰角電動(dòng)執(zhí)行部分的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖6是圖3的A-A剖面圖。圖7是背景技術(shù)的鏡面反射部分的結(jié)構(gòu)主視圖。圖8是背景技術(shù)的鏡面反射部分的結(jié)構(gòu)后視圖。圖9是圖7 (加鏡面的)A_A剖面圖。圖10是圖7的B-B剖面圖。圖11是本實(shí)用新型整體光路示意圖。圖12是本實(shí)用新型蜂窩式太陽光線方位和仰角定位部分結(jié)構(gòu)主視圖。圖13是本實(shí)用新型蜂窩式太陽光線方位和仰角定位部分結(jié)構(gòu)縱剖面圖。圖14是本實(shí)用新型太陽光線方位和仰角定位電路圖。圖15是本實(shí)用新型電動(dòng)方位機(jī)械和電動(dòng)仰角機(jī)械部分結(jié)構(gòu)主視圖。圖16是本實(shí)用新型電動(dòng)方位機(jī)械和電動(dòng)仰角機(jī)械部分結(jié)構(gòu)俯視圖。圖17是圖16的A-A剖面圖。圖18是本實(shí)用新型電動(dòng)方位機(jī)械和電動(dòng)仰角機(jī)械部分主視圖。圖19是本實(shí)用新型電動(dòng)方位機(jī)械和電動(dòng)仰角機(jī)械部分俯視圖。圖20是本實(shí)用新型電動(dòng)方位機(jī)械和電動(dòng)仰角機(jī)械部分(去掉鏡面)左視圖。圖21是本實(shí)用新型電子控制部分方框圖。圖22是本實(shí)用新型單板機(jī)控制電路圖。圖23是本實(shí)用新型方位電機(jī)和仰角電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說明本實(shí)用新型的具體的實(shí)施方式。實(shí)施例1本實(shí)用新型技術(shù)的整體光路反射圖。如圖11所示。圖11中，太陽51發(fā)射平行光照射到蜂窩式太陽光線方位、仰角定位器53的某個(gè)六棱錐形筒62 (圖12、13中)內(nèi)，經(jīng)電子控制線路改變北側(cè)樓房55上的平面反射鏡50的方位和仰角，使得平面反射鏡50將入射太陽光線反射到南側(cè)樓房M的北側(cè)窗戶52的室內(nèi)， 從而增高北側(cè)窗戶52的室內(nèi)溫度，達(dá)到節(jié)能目的。實(shí)施例2本實(shí)用新型的蜂窩式太陽光線方位和仰角定位部分。如圖12 14所不。太陽光線方位和仰角定位通過光敏二極管VDll和方位和仰角定位線路板65實(shí)現(xiàn)。圖12、13中，蜂窩式太陽光線方位和仰角定位器外型是四分之一球體狀，球的表面由多個(gè)金屬制成的六棱錐形筒62組成，類似蜂窩狀。六棱錐形筒62的內(nèi)腔壁68經(jīng)噴沙處理并涂以黑色，當(dāng)陽光線照射到六棱錐形筒62內(nèi)測(cè)壁時(shí)形成漫反射，從而使與六棱錐形筒軸線不平行的太陽光線不對(duì)光敏二極管VDll產(chǎn)生干擾。六棱錐形筒62的底部裝有光敏二極管VDl 1，光敏二極管VDll的管腳與信號(hào)線66焊接，光敏二極管VDll負(fù)極通過信號(hào)線 66與圖14中Rll焊接，光敏二極管VDll正極通過信號(hào)線66與圖14中模擬電子開關(guān)4066 的12腳和13腳焊接。圖14方位和仰角定位線路板65固定在圖12、13外圍殼體61內(nèi)。 進(jìn)一步具體說明例如太陽光線照射到六棱錐形筒XY內(nèi)腔，該內(nèi)腔中光敏二極管通過圖14 方位和仰角定位線路向圖22中的74LS153發(fā)出一個(gè)方位是)(X、仰角是Yy的指令信號(hào)。圖 14與圖22的連接，是通過圖14的方位仰角信號(hào)輸出口 67與圖22的方位仰角信號(hào)輸入口連接。為了敘述方便，圖14中蜂窩式傳感器中光敏二極管及模擬電子開關(guān)G066)的數(shù)量為3X3，實(shí)際數(shù)量可以是90個(gè)。同樣，在電路控制部分方位電機(jī)、仰角電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路等的數(shù)量也不止3個(gè)，實(shí)際數(shù)量需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)用戶數(shù)量確定。光敏二極管VDll被光照射后電阻顯著降低(可視為導(dǎo)通)。若為夜晚或陰天沒有強(qiáng)太陽光線時(shí)，所有的光敏二極管VDll都不導(dǎo)通，多路數(shù)據(jù)選擇器74LS153的DO或Dl端由于接地電阻Rl和R2的作用電位為零，系統(tǒng)不對(duì)反光鏡進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)有較強(qiáng)的太陽光線時(shí)，某一只光敏二極管VDll導(dǎo)通，其控制的兩個(gè)模擬電子開關(guān)0066)導(dǎo)通，RXl RX4及 Rl將確定一個(gè)唯一的電壓Vx，RYl RY4及R2也將確定一個(gè)唯一的電壓Vy。將此電壓值預(yù)先存于單片機(jī)中。當(dāng)實(shí)際測(cè)量的兩個(gè)電壓與此預(yù)存的電壓相差在誤差范圍之內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)確認(rèn)該二極管VDll導(dǎo)通，由此確定了此時(shí)太陽光線的方位和仰角。四分之一球體狀可以用透明的有機(jī)玻璃罩64罩蓋，在蜂窩式太陽光線方位和仰角定位器組裝調(diào)試完畢后，通過雙側(cè)旋鈕63旋至到上半部分并固定，使其達(dá)到防塵、防雨的保護(hù)作用。蜂窩式太陽光線方位和仰角定位器的外圍殼體61是由金屬加工而成，其外環(huán)有四個(gè)固定螺栓孔60與圖11中北側(cè)樓房55墻體連接。實(shí)施例3本實(shí)用新型的電子控制部分，如圖21 23所示。74LS153為4選1數(shù)據(jù)選擇器，其輸入端D0、D1的作用是測(cè)量太陽光線的方位，輸入端的D2、D3作用是測(cè)量反光鏡的方位。74LS153的選通由單片機(jī)AT89C52控制。AD0804為8位AD轉(zhuǎn)換器，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，傳輸給單片機(jī)Pl端口。R3、R4提供AD轉(zhuǎn)換所需要的參考電壓。方位、仰角跟蹤電機(jī)Mx、My與反射鏡方位、仰角驅(qū)動(dòng)電機(jī)做同步的運(yùn)動(dòng)，其帶動(dòng)的是滑線變阻器fe、Wy的滑動(dòng)端，滑線變阻器的輸出電壓(代表反射鏡的實(shí)際位置)被傳輸?shù)?4LS153的輸入端D2、D3。經(jīng)校準(zhǔn)后，單片機(jī)AT89C52可將74LS153的輸入端D0、D1、D2、 D3的電壓值轉(zhuǎn)換為太陽光線的方位和仰角(θ 0、Φ0)和反射鏡法線的方位和仰角(θ 1、 Φ1)。按鍵ΚΙ、Κ2、Κ3組成矩陣鍵盤，用于安裝調(diào)試時(shí)給系統(tǒng)設(shè)定反射鏡的出射光線的方位。設(shè)定值可由數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管顯示既可以在鍵盤部分輸入反射鏡出射線角度時(shí)，由三位數(shù)碼管顯示θ 0、Φ0數(shù)值，又可以在調(diào)整反射鏡方向時(shí)，顯示反射鏡實(shí)際方位Θ2'、 Φ2'數(shù)值，顯示精度為1度。74HC573為鎖存器，為三個(gè)數(shù)碼管輸出編譯后的顯示信號(hào)。其鎖存信號(hào)由單片機(jī)Ρ06Ρ07和into腳提供。單片機(jī)AT89C52根據(jù)設(shè)定的反射鏡的出射光線的向(θ 0、Φ0)、太陽光線的方向(Θ 1、Φ1)計(jì)算出反射鏡法線應(yīng)處于的方位仰角，即設(shè)定值(Θ2、Φ2，02 = 1/2 ( θ 0+θ 1)，Φ2 = 1/2 (Φ0+Φ 1))、再由滑線變阻器ffx、Wy測(cè)量出反射鏡法線此時(shí)的方向(Θ2'、Φ2')，單片機(jī)AT89C52根據(jù)反射鏡法線方向設(shè)定值和實(shí)際值的差值，驅(qū)動(dòng)反射鏡的驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)反射鏡的方向進(jìn)行調(diào)整，使反射鏡的法線方向?qū)嶋H方向與設(shè)定值一致。反射鏡的出射光線的調(diào)整每20分鐘進(jìn)行一次采集，由單片機(jī)AT89C52計(jì)中的定時(shí)器確定采集時(shí)刻。三路方位、仰角驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)由單片機(jī)AT89C52中POO Ρ02端口輸出， 由三相脈沖的順序調(diào)整方位、仰角的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和跟蹤電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)動(dòng)。LM3M起阻抗匹配作用，提高單片機(jī)帶載能力，即，由集成運(yùn)放LM3M組成的電壓跟隨器提高了方位、仰角驅(qū)動(dòng)電機(jī)和跟蹤電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入阻抗，避免單片機(jī)AT89C52負(fù)載過重。驅(qū)動(dòng)采用三極管 BD237，其Vcbq = 100V, Vceo = 80V, Ic = 2Α。方位、仰角驅(qū)動(dòng)電機(jī)和跟蹤電機(jī)采用三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)36BF003，步距角1. 5°，電壓27V，電流1. 5Α。圖22、23中，二極管Dll D13 型號(hào)為ΙΝ4007，起續(xù)流作用。正5V電源1套，為控制系統(tǒng)供電。正負(fù)12V電源為電壓跟隨器(由LM3M組成) 供電，27V電機(jī)電源采用JP牌2720型開關(guān)電源，其輸出電壓為27V，電流2Α。正5V電源一套，正負(fù)12V和27V電源每個(gè)反射鏡各一套，正負(fù)12V和27V電源的交流輸入端。實(shí)施例4本實(shí)用新型的安裝調(diào)試。步驟一、初次安裝時(shí)，要確定出射光線方向(Θ0、Φ0)，由鍵盤輸入給單片機(jī) AT89C52中定義的與θ 0、Φ0相關(guān)的變量(AO，Β0)。步驟二、太陽光線方位測(cè)量如光敏二極管VDll受光照反向?qū)ǎ娮鑂ll與VDll的結(jié)點(diǎn)為高電平，受該點(diǎn)電位控制的模擬開關(guān)4066的兩組開關(guān)1、2腳和10、11導(dǎo)通，a、b點(diǎn)的電壓Vx和Vy為
(體+狀3 +肌)態(tài)[二;2=二}5在單片機(jī)中預(yù) yRXl + {RX2 + RX3 + RXA)lIRl J+ 1 +KY^ +KY^) 11R2)。
先輸入Vx θ、Vy φ兩個(gè)表格，由Vx和Vy的值可唯一確定θ 1、φ 1。單片機(jī)AT89C52 的Χ1、Χ2輸出00，使4選1數(shù)據(jù)選擇器74LS153的DO與輸出端Y接通，經(jīng)AD0804將Vx轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并傳輸給單片機(jī)AT89C52中的定義的變量Al。XI、Χ2腳輸出01，接通74LS153 的D1，經(jīng)AD0804將Vy轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并傳輸給單片機(jī)AT89C52中的定義的變量Bi。單片機(jī)查表確定太陽光線的方向(Θ1、Φ1)。步驟三、計(jì)算此時(shí)反射鏡的理論方向(θ 2、Φ2)。根依幾何光學(xué)，反射鏡的法線平分入射光線和反射光線的夾角，所以計(jì)算公式為 θ2 = 1/2( θ 0+θ 丨 Φ2 = Ι/^Φο+Φ》。步驟四、測(cè)量反射鏡實(shí)際方向(θ 2'、Φ2')。單片機(jī)Χ1、Χ2腳輸出10、11，將74LS153的D2、D3端先后與輸出端Y聯(lián)通，fe、Wy 的電壓經(jīng)AD0804轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后從單片機(jī)PO端輸入單片機(jī)，賦給變量A2、B2，乘以系數(shù)(180/5)變換為反射鏡的實(shí)際方位(θ 2'、Φ2')。步驟五，調(diào)整反射鏡方向單片機(jī)AT89C52根據(jù)反射鏡的理論值和實(shí)際值，從PO端口輸出脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)方位電機(jī)和仰角電機(jī)，使反射鏡的實(shí)際值向理論值靠近。在此過程中單片機(jī)AT89C52不斷對(duì)實(shí)際值進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)實(shí)際值與理論值一致后，停止方位和仰角跟蹤電機(jī)?？梢悦?0分鐘重復(fù)步驟二——步驟五一次。實(shí)施例5本實(shí)用新型的電動(dòng)方位機(jī)械和電動(dòng)仰角機(jī)械部分。如圖15 17所示。圖15 17中，當(dāng)接受到圖22、23的方位偏轉(zhuǎn)指令時(shí)，方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)80經(jīng)減速器 90減速，帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)軸81，在半環(huán)齒條87轉(zhuǎn)動(dòng)，使方位底座88在軸承89支撐下與基座 75產(chǎn)生平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到方位跟蹤的效果。在半環(huán)齒條87的兩端裝有方位制動(dòng)裝置83，以便在機(jī)器產(chǎn)生故障時(shí)及時(shí)切斷方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)80的電源。當(dāng)接受到圖22、14的仰角偏轉(zhuǎn)指令時(shí)，仰角驅(qū)動(dòng)電機(jī)91經(jīng)減速器73減速，帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)軸74，齒輪傳動(dòng)軸74與仰角大齒輪77外圓上的輪齒76咬合，并帶動(dòng)仰角大齒輪77 上固定的仰角傳動(dòng)桿71，仰角傳動(dòng)桿71與反射鏡面固定板72連接。仰角大齒輪77通過傳動(dòng)軸承78連接仰角支架82，仰角支架82固定在方位底座88上，仰角支架82上裝有兩個(gè)仰角制動(dòng)裝置70，以便在機(jī)器產(chǎn)生故障時(shí)及時(shí)切斷仰角驅(qū)動(dòng)電機(jī)91的電源。在方位底座88 上裝有三個(gè)外殼支架79，外殼支架79與圖20中的外殼86相固定。為增加機(jī)械強(qiáng)度及方位和仰角的行程，所有部件均由金屬制成，實(shí)施例6本實(shí)用新型的電動(dòng)方位機(jī)械和電動(dòng)仰角機(jī)械外觀。如圖18 20所示。圖18 20中，反射鏡面固定板72上的螺孔85通過螺絲與反射鏡框95固定，反射鏡框95中裝有反射鏡50?；?5與北側(cè)樓55墻體的連接，是用連接固定支架92連接并固定。圖15 17中的外殼支架79與圖19、20外殼86通過固定螺絲93連接固定。在外殼86上開有一條通道84供仰角傳動(dòng)桿71的活動(dòng)空間，外殼86起到對(duì)電動(dòng)方位和仰角機(jī)械防塵、防陽光照射和防雨等保護(hù)作用。
權(quán)利要求1. 一種反射式太陽能應(yīng)用自動(dòng)跟蹤裝置，其特征是，由蜂窩式太陽光線方位和仰角定位部分、電子控制部分、電動(dòng)方位機(jī)械和電動(dòng)仰角機(jī)械部分組成；所述的蜂窩式太陽光線方位和仰角定位部分，由六棱錐形筒(6 排列構(gòu)成1/4球面的形狀，安裝在外圍殼體(61)內(nèi)，六棱錐形筒(6 的內(nèi)腔壁68處理成粗糙并涂黑色；每個(gè)六棱錐形筒(6 里端各裝有一個(gè)光敏二極管(VDll)；固定在外圍殼體(61)內(nèi)的方位和仰角定位線路板(65)主要由模擬電子開關(guān)4066和電阻RXl RX4、R1、RY1 RY4、R2及Rll組成，光敏二極管(VDll)負(fù)極通過信號(hào)線(66)與Rll連接，光敏二極管(VDll)正極通過信號(hào)線(66)與模擬電子開關(guān)4066的12腳和13腳連接；每個(gè)六棱錐形筒(6 在蜂窩中所處的角度不同，在任意時(shí)刻只有一個(gè)光敏二極管(VDll)接受太陽光線照射而導(dǎo)通，從而確定太陽光線的方位θ 1和仰角Φ1 ；與太陽光線的方位θ 1和仰角Φ1所對(duì)應(yīng)的直流電壓由方位仰角信號(hào)輸出口(67)輸出給多路數(shù)據(jù)選擇器電路的方位仰角信號(hào)輸入口 ；所述的電子控制部分，由多路數(shù)據(jù)選擇器電路、AD轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、方位和仰角跟蹤電機(jī)電路、鍵盤電路、方位電機(jī)和仰角電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成；多路數(shù)據(jù)選擇器電路主要由 74LS153芯片構(gòu)成，其輸入端DO、Dl輸入由蜂窩式傳感器測(cè)量的與太陽光線的方位θ 1和仰角Φ1所對(duì)應(yīng)的直流電壓，輸入端D3、D4輸入由滑線變阻器ffx、Wy確定的與平面反射鏡法線的方位θ 2和仰角Φ2所對(duì)應(yīng)的直流電壓；數(shù)據(jù)的選通由單片機(jī)的XI、Χ2管腳控制； 74LS153芯片的Y腳為數(shù)據(jù)輸出端，與AD0804型號(hào)的AD轉(zhuǎn)換器的輸入端6腳相連；AD轉(zhuǎn)換器輸出的8位數(shù)字量由AT89C52型號(hào)的單片機(jī)的Pl輸入/輸出端口輸入單片機(jī)；反射鏡出射線的方位Θ0和仰角Φ0由鍵盤電路輸入單片機(jī)，其中按鍵Κ1、按鍵Κ2、按鍵Κ3分別與單片機(jī)的Tl、INTU INTO腳連接，按鍵Kl接高電平時(shí)，由按鍵Κ2、按鍵Κ3設(shè)定反射鏡出射線的方位Θ0，按鍵Kl接低電平時(shí)，由按鍵K2、按鍵K3設(shè)定反射鏡出射線的仰角Φ0;單片機(jī)根據(jù)太陽光線的方向計(jì)算反射鏡應(yīng)處于的方位θ 2和仰角Φ2，單片機(jī)測(cè)量反射鏡實(shí)際方位θ 2'和仰角Φ2'，驅(qū)動(dòng)方位電機(jī)和仰角電機(jī)使反射鏡實(shí)際方位θ 2'和仰角Φ2' 趨近反射鏡應(yīng)處于的方位θ 2和仰角Φ 2 ；方位電機(jī)和仰角電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是將各電機(jī)繞組經(jīng)BD237型號(hào)的三極管、阻抗匹配作用的LM3M芯片，分別與單片機(jī)的POO Ρ02或Ρ03 Ρ05腳連接，由輸出三相脈沖的頻率和順序控制方位電機(jī)和仰角電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向 ’方位和仰角跟蹤電機(jī)電路是將各跟蹤電機(jī)繞組經(jīng)BD237型號(hào)的三極管、阻抗匹配作用的LM324 芯片，與單片機(jī)的POO Ρ02或Ρ03 Ρ05腳連接；方位和仰角跟蹤電機(jī)通過減速器分別與相對(duì)應(yīng)的方位電機(jī)和仰角電機(jī)同步運(yùn)動(dòng)，并分別帶動(dòng)滑線變阻器·、Wy的滑動(dòng)端運(yùn)動(dòng)，代表反射鏡的實(shí)際位置的滑線變阻器輸出電壓被傳輸?shù)?4LS153芯片的輸入端D2、D3 ；所述的電動(dòng)方位機(jī)械部分，由方位電機(jī)、減速器、半環(huán)齒條、方位底座、軸承支撐架、制動(dòng)裝置構(gòu)成；當(dāng)接收到方位和仰角電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的方位偏轉(zhuǎn)指令時(shí)，方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)(80)經(jīng)減速器(90)減速，帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)軸(81)，在半環(huán)齒條(87)上轉(zhuǎn)動(dòng)，使方位底座(88)在軸承 (89)支撐下與基座(7 產(chǎn)生平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到方位跟蹤的效果；所述的電動(dòng)仰角機(jī)械部分，由仰角電機(jī)、減速器、大齒輪、大齒輪支架、制動(dòng)裝置構(gòu)成； 當(dāng)接收到方位和仰角電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的仰角偏轉(zhuǎn)指令時(shí)，仰角驅(qū)動(dòng)電機(jī)(91)經(jīng)減速器(73) 減速，帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)軸(74)，齒輪傳動(dòng)軸(74)與仰角大齒輪(77)外圓上的輪齒(76)咬合， 并帶動(dòng)仰角大齒輪(77)上固定的仰角傳動(dòng)桿(71)，仰角傳動(dòng)桿(71)與反射鏡面固定板 (72)連接，反射鏡(50)裝在反射鏡面固定板(72)上。
2.按照權(quán)利要求1所述的反射式太陽能應(yīng)用自動(dòng)跟蹤裝置，其特征是，所述的電子控制部分，結(jié)構(gòu)還有由芯片74HC573構(gòu)成的鎖存器，為數(shù)碼管輸出編譯后的顯示信號(hào)，其鎖存信號(hào)由單片機(jī)P06P07和into腳提供，由鍵盤部分輸入反射鏡出射線角度時(shí)，由三位數(shù)碼管顯示θ 0、Φ0數(shù)值，調(diào)整反射鏡方向時(shí)，顯示反射鏡實(shí)際方位θ 2'、Φ2'數(shù)值。
3.按照權(quán)利要求1所述的反射式太陽能應(yīng)用自動(dòng)跟蹤裝置，其特征是，所述的電動(dòng)方位機(jī)械部分中，在半環(huán)齒條(87)的兩端裝有方位制動(dòng)裝置(83)，控制方位行程范圍，在機(jī)器產(chǎn)生故障時(shí)切斷方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)(80)的電源；所述的電動(dòng)仰角機(jī)械部分中，仰角大齒輪 (77)通過傳動(dòng)軸承(78)連接仰角支架(82)，仰角支架(8 固定在方位底座(88)上，仰角支架(8 上裝有兩個(gè)仰角制動(dòng)裝置(70)，控制仰角行程范圍，以便在機(jī)器產(chǎn)生故障時(shí)切斷仰角驅(qū)動(dòng)電機(jī)(91)的電源。
專利摘要本實(shí)用新型的反射式太陽能應(yīng)用自動(dòng)跟蹤裝置屬太陽能應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。由蜂窩式太陽光線方位和仰角定位部分、電子控制部分、電動(dòng)方位機(jī)械和電動(dòng)仰角機(jī)械部分組成；太陽光線照射到六棱錐形筒中光敏二極管，通過方位和仰角定位線路向電子控制部分發(fā)出指令信號(hào)；電子控制部分控制方位電機(jī)和仰角電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)方位機(jī)械和電動(dòng)仰角機(jī)械部分運(yùn)動(dòng)，調(diào)整反射鏡方向，使太陽光線射入南側(cè)樓的背光房間。本實(shí)用新型根據(jù)光反射定律，用太陽能提高北方在冬季北側(cè)背光房間室溫的有效方法，自動(dòng)跟蹤陽光調(diào)整反射鏡方向，達(dá)到節(jié)約能源的目的，尤其在城市更為適用。
文檔編號(hào)G05D3/12GK202049392SQ20102062545
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者王哲, 裴凱, 裴力 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)