車載太陽能電池環(huán)針式陽光跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的車載太陽能電池環(huán)針式陽光跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)，屬于太陽能應(yīng)用的【技術(shù)領(lǐng)域】。結(jié)構(gòu)有太陽能電池板、鎖存器、譯碼器、單片機(jī)、方位和仰角驅(qū)動裝置、環(huán)針式傳感器（163）；環(huán)針式傳感器獲得的太陽光信息經(jīng)鎖存器，再經(jīng)譯碼器選通輸入給單片機(jī)，由單片機(jī)控制方位和仰角驅(qū)動裝置，使太陽能電池板跟蹤太陽光提供電能。環(huán)針式傳感器是在平面板（101）上分別由光敏二極管圍成大環(huán)（102）、小環(huán)（105），相鄰光敏二極管間有隔板（104）；平面板正面和背面分別垂直安裝端頭有光敏二極管的長指針（115）和短指針（113）。本發(fā)明傳感器質(zhì)量輕、體積小、風(fēng)阻小和結(jié)構(gòu)簡單；方位、仰角同步跟蹤驅(qū)動，跟蹤范圍完全覆蓋太陽的運(yùn)行軌跡。
【專利說明】車載太陽能電池環(huán)針式陽光跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能發(fā)電應(yīng)用的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及用于泊車時的車載太陽能電池的陽光跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)是，名稱為“蜂窩式陽光跟隨控制系統(tǒng)”的發(fā)明專利，專利號:ZL201010559618.3。蜂窩式陽光跟隨控制系統(tǒng)由蜂窩式太陽光線方位和仰角定位部分、電子控制部分、電動方位機(jī)械部分和電動仰角機(jī)械部分組成。
[0003]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，每個六棱錐形筒62里端各裝有一個光敏二極管VDlI,以及固定在外圍殼體61內(nèi)的方位和仰角定位線路板65構(gòu)成。
[0004]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、方位驅(qū)動電機(jī)和仰角驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動電路組成。
[0005]所述的電動方位機(jī)械部分，由方位驅(qū)動電機(jī)、減速器、半環(huán)齒條、方位底座、軸承支撐架、制動裝置構(gòu)成；當(dāng)接收到方位和仰角電機(jī)驅(qū)動電路的方位偏轉(zhuǎn)指令時，方位驅(qū)動電機(jī)80經(jīng)減速器90減速，帶動齒輪傳動軸81，在半環(huán)齒條87上轉(zhuǎn)動，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，達(dá)到方位跟蹤的效果。
[0006]所述的電動仰角機(jī)械部分，由仰角驅(qū)動電機(jī)、減速器、大齒輪、大齒輪支架、制動裝置構(gòu)成；當(dāng)接收到方位和仰角電機(jī)驅(qū)動電路的仰角偏轉(zhuǎn)指令時，仰角驅(qū)動電機(jī)91經(jīng)減速器73減速，帶動齒輪傳動軸74，齒輪傳動軸74與仰角大齒輪77外圓上的輪齒76咬合，并帶動仰角大齒輪77上固定的仰角傳動桿71。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，野外科學(xué)考察和郊外旅游宿營時的泊車太陽能電池發(fā)電問題，從而，解決夜晚LED照明、電腦筆記本供電、手機(jī)和照相機(jī)的電池充電等需求；改變以往的柴油發(fā)電機(jī)或啟動汽車發(fā)電所帶來一次能源的消耗，解決給環(huán)境帶來的噪音和大氣污染等問題。
[0008]為達(dá)到本發(fā)明的目的，采用如下技術(shù)方案。
[0009]一種車載太陽能電池環(huán)針式陽光跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)包括太陽能電池板、鎖存器、譯碼器、單片機(jī)、方位和仰角驅(qū)動裝置，所述的方位和仰角驅(qū)動裝置，由與【背景技術(shù)】一樣的方位驅(qū)動電機(jī)和仰角驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動電路、電動方位機(jī)械部分、電動仰角機(jī)械部分構(gòu)成；其特征是，結(jié)構(gòu)還有環(huán)針式傳感器163 ;由環(huán)針式傳感器163獲得的太陽光信息經(jīng)鎖存器，再經(jīng)譯碼器選通輸入給單片機(jī)，由單片機(jī)控制方位和仰角驅(qū)動裝置，使太陽能電池板跟蹤太陽光提供電能；
[0010]所述的環(huán)針式傳感器163，由大環(huán)傳感器、小環(huán)傳感器、長針傳感器和短針傳感器構(gòu)成；在平面板101上用光敏二極管(VD101?VD172)圍成一個大環(huán)102，各相鄰光敏二極管之間用隔板104分開；在大環(huán)102內(nèi)用光敏二極管(VD173?VD176)圍成一個同心的小環(huán)105，各相鄰光敏二極管之間用隔板104分開；在平面板101的正面大環(huán)102圓心處垂直固定有一個長指針115，長指針115外端頭裝有一個光敏二極管(VD177);在平面板101的背面大環(huán)102圓心處垂直固定有一個短指針113，短指針113外端頭裝有一個光敏二極管(VD178);通過連接件108將環(huán)針式傳感器平面板101和太陽能電池板外殼131連接為一體，在平面板101背面裝有信號電纜輸出插座117，電纜輸出插座117分別與光敏二極管電連接。
[0011]【背景技術(shù)】的方位和仰角驅(qū)動裝置可以直接使用，本發(fā)明為擴(kuò)大方位和仰角的跟蹤和驅(qū)動范圍，對方位制動裝置83和仰角制動裝置70做了如下改進(jìn):
[0012]其中的電動方位機(jī)械部分的半環(huán)齒條87的弧度為340度；
[0013]其中的電動方位機(jī)械部分的方位制動裝置83，由方位起、止點傳感器和制動檔片94構(gòu)成；方位起點傳感器由同軸相對安裝發(fā)光二極管(TVD179)和光敏二極管(VD179)組成，發(fā)光二極管(TVD179)和光敏二極管(VD179)中間有狹縫；方位止點傳感器由同軸相對安裝發(fā)光二極管(TVD180)和光敏二極管(VD180)組成，發(fā)光二極管(TVD180)和光敏二極管(VD180)中間有狹縫；以電動方位機(jī)械部分中的半環(huán)齒條87的圓心為起點，沿仰角傳動桿71的射線為O度角時，方位起、止點的制動傳感器的起點和終點的位置分別在10度角和350度角的半環(huán)齒條87外側(cè)；制動檔片94到達(dá)起點時，剛好到達(dá)發(fā)光二極管(TVD179)和光敏二極管(VD179)中間的狹縫，使發(fā)光二極管(TVD179)和光敏二極管(VD179)之間的光電耦合中斷；制動檔片94到達(dá)終點時，剛好到達(dá)發(fā)光二極管(TVD180)和光敏二極管(VD180)中間的狹縫，使發(fā)光二極管(TVD180)和光敏二極管(VD180)之間的光電耦合中斷；
[0014]其中的電動仰角機(jī)械部分的仰角制動裝置70，由仰角制動檔板和仰角傳動桿71組成；仰角制動檔板有兩塊，之間夾角125度，限制仰角傳動桿71的行程在兩仰角制動檔板中間；仰角傳動桿71端頭垂直裝有方位和仰角驅(qū)動固定板72。
[0015]平面板101上可以有72個光敏二極管(VD101?VD172)排列構(gòu)成大環(huán)102，則太陽光線定位精度為5度，使單片機(jī)每20分鐘發(fā)出一次采集的定位信息。
[0016]長指針115和短指針113可以制作成細(xì)管狀；長指針115端頭的光敏二極管(VD177)和短指針113端頭的光敏二極管(VD178)前端分別用半球形玻璃119封閉，使光接收角度均為180度。
[0017]在方位和仰角驅(qū)動裝置的外殼86上，安裝有方位仰角驅(qū)動的電纜輸入插座97、指南針99、手動方位蝸輪蝸桿57，在方位和仰角驅(qū)動裝置下方的絲杠157上端安裝基座75，在絲杠157與基座75間裝有軸承滾珠56，操縱手動方位蝸輪蝸桿57能使基座75水平轉(zhuǎn)動，用于方位跟蹤范圍的中間值180度的刻度點96定位指向正南。
[0018]在仰角大齒輪77上，與仰角傳動桿71的承重對稱位置安裝配重塊98。
[0019]本發(fā)明解決了如下的技術(shù)問題，也就取得了如下有益效果:
[0020]1、傳感器跟蹤方位和仰角的范圍擴(kuò)大的問題，使方位、仰角跟蹤范圍完全覆蓋太陽的運(yùn)行軌跡。
[0021]2、解決傳感器質(zhì)量輕，體積小、風(fēng)阻小和結(jié)構(gòu)簡單等問題。
[0022]3、增大方位和仰角的驅(qū)動的行程。
[0023]4、解決方位驅(qū)動時所有電纜連線的纏繞問題，即方位制動傳感器。[0024]5、減小仰角驅(qū)動電機(jī)負(fù)載問題，即增加配重裝置。
[0025]6、在日出時，解決前一天晚上太陽能板方位大角度轉(zhuǎn)動，跟蹤和驅(qū)動問題。
[0026]7、當(dāng)傳感器處在特殊的天氣時:日出I小時后，突然天氣陰天下雨，在下午17點晴天日出，傳感器還停留在日出I小時的方向時，傳感器所存在的跟蹤問題。
[0027]8、解決方位和仰角同步驅(qū)動問題。達(dá)到方位和仰角同步完成驅(qū)動的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明的環(huán)針式傳感器的主視圖。
[0029]圖2是圖1的A-A剖面圖。
[0030]圖3是本發(fā)明的環(huán)針式傳感器的后視圖。
[0031]圖4是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0032]圖5是本發(fā)明的環(huán)針式傳感器、方位起、止點傳感器與鎖存器的連接電路圖。
[0033]圖6是圖5的局部(右下角)放大圖。
[0034]圖7是本發(fā)明的單片機(jī)87C51FB與譯碼器74HC154、方位和仰角驅(qū)動裝置電連接的控制與驅(qū)動電路的電路圖。
[0035]圖8是本發(fā)明的方位和仰角驅(qū)動裝置的主視圖。
[0036]圖9是本發(fā)明的方位和仰角驅(qū)動裝置的俯視圖。
[0037]圖10是圖8的A-A剖面圖。
[0038]圖11是本發(fā)明的方位和仰角驅(qū)動裝置外觀主視圖。
[0039]圖12是本發(fā)明的方位和仰角驅(qū)動裝置外觀俯視圖。
[0040]圖13是本發(fā)明的太陽能電池板主視圖。
[0041]圖14是本發(fā)明的太陽能電池板后視圖。
[0042]圖15是本發(fā)明的太陽能電池箱的主視圖。
[0043]圖16是本發(fā)明的太陽能電池板支架示意圖。
[0044]圖17是本發(fā)明的一種在停車時(開啟后備箱)的太陽能電池工作狀態(tài)示意圖。
[0045]圖18是本發(fā)明的另一種在停車時(關(guān)閉后備箱)的太陽能電池工作狀態(tài)示意圖。
[0046]圖19是本發(fā)明在行車時的放置狀態(tài)示意圖。
【具體實施方式】
[0047]實施例1環(huán)針式傳感器及控制電路
[0048]環(huán)針式傳感器如圖1、2、3所示，在平面板101上用光敏二極管VDlOl?VD172圍成一個大環(huán)102，每個光敏二極管之間用隔板104分開；在大環(huán)102的內(nèi)側(cè)用光敏二極管VD173?VD176圍成一個與大環(huán)102同心的小環(huán)105 ;每個光敏二極管之間也用隔板104分開；在小環(huán)105的圓心處裝有一個長指針115，長指針115的中心為空的，即為細(xì)管狀，方便導(dǎo)線的穿過。長指針115在平面板101上，在平面板101背面有比較短的短指針113。短指針113的中心為空的，即為細(xì)管狀，方便導(dǎo)線的穿過。在平面板101前面的長指針115端口裝有一個光敏二極管VD177。在平面板101背面的短指針113端口裝有一個光敏二極管VD178。長指針115和短指針113可以用密封膠116垂直于平面板101固定在平面板101上。光敏二極管VD177和VD178的光接收角度均為180度。通過連接件108將環(huán)針式傳感器平面板101和太陽能電池板外殼131連接為一體，可以用螺絲109固定，在方位和仰角驅(qū)動和跟蹤時，環(huán)針式傳感器平面板101與太陽能電池板外殼131為同步跟蹤驅(qū)動。在環(huán)針式傳感器平面板101背面裝有環(huán)針式傳感器的防水信號電纜輸出插座117，并用螺絲118固定。光敏二極管VDlOl?VD176的前面都用鋼化玻璃114封閉。光敏二極管VD177和VD178的前端均用半球形玻璃119封閉，保證光接收角度為180度。
[0049]大環(huán)102的作用為高精度的太陽光線定位。太陽的方位一天是360度/24小時=15度/小時，15度/60分鐘=0.25度/分鐘。當(dāng)單片機(jī)每20分鐘發(fā)出一次采集定位信息時，則太陽光線定位精度為5度，360度/5度=72，所以大環(huán)102可以鑲嵌72個光敏二極管(VD101?VD172)。在大環(huán)102里鑲嵌的72個光敏二極管中，每個光敏二極管所在的位置都包含著它固有的方位和仰角位置信息，將它們固有的方位和仰角位置信息預(yù)先輸入到單片機(jī)。當(dāng)大環(huán)102里鑲嵌的72個光敏二極管中，某個光敏二極管被長指針115的陽光陰影遮蓋，這個光敏二極管處在高電平，將定位信號(方位和仰角的比值)傳到單片機(jī)，單片機(jī)再同時向方位驅(qū)動電機(jī)80和仰角驅(qū)動電機(jī)91發(fā)出驅(qū)動指令。方位驅(qū)動電機(jī)80和仰角驅(qū)動電機(jī)91按方位和仰角各自驅(qū)動距離的比值，調(diào)整各自的驅(qū)動速率，達(dá)到同步完成驅(qū)動的目的。小環(huán)105里鑲嵌4個光敏二極管(VD173?VD176)，當(dāng)4個光敏二極管都處在低電平時，即4個光敏二極管都沒有被長指針115的陽光陰影遮蓋。小環(huán)將停止驅(qū)動信號傳到單片機(jī)，單片機(jī)向方位驅(qū)動電機(jī)和仰角驅(qū)動電機(jī)發(fā)出停止驅(qū)動指令。
[0050]環(huán)針式傳感器及控制電路工作原理，參見圖4、5、6、7。大環(huán)傳感器(由VD101-VD172構(gòu)成)、小環(huán)傳感器(由VD173-VD176構(gòu)成)、長、短針傳感器(由VD177、VD178構(gòu)成)和方位起、止點傳感器(由VD179、TVD179:VD180、TVD180構(gòu)成)的信號都輸入到鎖存器74HC573中，單片機(jī)87C51FB控制譯碼器74HC154將十個鎖存器74HC573的信號分組選通輸入到單片機(jī)87C51FB內(nèi)，單片機(jī)87C51FB同時向方位驅(qū)動電機(jī)80和仰角驅(qū)動電機(jī)91發(fā)出驅(qū)動指令。圖5給出環(huán)針式傳感器、方位(起、止點)傳感器與鎖存器的連接電路圖。圖6是圖5的局部(右下角)放大圖。圖7給出單片機(jī)87C51FB與譯碼器、方位和仰角驅(qū)動裝置電連接的控制與驅(qū)動電路的電路圖。
[0051]該環(huán)針式傳感器163在各種天氣環(huán)境下的工作原理，具體如下:
[0052](I)當(dāng)環(huán)針式傳感器163處在晴天時:在大環(huán)102里鑲嵌的光敏二極管VDlOl?VD172中，某個光敏二極管被長指針115的陽光陰影遮蓋，這個光敏二極管處在高電平，大環(huán)102其它光敏二極管都處于低電平。同時，長指針115端口的光敏二極管VD177處于低電平，短指針113端口的光敏二極管VD178處于高電平。單片機(jī)87C51FB向方位驅(qū)動電機(jī)80和仰角驅(qū)動電機(jī)91發(fā)出同步驅(qū)動指令，參見圖9。
[0053](2)當(dāng)環(huán)針式傳感器163處在陰天或下雨時:即大環(huán)102里鑲嵌每個光敏二極管VDlOl?VD172都處在高電平。同時，長指針115端口的光敏二極管VD177和短指針113端口的光敏二極管VD178也都處于高電平。單片機(jī)87C51FB停止向方位驅(qū)動電機(jī)80和仰角驅(qū)動電機(jī)91發(fā)出同步驅(qū)動指令。
[0054](3)當(dāng)環(huán)針式傳感器163處在夜晚時:大環(huán)102里鑲嵌的每個光敏二極管VDlOl?VD172都處在高電平。同時，長指針115端口的光敏二極管VD177和短指針113端口的光敏二極管VD178都處于高電平。單片機(jī)87C51FB停止向方位驅(qū)動電機(jī)80和仰角驅(qū)動電機(jī)91發(fā)出同步驅(qū)動指令。[0055](4)當(dāng)環(huán)針式傳感器163處在陰天或夜晚打雷閃電時:在大環(huán)102里鑲嵌每個光敏二極管VDlOl?VD172中，由于閃電產(chǎn)生的長指針115閃電陰影遮蓋了某個光敏二極管，這個光敏二極管處在高電平時，大環(huán)102的其它光敏二極管處在低電平。同時，長指針115端口的光敏二極管VD177和短指針113端口的光敏二極管VD178分別處于一個低電平和一個高電平。但是，由于采集時間在5秒內(nèi)多次測量，排除閃電等偶然因素的干擾，因此跟蹤定位信號在采集時間內(nèi)無法穩(wěn)定，則單片機(jī)87C51FB停止向方位驅(qū)動電機(jī)80和仰角驅(qū)動電機(jī)91發(fā)出同步驅(qū)動指令。
[0056](5)當(dāng)環(huán)針式傳感器163處在日出時:環(huán)針式傳感器163還停留在昨天日落時的方位。即大環(huán)102里鑲嵌每個光敏二極管VDlOl?VD172都處在高電平，長指針115端口的光敏二極管VD177處于高電平；短指針113端口的光敏二極管VD178處于低電平時。單片機(jī)87C51FB向方位驅(qū)動電機(jī)80發(fā)出逆時針轉(zhuǎn)180度角的指令。指令完成后。再根據(jù)大環(huán)102里鑲嵌的光敏二極管VDlOl?VD172中。某個光敏二極管被長指針115的陽光陰影遮蓋，這個光敏二極管處在高電平時，將跟蹤定位信號傳到單片機(jī)87C51FB，單片機(jī)87C51FB再向方位驅(qū)動電機(jī)80和仰角驅(qū)動電機(jī)91發(fā)出同步驅(qū)動指令。此時，整體系統(tǒng)開始一天的太陽方位和仰角跟蹤，每隔20分鐘自動采集跟蹤和驅(qū)動一次。
[0057](6)當(dāng)環(huán)針式傳感器163處在特殊的天氣時:例如日出I小時后，突然天氣陰天下雨，但是，在下午17點時晴天日出，環(huán)針式傳感器163還停留在日出I小時的方位上。即大環(huán)102里鑲嵌每個光敏二極管VDlOl?VD172都處在高電平。同樣，長指針115端口的光敏二極管VD177處于高電平，短指針113端口的光敏二極管VD178處于低電平時。單片機(jī)87C51FB向方位驅(qū)動電機(jī)80發(fā)出逆時針驅(qū)動轉(zhuǎn)180度角的指令。很快方位驅(qū)動就到達(dá)驅(qū)動范圍的起點，即方位驅(qū)動到達(dá)10度點，這時制動擋片94進(jìn)入到方位起點制動裝置83的光電耦合傳感器的狹縫內(nèi)，使VD179和TVD179之間的光電耦合中斷，單片機(jī)87C51FB發(fā)出驅(qū)動立即停止指令，并沿順時針方向驅(qū)動方位轉(zhuǎn)260度角，此時方位指向正西(即此點方位為270度)。下一步再根據(jù)大環(huán)102環(huán)針式傳感器163提供的跟蹤方位和仰角信息，進(jìn)行高精度的太陽跟蹤和驅(qū)動。
[0058]實施例2方位和仰角的跟蹤和驅(qū)動
[0059]根據(jù)我國所處的北半球地理位置，特別是每年5至8月份日照時間最長，也是太陽能發(fā)電的黃金季節(jié)。在高緯度地區(qū)，日照時間每天遠(yuǎn)大于12個小時，也就是太陽的運(yùn)行軌跡的方位是遠(yuǎn)大于180度；在北回歸線以南的低緯度地區(qū)，仰角運(yùn)行軌跡超過90度；在高山上，仰角低于零度(水平面為零度)?！颈尘凹夹g(shù)】方位和仰角驅(qū)動的技術(shù)指標(biāo)都不能同時達(dá)到高緯度、低緯度和高山地區(qū)的需求。
[0060]如圖8、9、10所示，方位驅(qū)動電機(jī)80的驅(qū)動范圍由【背景技術(shù)】的180度，本發(fā)明擴(kuò)大為340度(在電動方位機(jī)械部分中將【背景技術(shù)】的180度弧的半環(huán)齒條87改為340度弧的半環(huán)齒條87);并對方位制動裝置83(圖4中的方位起、止點傳感器是方位制動裝置83的主要部件，方位起、止點傳感器就是下述的由發(fā)光二極管和光敏二極管組成。如圖5所示，即起點傳感器由TVD179和VD179組成的光電耦合傳感器；止點傳感器由TVD180和VD180組成的光電耦合傳感器)的安裝位置進(jìn)行了擴(kuò)行程的變動，方位制動裝置83與基座75相連接，并用螺栓100固定。仰角驅(qū)動電機(jī)91驅(qū)動范圍(以水平面為O度角)由【背景技術(shù)】的O?90度，本發(fā)明擴(kuò)大為-5?+120度。并對仰角制動裝置70的安裝位置進(jìn)行了擴(kuò)行程的變動；完全達(dá)到我國各地區(qū)不同緯度的需求。
[0061]如圖10、11、12所示，在方位和仰角驅(qū)動裝置的外殼的水平面上，安裝有方位和仰角驅(qū)動的防水電纜輸入插座97和一個指南針99 ;增加手動方位蝸輪蝸桿57裝置，其中56為軸承滾珠，用于方位跟蹤范圍的中間值180度刻度點96的定位指向正南方。在到達(dá)新的駐地安裝本發(fā)明的太陽能電池環(huán)針式陽光跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)時，首先，根據(jù)驅(qū)動裝置外殼上的指南針99，轉(zhuǎn)動手動方位蝸輪蝸桿57，將方位驅(qū)動范圍的中間值180度刻度點96對準(zhǔn)正南方。
[0062]如圖9所示，本發(fā)明方位跟蹤范圍在10?350度。以電動方位機(jī)械部分中的半環(huán)齒條87的圓心為起點，沿仰角傳動桿71的射線為O度角時，方位起、止點制動傳感器的起點和止點的位置分別在10度角和350度角的半環(huán)齒條87外側(cè)。在方位跟蹤范圍的起、止點位置分別設(shè)計安裝了光敏二極管VD179和VD180，與之對應(yīng)的發(fā)光二極管TVD179和TVD180,形成光電耦合傳感器，安裝發(fā)光二極管TVD179和光敏二極管VD179，兩個二極管同軸相對安裝，在兩個二極管中間有一條狹縫，制動擋片94可進(jìn)入其狹縫內(nèi)。起、止點的設(shè)立能夠防止太陽能電池板輸出電纜、傳感器信號電纜和方位、仰角驅(qū)動電纜在方位轉(zhuǎn)動范圍超過10度或350度時出現(xiàn)的電纜纏繞及拉斷問題。當(dāng)制動擋片94進(jìn)入到TVD179和VD179的狹縫內(nèi)時，發(fā)光二極管TVD179和光敏二極管VD179之間的耦合光線被制動擋片94擋住，此時光敏二極管VD179為截止?fàn)顟B(tài)，光敏二極管VD179內(nèi)阻無窮大，于是光敏二極管VD179和電阻R79中間端的電壓為高電平，高電平狀態(tài)輸入到鎖存器的輸入端7D，單片機(jī)發(fā)出驅(qū)動立即停止指令，并沿順時針方向驅(qū)動電動方位機(jī)械部分轉(zhuǎn)260度角，此時方位指向正西(即此點方位為270度)。下一步再根據(jù)大環(huán)傳感器提供的方位和仰角跟蹤信息，進(jìn)行高精度的太陽跟蹤。將跟蹤定位信號傳到單片機(jī)，單片機(jī)再向方位驅(qū)動電機(jī)80和仰角驅(qū)動電機(jī)91發(fā)出同步驅(qū)動指令。止點上安裝一個發(fā)光二極管TVD180和一個光敏二極管VD180，兩個二極管同軸相對安裝，在兩個二極管中間有一個狹縫，制動擋片可進(jìn)入其狹縫內(nèi)。當(dāng)制動擋片進(jìn)入到發(fā)光二極管TVD180和光敏二極管VD180之間的狹縫內(nèi)時，發(fā)光二極管TVD180和光敏二極管VD180之間被制動擋片94擋住，此時光敏二極管VD180為截止?fàn)顟B(tài)，光敏二極管VD180內(nèi)阻無窮大，于是光敏二極管VD180和電阻R80的中間端電壓為高電平，高電平狀態(tài)輸入到鎖存器的輸入端8D，單片機(jī)發(fā)出驅(qū)動立即停止指令，并沿逆時針方向驅(qū)動電動方位機(jī)械部分轉(zhuǎn)260度角，此時方位指向正東(即此點方位為90度)。下一步再根據(jù)大環(huán)傳感器提供的方位和仰角跟蹤信息，進(jìn)行高精度的太陽跟蹤。將跟蹤定位信號傳到單片機(jī)，單片機(jī)再向方位驅(qū)動電機(jī)80和仰角驅(qū)動電機(jī)91發(fā)出驅(qū)動指令。
[0063]電動仰角機(jī)械部分的仰角制動裝置70，由仰角制動檔板和仰角傳動桿71組成；仰角制動檔板有兩塊，之間夾角125度，限制仰角傳動桿71的行程在兩仰角制動檔板中間；仰角傳動桿71端頭垂直裝有方位和仰角驅(qū)動固定板72。仰角跟蹤驅(qū)動范圍是在-5?+120度(以水平面為O度角)。環(huán)針式傳感器的陽光跟蹤和驅(qū)動控制工作時間可達(dá)到18個小時，但【背景技術(shù)】中，蜂窩式傳感器的陽光跟蹤和驅(qū)動控制工作時間只能在12個小時之內(nèi)。本發(fā)明方位、仰角跟蹤和驅(qū)動范圍完全覆蓋太陽的運(yùn)行軌跡，并具有重量輕、體積小、受風(fēng)阻力小和結(jié)構(gòu)簡單等特點。
[0064]為減輕仰角驅(qū)動電機(jī)91的負(fù)載，本發(fā)明在仰角大齒輪77上的仰角傳動桿71的對稱處增加了配重塊98的安裝，見圖8、9。因此，方位驅(qū)動電機(jī)80和仰角驅(qū)動電機(jī)91的安裝布局都進(jìn)行了變動，如圖9所示。
[0065]其它的實施方案與【背景技術(shù)】相同，在此省略。
[0066]實施例3太陽能電池板及支架
[0067]如圖13、14、15、16所示，太陽能電池板121具有以下特征:太陽能電池板121設(shè)計成折疊箱132式，便于攜帶及安裝。折疊箱132的外殼131為鋁合金材料，具有質(zhì)量輕和強(qiáng)度高的特點。在太陽能電池板121的外殼131安裝有連接插件128，連接插件128用鉚釘129與外殼131固定，便于和支架145的連接及固定，參見圖14、圖16。在太陽能電池板121的外框124上鑲嵌橡膠條123，使折疊箱132在汽車運(yùn)輸途中，能有效防止太陽能電池板121的震動和破碎。并在折疊箱132的外殼131上，每塊太陽能電池板121的背面安裝四個比較硬的橡膠圓柱130。防止連接插件128及太陽能電池板121的外殼131損壞。在每塊太陽能電池板121的外框124底側(cè)面，裝有太陽能電池板121的防水電纜電源輸出插座122。另外，折疊箱132的外殼131上安裝兩個鎖扣125，在折疊箱132的外殼131上安裝折疊箱132的提手126，每個折疊箱132的兩塊太陽能電池板121之間用折頁127連接。
[0068]如圖16所示，支架145采用高強(qiáng)度的鋼板制成，為減輕支架145的重量，支架145設(shè)計為“出”字形。在支架145拆卸不用時，為減小支架145的體積、解決安裝和搬運(yùn)問題，支架145設(shè)計成折疊式，支架與太陽能電池板121的外殼131連接，并用螺栓142固定。支架145的中間用折頁144連接，在折頁144的周圍有六個螺孔143，螺孔143用于同方位和仰角驅(qū)動固定板72上的螺孔85相對接并用螺絲緊固。
[0069]實施例4車載連接結(jié)構(gòu)及安裝、調(diào)試和發(fā)電
[0070]圖17、18、19分別給出一種在停車時開啟后備箱的太陽能電池工作狀態(tài)、一種在停車時關(guān)閉后備箱的太陽能電池工作狀態(tài)和在行車時的放置狀態(tài)。
[0071]本發(fā)明在汽車泊車開啟后備箱時，太陽能電池進(jìn)入發(fā)電工作狀態(tài):如圖17所示，本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)位于車輛的后側(cè)159，與車輛有三點連接，分別位于車梁后部卡扣154連接、后門框右底部軸151連接和后門框右上部折頁152連接，卡扣開啟手柄150與車梁后部卡扣154構(gòu)成鎖扣連接。當(dāng)太陽能電池發(fā)電工作時，不影響汽車后門161的開啟使用。
[0072]整體安裝調(diào)試的過程和所處狀態(tài)如下:首先，扳動車梁后部卡扣154的開啟手柄150，在液壓桿165的作用下，將該裝置沿水平向右側(cè)拉開。后門161在后門兩側(cè)的液壓桿153的助力下，可順利向上開啟。從后備箱158中取出兩個太陽能折疊箱132、一個折疊支架145及傳感器163。根據(jù)指南針99方位信息，轉(zhuǎn)動手動方位蝸輪蝸桿57裝置，將方位驅(qū)動范圍的中間值180度刻度點96對準(zhǔn)正南方。將折疊支架145展開，在折頁144的周圍有六個螺孔143，螺孔143用于同方位和仰角驅(qū)動固定板72上的螺孔85相對接，并用螺絲固定。將其中一個太陽能折疊箱132展開，通過連接插件128與支架145的下部連接，并旋緊固定螺絲142 ;再將另一個太陽能折疊箱132展開，通過連接插件128與支架145的上部連接，再旋緊固定螺絲142。通過連接件108將傳感器163和太陽能電池板121連接為一體。傳感器163連接安裝在太陽能電池板121左下部，連接件用螺絲109固定。
[0073]車后保險杠上部裝有組合插座155，組合插座155外側(cè)有防水蓋160，在行車或不發(fā)電時蓋上防水蓋160,可防水和防塵。組合插座155包括傳感器163的信號防水電纜相連接的輸入插座；與方位和仰角驅(qū)動裝置外殼86的驅(qū)動相連接的防水電纜插座；四塊太陽能電池板121的電源防水電纜相連接的輸入插座；通過蓄電池和電源逆變器輸出的220伏交流電源輸出插座。
[0074]將傳感器163的信號防水電纜的上端與傳感器插座117連接并旋緊固定，下端與車后保險杠上部的信號防水電纜組合插座155連接并旋緊固定；將方位和仰角驅(qū)動裝置外殼86的驅(qū)動連接防水電纜的上端與方位和仰角驅(qū)動裝置外殼86的上部連接插座97連接并旋緊固定，下端與車后保險杠上部的驅(qū)動連接防水電纜組合插座155連接，并旋緊固定；將四根電源連接防水電纜的上端分別于四塊太陽能電池板121輸出插座122連接，并旋緊固定，下端與車后保險杠上部的電源防水電纜輸入組合插座155連接，并旋緊固定；將蓄電池通過逆變器的輸出220伏交流電源通過車后保險杠上部的組合插座155連接交流電輸出電纜接到帳篷內(nèi)。調(diào)整手動方位蝸輪蝸桿57裝置，將方位驅(qū)動范圍的中間值180度刻度點96的定位指向正南方；旋轉(zhuǎn)蝸輪蝸桿提升裝置156手柄，提升裝置使連接柱的絲杠157不斷提升方位和仰角驅(qū)動裝置，使太陽能電池板121的底邊略高于車輛頂部最高處，并鎖住蝸輪蝸桿提升裝置156手柄。打開車內(nèi)單片機(jī)87C51FB的電源，使整個系統(tǒng)進(jìn)入自動跟蹤和驅(qū)動發(fā)電工作狀態(tài)。
[0075]本發(fā)明在汽車泊車關(guān)閉后備箱時，如圖18所示，安裝和調(diào)試階段與開啟后備箱時太陽能電池發(fā)電的安裝和調(diào)試一致。只是在安裝和調(diào)試工作完成后，整個發(fā)電系統(tǒng)恢復(fù)到三點固定(車梁后部卡扣154、后門框右底部軸151和后門框右上部折頁152)，車梁后部卡扣154與扳手150鎖死。需要重新調(diào)整手動方位蝸輪蝸桿57裝置，用于方位驅(qū)動范圍的中間值180度刻度點96的定位指向正南方。
[0076]本發(fā)明在車輛行駛時，如圖19所示，通過旋轉(zhuǎn)蝸輪蝸桿提升裝置156手柄，使方位和仰角驅(qū)動裝置降低。拆除所有連接電纜，旋松固定螺絲，將傳感器163與太陽能電池板121分開。將兩塊太陽能電池板121折疊成箱132，并將鎖扣125鎖死。卸下支架145并折疊，然后一同將它們裝入后備箱158。檢查車梁后部卡扣154和扳手150鎖死。在車輛行駛時，連接柱172位于車后方偏右位置，連接柱172的位置既不妨礙看車牌170的視角，也不影響尾燈171所發(fā)出的光線。
【權(quán)利要求】
1.一種車載太陽能電池環(huán)針式陽光跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)包括太陽能電池板、鎖存器、譯碼器、單片機(jī)、方位和仰角驅(qū)動裝置，所述的方位和仰角驅(qū)動裝置，由方位驅(qū)動電機(jī)和仰角驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動電路、電動方位機(jī)械部分、電動仰角機(jī)械部分構(gòu)成；其特征是，結(jié)構(gòu)還有環(huán)針式傳感器(163);由環(huán)針式傳感器(163)獲得的太陽光信息經(jīng)鎖存器，再經(jīng)譯碼器選通輸入給單片機(jī)，由單片機(jī)控制方位和仰角驅(qū)動裝置，使太陽能電池板跟蹤太陽光提供電能； 所述的環(huán)針式傳感器(163)，由大環(huán)傳感器、小環(huán)傳感器、長針傳感器和短針傳感器構(gòu)成；在平面板(101)上用光敏二極管圍成一個大環(huán)(102)，各相鄰光敏二極管之間用隔板(104)分開；在大環(huán)(102)內(nèi)用光敏二極管圍成一個同心的小環(huán)(105)，各相鄰光敏二極管之間用隔板(104)分開；在平面板(101)的正面大環(huán)(102)圓心處垂直固定有一個長指針(115)，長指針(115)外端頭裝有一個光敏二極管；在平面板(101)的背面大環(huán)(102)圓心處垂直固定有一個短指針(113)，短指針(113)外端頭裝有一個光敏二極管；通過連接件(108)將環(huán)針式傳感器平面板(101)和太陽能電池板外殼(131)連接為一體，在平面板(101)背面裝有信號電纜輸出插座(117)，電纜輸出插座(117)分別與光敏二極管電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載太陽能電池環(huán)針式陽光跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)，其特征是，其中的電動方位機(jī)械部分的半環(huán)齒條(87)的弧度為340度； 其中的電動方位機(jī)械部分的方位制動裝置(83)，由方位起、止點傳感器和制動檔片(94)構(gòu)成；方位起點傳感器由同軸相對安裝發(fā)光二極管(TVD179)和光敏二極管(VD179)組成，發(fā)光二極管(TVD179)和光敏二極管(VD179)中間有狹縫；方位止點傳感器由同軸相對安裝發(fā)光二極管(TVD180)和光敏二極管(VD180)組成，發(fā)光二極管(TVD180)和光敏二極管(VD180)中間有狹縫；以電動方位機(jī)械部分中的半環(huán)齒條(87)的圓心為起點，沿仰角傳動桿(71)的射線為O度角時，方位起、止點的制動傳感器的起點和終點的位置分別在10度角和350度角的半環(huán)齒條(87)外側(cè)；制動檔片(94)到達(dá)起點時，剛好到達(dá)發(fā)光二極管(TVD179)和光敏二極管(VD179)中間的狹縫，使發(fā)光二極管(TVD179)和光敏二極管(VD179)之間的光電耦合中斷；制動檔片(94)到達(dá)終點時，剛好到達(dá)發(fā)光二極管(TVD180)和光敏二極管(VD180 )中間的狹縫，使發(fā)光二極管(TVD180 )和光敏二極管(VD180 )之間的光電耦合中斷； 其中的電動仰角機(jī)械部分的仰角制動裝置(70)，由仰角制動檔板和仰角傳動桿(71)組成；仰角制動檔板有兩塊，之間夾角125度，限制仰角傳動桿(71)的行程在兩仰角制動檔板中間；仰角傳動桿(71)端頭垂直裝有方位和仰角驅(qū)動固定板(72)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車載太陽能電池環(huán)針式陽光跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)，其特征是，所述的大環(huán)(102)，由72個光敏二極管(VD101~VD172)排列構(gòu)成，則太陽光線定位精度為5度，使單片機(jī)每20分鐘發(fā)出一次采集的定位信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車載太陽能電池環(huán)針式陽光跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)，其特征是，所述的長指針(115)和短指針(113)，制作成細(xì)管狀；長指針(115)端頭的光敏二極管(VD177)和短指針(113)端頭的光敏二極管(VD178)的前端分別用半球形玻璃(119)封閉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車載太陽能電池環(huán)針式陽光跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)，其特征是，在方位和仰角驅(qū)動裝置外殼(86)上，安裝有方位仰角驅(qū)動的電纜輸入插座(97)、指南針(99)、手動方位蝸輪蝸桿(57)，在方位和仰角驅(qū)動裝置下方的絲杠(157)上端安裝基座(75)，在絲杠(157)與基座(75)間裝有軸承滾珠(56)，操縱手動方位蝸輪蝸桿(57)能使基座(75)水平轉(zhuǎn)動，用于方位跟蹤范圍的中間值180度的刻度點(96)定位指向正南。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車載太陽能電池環(huán)針式陽光跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)，其特征是，在仰角大齒輪(77)上，與仰角傳`動桿(71)的承重對稱位置安裝配重塊(98)。
【文檔編號】G05D3/12GK103676978SQ201410006971
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】裴凱, 姚斌, 丁戰(zhàn)輝, 李永峰, 裴力 申請人:吉林大學(xué)