專利名稱：一種雙軸高精度太陽追蹤電機控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽方位的測量，特別涉及一種用于高精度太陽追蹤裝置。
背景技術(shù)：
世界的能源體系基本是以石油、煤礦和天然氣為主，這些都屬于非可再生資源。隨著人類的發(fā)展和社會的進步對能源的依賴性在逐漸的增強，其中石油尤為明顯。20世紀50年代以后，由于石油危機的爆發(fā)，對世界經(jīng)濟造成巨大影響，國際輿論開始關(guān)注起世界“能源危機”問題。許多人甚至預言世界石油資源將要枯竭，能源危機將是不可避免的。如果不作出重大努力去利用和開發(fā)新的能源，那么人類在不久的未來將會面臨能源短缺的嚴重問題。新能源同時要符合兩個條件一是蘊藏豐富不會枯竭；二是安全、干凈，不會威脅人類和破壞環(huán)境。
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太陽能是最理想的新能源。照射在地球上的太陽能非常巨大，大約40分鐘照射在地球上的太陽能，便足以供全球人類一年能量的消費?？梢哉f，太陽能是真正的取之不盡、用之不竭的能源。而且太陽能絕對干凈，不產(chǎn)生公害。所以太陽能被譽為是理想的能源。然而太陽能也存在著間歇性、光照方向和強度隨時間不斷變化的問題，這就對太陽能的收集和利用提出了更高的要求。目前很多的太陽能設(shè)備基本上都是固定的，沒有充分利用太陽能資源，利用效率低下。以太陽能光伏發(fā)電為例，相同條件下自動追蹤發(fā)電設(shè)備要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量提高35%以上，成本下降25%，因此在太陽能利用中，進行跟蹤是很有必要的。同時隨著國家對太陽能利用的大力推廣和支持，太陽能的利用在逐漸變的廣泛起來，有太陽能灶、太陽能熱水器、太陽能窗戶遮陽、太陽能采暖、太陽能熱發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電
坐坐寸寸ο在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題現(xiàn)有技術(shù)中還沒有一種通用型高跟蹤精度、高效率的雙軸跟蹤控制器，可以有效提高太陽能設(shè)備的太陽能利用率，減小對非可再生能源的依賴程度迫切需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種雙軸高精度太陽追蹤電機控制器，能適應具體使用環(huán)境要求提高太陽能的利用率。為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采取的技術(shù)方案是—種雙軸高精度太陽追蹤電機控制器，包括電源接口、單片機和電路板，所述電路板上設(shè)有光敏傳感器和4個繼電器，所述光敏傳感器位于所述繼電器四周，所述繼電器位于所述電路板的上方，所述光敏傳感器位于所述電路板的下方，所述電路板上設(shè)有透光孔，所述光敏傳感器感光面朝上，所述光敏傳感器通過所述透光孔能接收到太陽光，所述電源接口通過電源轉(zhuǎn)換電路連接單片機，所述單片機接收光敏傳感器的信號后發(fā)送控制信號給相應的繼電器，所述繼電器接收控制信號后使電機發(fā)生停止或左、右、俯、仰運轉(zhuǎn)。進一步地，還包括無線接收模塊及遙控器，所述無線遙控接收模塊用于接收遙控器的信號發(fā)送給單片機。所述無線接收接收模塊為射頻遙控模塊，所述遙控器為射頻遙控器。所述繼電器為單刀雙擲繼電器。所述電機為12V直流電機，所述電機包括左右電機和俯仰電機，所述左右電機用于接收繼電器的輸出后進行左、右或停止運轉(zhuǎn)，所述俯仰電機用于接收繼電器的輸出后進行俯、仰或停止運轉(zhuǎn)。所述光敏傳感器是光敏電阻、光敏二極管或者光敏三極管。所述光敏傳感器為6個，每一個光敏傳感器對應一個透光孔，所述光敏傳感器的透光孔分布在繼電器的周圍，相鄰繼電器之間的間距在O. 5-1. 5mm，所述4個繼電器呈“T”字形分布。所述透光孔直徑為2. 4_，所述透光孔位置貼于繼電器的中部邊緣?！け景l(fā)明實施例提供的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明是基于太陽光線的直線傳播和光電效應原理測量太陽方位的儀器，能實現(xiàn)太陽的自動追蹤，并且能手動遙控操作，自動追蹤精度在3°以內(nèi)，保證了最大效率的太陽能利用。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面所列附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是發(fā)明實施例提供的一種雙軸高精度太陽追蹤電機控制器的控制原理圖；圖2是發(fā)明實施例提供的所述控制器的光線感應原理圖；圖3是發(fā)明實施例提供的一種雙軸高精度太陽追蹤電機控制器的電路板結(jié)構(gòu)簡圖。圖中1代表光線,2代表電路板上的繼電器,3代表電路板,4是光敏兀件。附圖中，各標號所代表的組件列表如下I.電源接口，2.單片機，3.電路板，4.光敏傳感器，5.繼電器，6.電機，7.射頻遙控接收模塊，8.光線，9電源轉(zhuǎn)換電路。Dl左側(cè)光強檢測傳感器，D2右側(cè)光強檢測傳感器，D3左右方向矯正光強檢測傳感器，D4上方光強檢測傳感器，D5下面光強檢測傳感器，D6俯仰方向矯正光強檢測傳感器，K1、K2左右電機控制繼電器，K3、K4俯仰電機控制繼電器。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。參見圖I和圖2，一種雙軸高精度太陽追蹤電機控制器，包括電源接口 I和單片機2和電路板3，電路板3上設(shè)有光敏傳感器4和4個繼電器5，光敏傳感器4緊靠在繼電器5四周，繼電器5位于電路板3的上方,光敏傳感器4位于電路板3的下方，電路板3上設(shè)有透光孔，光敏傳感器4感光面朝上，光敏傳感器4通過所述透光孔能接收到太陽光，電源接口 I通過電源轉(zhuǎn)換電路9連接單片機2，單片機2接收光敏傳感器4的信號后發(fā)送控制信號給相應的繼電器5，繼電器5接收控制信號后使電機6發(fā)生停止或左、右、俯、仰運轉(zhuǎn)。本發(fā)明通過控制電機的左、右、俯、仰運轉(zhuǎn)，使電機帶動其上的反光板和電池板能自動追蹤太陽,保證太陽能的最大利用率。為了實現(xiàn)自動遙控，本發(fā)明還包括無線接收模塊及遙控器，無線接收模塊優(yōu)選射頻遙控接收模塊7，遙控器優(yōu)選射頻遙控器，射頻遙控接收模塊7用于接收射頻遙控器的信號發(fā)送給單片機2。本發(fā)明用戶遙控控制功能是由通用的四鍵射頻遙控器實現(xiàn)的，首先拿到一個控制器時任意按下某個按鍵保持5s，遙控器可以自適應并記憶無線遙控碼，單片機通過檢測遙控器的地址碼判斷遙控器的編碼方式，并記憶這個遙控器的地址碼到存儲器，遙控器的四個按鍵其中作用分別是遙控啟用/結(jié)束、方向控制、左/上、右/下。本發(fā)明可實現(xiàn)用戶的無線遙控控制并可以實現(xiàn)自動歸位。作為優(yōu)選，繼電器5為單刀雙擲繼電器?！ぷ鳛閮?yōu)選，電機6為12V直流電機。所述電機為12V直流電機，所述電機包括左右電機和俯仰電機，所述左右電機用于接收繼電器的輸出后進行左、右或停止運轉(zhuǎn)，所述俯仰電機用于接收繼電器的輸出后進行俯、仰或停止運轉(zhuǎn)。在有光的條件下可以改變自身的導電性能，光敏傳感器可以選擇光敏電阻、光敏
二極管或者光敏三極管。參見圖3，作為優(yōu)選，光敏傳感器4為6個，每一個光敏傳感器對應一個透光孔，光敏傳感器4的透光孔分布在4個繼電器5的周圍，相鄰繼電器5之間的間距在I. 0-1. 5mm,4個繼電器5呈“T”字形分布。透光孔直徑為2. 4_，所述透光孔位置貼于繼電器的中部邊緣。即左電機控制繼電器Kl兩側(cè)的中部邊緣設(shè)有左側(cè)光強檢測傳感器Dl和左右方向矯正光強檢測傳感器D3，俯仰電機控制繼電器K3、K4兩側(cè)的中部邊緣設(shè)有下面光強檢測傳感器D5和上方光強檢測傳感器D4,兩者的中間設(shè)有俯仰方向矯正光強檢測傳感器D6,右側(cè)光強檢測傳感器D2設(shè)置在仰電機控制繼電器K4右側(cè)的邊緣。本發(fā)明的控制原理參見圖3，電源由外部提供，經(jīng)過電源轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為本發(fā)明的控制器需要的直流電壓；單片機通過控制2個單刀雙擲繼電器，即左右電機控制繼電器K1、K2，實現(xiàn)了左右電機的電源控制，包括左右電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，左側(cè)光強檢測傳感器D1、右側(cè)光強檢測傳感器D2、左右方向矯正光強檢測傳感器D3均位于左電機控制繼電器Kl、右電機控制繼電器K2和仰電機控制繼電器K4的邊緣，左側(cè)光強檢測傳感器Dl位于左電機控制繼電器Kl的左側(cè)，右側(cè)光強檢測傳感器D2位于右電機控制繼電器K2的右側(cè)，左右方向矯正光強檢測傳感器D3位于左電機控制繼電器Kl和右電機控制繼電器K2之間，這樣的位置關(guān)系能保證當太陽偏移時對太陽的追蹤精度和太陽能的最大利用率。單片機通過控制另外2個單刀雙擲繼電器，即俯仰電機控制繼電器K3、K4，實現(xiàn)了俯仰電機的電源控制，兩組同樣的電路實現(xiàn)左右和俯仰的追蹤；6個光敏傳感器模塊分別緊靠在4個繼電器的周圍，依靠繼電器的高度來遮擋太陽的光線，橫向有3個光敏傳感器，分別為左側(cè)光強檢測傳感器D1、右側(cè)光強檢測傳感器D2、左右方向矯正光強檢測傳感器D3，橫向的光敏傳感器為左右電機的控制提供感測信號。縱向有3個光敏傳感器，分別為上方光強檢測傳感器D4、下面光強檢測傳感器D5和俯仰方向矯正光強檢測傳感器D6,縱向的光敏傳感器為俯仰電機的控制提供感測信號。在橫向上，當光線均射到光敏傳感器上時，單片機通過AD采集到的數(shù)據(jù)也基本一致并判斷此時已經(jīng)正對太陽同時切斷電機的電源，這時電機處于停止狀態(tài)，隨著太陽的偏移，靠近太陽一邊的光敏傳感器，如左側(cè)光強檢測傳感器Dl，左側(cè)光強檢測傳感器Dl光強逐漸增強而中間的左右方向矯正光強檢測傳感器D3和另一邊的右側(cè)光強檢測傳感器D2光強逐漸減弱，當兩個光敏傳感器，即左側(cè)光強檢測傳感器Dl和右側(cè)光強檢測傳感器D2)的光強差值大到一定的閥值，閾值一般為60個AD (模擬數(shù)字信號)值，IAD值約為5mv,單片機發(fā)送控制信號給繼電器使電機向光強的那一邊轉(zhuǎn)動，直到與另一邊的光強接近一致時停止，在縱向上原理與橫向上的一致，只是方向改為俯仰方式。在第二天黎明之前，單片機判斷此時的六個光強AD值都小于100個AD值時,延遲10分鐘后,單片機發(fā)送控制信號給左右電機,使電機根據(jù)一天中總的轉(zhuǎn)動的時間從現(xiàn)在的位置反轉(zhuǎn)回初始的位置，以便第二天早上能正好對準太陽升起的方向。根據(jù)用戶的需要可以遙控俯仰 和左右追蹤，并且遙控于自動追蹤可以由用戶遙控切換，本裝置中的遙控接收模塊實現(xiàn)了此控制功能，為了方便用戶的遙控器配置，本裝置中還設(shè)置了自動學碼的功能，常用的射頻遙控器都可以實現(xiàn)遙控控制功能。本發(fā)明太陽位置測量根據(jù)太陽光線沿直線傳播原理，根據(jù)影的位置映射出太陽的方位。太陽光線的影是依靠電機控制繼電器的側(cè)立面與光線之間的夾角形成的，具體地，參見圖2和圖3，在左右方向上，當光線8與控制器有個很小的夾角時，此時太陽光照射在左側(cè)光強檢測傳感器Dl上，而右側(cè)光強檢測傳感器D2、左右方向矯正光強檢測傳感器D3會被繼電器的側(cè)面遮擋住太陽光線，這樣單片機經(jīng)過信號處理與分析判斷此時的太陽位置偏左，然后發(fā)送驅(qū)動信號給控制繼電器，使設(shè)備向左偏轉(zhuǎn)，當左側(cè)光強檢測傳感器D1、右側(cè)光強檢測傳感器D2、左右方向矯正光強檢測傳感器D3正對太陽時，此刻射在三個光敏傳感器上的光強度相同，單片機發(fā)送控制信號停止左右轉(zhuǎn)動；同理，俯仰方向上的左右轉(zhuǎn)動控制與左右方向的控制相同，只是方向的區(qū)別；在俯仰方向上，當光線8與控制器有個很小的夾角時，此時太陽光照射在上方光強檢測傳感器D4上，而下面光強檢測傳感器D5、俯仰方向矯正光強檢測傳感器D6會被繼電器的側(cè)面遮擋住太陽光線，這樣單片機經(jīng)過信號處理與分析判斷此時的太陽位置偏上，然后發(fā)送驅(qū)動信號給控制繼電器，使設(shè)備向上偏轉(zhuǎn)，當上方光強檢測傳感器D4、下面光強檢測傳感器D5、俯仰方向矯正光強檢測傳感器D6正對太陽時，此刻射在三個光敏傳感器上的光強度相同，單片機發(fā)送控制信號停止左右轉(zhuǎn)動。在夜間，控制器上的光敏傳感器感應的光強度AD接近零，隨著黎明的逐漸來臨，光強度逐漸增加，在一定的時間內(nèi)增加到一定的閥值(一般設(shè)定為100個AD值)，單片機判斷此刻為早上來臨，并驅(qū)動左右電機向右轉(zhuǎn)動，同時開啟自動追蹤控制，實現(xiàn)一天的自動跟蹤。本發(fā)明是基于太陽光線的直線傳播和光電效應原理測量太陽方位的儀器，能實現(xiàn)太陽的自動追蹤，追蹤精度在3°以內(nèi)，保證了最大效率的太陽能利用。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙軸高精度太陽追蹤電機控制器，其特征在于，包括電源接口、單片機和電路板，所述電路板上設(shè)有光敏傳感器和4個繼電器，所述光敏傳感器位于所述繼電器四周，所述繼電器位于所述電路板的上方，所述光敏傳感器位于所述電路板的下方，所述電路板上設(shè)有透光孔，所述光敏傳感器感光面朝上，所述光敏傳感器通過所述透光孔能接收到太陽光，所述電源接口通過電源轉(zhuǎn)換電路連接單片機，所述單片機接收光敏傳感器的信號后發(fā)送控制信號給相應的繼電器，所述繼電器接收控制信號后使電機發(fā)生停止或左、右、俯、仰運轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙軸高精度太陽追蹤電機控制器，其特征在于，還包括無線接收模塊及遙控器，所述無線遙控接收模塊用于接收遙控器的信號發(fā)送給單片機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙軸高精度太陽追蹤電機控制器，其特征在于，所述無線接收接收模塊為射頻遙控模塊，所述遙控器為射頻遙控器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙軸高精度太陽追蹤電機控制器，其特征在于，所述繼電器為單刀雙擲繼電器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙軸高精度太陽追蹤電機控制器，其特征在于，所述電機為12V直流電機,所述電機包括左右電機和俯仰電機,所述左右電機用于接收繼電器的輸出后進行左、右或停止運轉(zhuǎn)，所述俯仰電機用于接收繼電器的輸出后進行俯、仰或停止運轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙軸高精度太陽追蹤電機控制器，其特征在于，所述光敏傳感器是光敏電阻、光敏二極管或者光敏三極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的雙軸高精度太陽追蹤電機控制器，其特征在于，所述光敏傳感器為6個，每一個光敏傳感器對應一個透光孔，所述光敏傳感器的透光孔分布在繼電器的周圍，相鄰繼電器之間的間距在I. 0-1. 5mm，所述4個繼電器呈“T”字形分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙軸高精度太陽追蹤電機控制器，其特征在于，所述透光孔直徑為2. 4_，所述透光孔位置貼于繼電器的中部邊緣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙軸高精度太陽追蹤電機控制器，包括電源接口、單片機和電路板，電路板上設(shè)有光敏傳感器和4個繼電器，光敏傳感器位于繼電器四周，繼電器位于電路板的上方，光敏傳感器位于電路板的下方，電路板上設(shè)有透光孔，光敏傳感器感光面朝上，光敏傳感器通過透光孔能接收到太陽光，電源接口通過電源轉(zhuǎn)換電路連接單片機，所述單片機接收光敏傳感器的信號后發(fā)送控制信號給相應的繼電器，所述繼電器接收控制信號后使電機發(fā)生停止或左、右、俯、仰運轉(zhuǎn)。本發(fā)明是基于太陽光線的直線傳播和光電效應原理測量太陽方位的儀器，能實現(xiàn)太陽的自動追蹤，并且能手動遙控操作，自動追蹤精度在3°以內(nèi)，保證了最大效率的太陽能利用。
文檔編號G05D3/12GK102789239SQ20121027430
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者張文東, 惠連才, 李桂榮, 王國華, 程化喜, 賀勝民 申請人:皇明太陽能股份有限公司