專利名稱：光線自動(dòng)跟蹤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及一種光線自動(dòng)跟蹤裝置，依據(jù) 地理位置信息、當(dāng)?shù)貢r(shí)間值和可見光投影對(duì)可見光源位置進(jìn)行追蹤定位，獲取相應(yīng)位置信 肩、O
背景技術(shù)：
隨著人類工業(yè)社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，能源消耗在不斷加劇，人類對(duì)能源的依賴 也越來越大，目前能源問題已經(jīng)成為一個(gè)亟待解決的世界性問題。在能源供需矛盾日益突 出的今天，太陽能作為一種清潔無污染的可再生能源，被廣泛用于光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)。然而現(xiàn)有 的光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是將太陽能電池組件定向安裝，即太陽能電池板不能保持始終正對(duì)太 陽，故太陽能電池板不能充分的吸收太陽光并發(fā)揮太陽能電池的發(fā)電能力。實(shí)驗(yàn)表明太陽 的跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差35%，所以智能跟蹤太陽裝置的設(shè)計(jì)是解決太陽能利 用率低的一個(gè)重要途徑。此裝置可大大提高光伏組件的日平均發(fā)電量，并在提高太陽能發(fā) 電設(shè)備利用效率的同時(shí)降低發(fā)電成本。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述已有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種光線自動(dòng)跟蹤
直ο為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種光線自動(dòng)跟蹤裝置，包括高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、若干個(gè)光敏傳感器、運(yùn)算放大器、模 數(shù)轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)，其中所述的高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括固定底座和殼體，所述固定底座是一塊開有光敏傳 感器安裝孔的底板；所述的殼體上有一個(gè)透光孔，該透光孔上安裝有凸透鏡，保證所述固定 底座正中的光敏傳感器與殼體上的凸透鏡正對(duì)，所述的光敏傳感器產(chǎn)生的光電流，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后通過運(yùn)算放大電路放大，然 后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳給單片機(jī)。所述的光線自動(dòng)跟蹤裝置，包括風(fēng)力傳感器，用于感知外界環(huán)境的風(fēng)力強(qiáng)度。所述的光線自動(dòng)跟蹤裝置，還包括參照光敏傳感器和時(shí)鐘芯片，用于判斷白晝和 天氣陰晴情況。所述的固定底座上刻有刻度尺。所述的光線自動(dòng)跟蹤裝置，還包括數(shù)碼管，用于顯示各通道的電壓值和計(jì)算得到 的光線角度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果可以是本發(fā)明具有造價(jià)低廉，性能優(yōu)，精度高，適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)本裝置不但適用于 太陽軌跡跟蹤定位，也適用于其他發(fā)光物體軌跡跟蹤定位。


圖1是本發(fā)明光線自動(dòng)跟蹤裝置的透視圖。圖2a是本發(fā)明光線自動(dòng)跟蹤裝置的示意圖。圖2b是本發(fā)明光線自動(dòng)跟蹤裝置的底部示意圖。圖3是本發(fā)明光線自動(dòng)跟蹤裝置的原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但不應(yīng)以 此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。請(qǐng)參閱圖3。本發(fā)明光線自動(dòng)跟蹤裝置是一種太陽軌跡跟蹤定位裝置，此裝置主要 通過把特殊環(huán)境處理的光敏傳感器陣列獲取的光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再由比較所得電壓 信號(hào)，確定光線與太陽能電池架板夾角，再將計(jì)算所得角度信息傳遞到單片機(jī)，由單片機(jī)會(huì) 發(fā)出偏角信號(hào)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，直至陽光垂直照射在傳感器底板平面上。請(qǐng)參閱圖1和圖2a、圖2b。本發(fā)明裝置主要由高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、光敏傳感器、運(yùn)算放 大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、風(fēng)力傳感器、時(shí)鐘芯片、數(shù)碼管等部分組成。高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由光敏傳感器的固定底座2和高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的殼體1兩大主要部分 組成，其中固定底座是一塊開有光敏傳感器安裝孔的底板，光敏傳感器6按照光敏傳感器 固定底板上的孔排列方式進(jìn)行安裝，然后再把光敏傳感器的信號(hào)通過排線連接到單片機(jī)電 路板上。高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的殼體上有一個(gè)和光敏傳感器直徑相近的透光孔，孔上安裝有凸透 鏡3，太陽光通過這個(gè)孔上的凸透鏡進(jìn)入到高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)內(nèi)，照射到底板光敏傳感器上。在 高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體的內(nèi)壁上有螺紋，光敏傳感器固定底座的外壁上也有螺紋，通過旋轉(zhuǎn)高 度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以調(diào)節(jié)透光孔與固定板上光敏傳感器的距離及光斑的大小，從而達(dá)到調(diào)節(jié)傳 感器最大視角的效果，為了便于測(cè)量，光敏傳感器固定底座上刻有刻度尺4。光敏傳感器按照光敏傳感器固定底座上的光敏傳感器安裝孔排列順序進(jìn)行安裝， 其中必須保證正中的光敏傳感器與高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體上的凸透鏡安裝孔正對(duì)，待光敏傳感 器固定后，轉(zhuǎn)動(dòng)高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體，然后把高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過光敏傳感器固定底座上的螺 紋孔連接到底板上并焊接好光敏傳感器。再在底板上與高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中心水平不遠(yuǎn)距離處 安裝參照用的光敏傳感器。其他電子零部件按照電路圖的依次焊接在電路板上。在安裝的 過程中必須保證底板平面與太陽能電池板水平。本發(fā)明各部分的作用是光敏傳感器主要是把光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，由于其產(chǎn) 生的光電流與光強(qiáng)有較好的線性關(guān)系，所以很適合本發(fā)明要求，并且通過光敏傳感器我們 還可以判知天氣的陰晴狀況；高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是主要的光信號(hào)采集部件，通過高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 內(nèi)光敏傳感器和參照光敏傳感器的電壓差來判定高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)內(nèi)的光偏角來判定太陽的 移動(dòng)，通過其螺紋調(diào)節(jié)我們可以很好的調(diào)節(jié)光斑達(dá)到所需精度；在高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)外水平方向處還有一個(gè)參照光敏傳感器，其主要用于外部光強(qiáng)的 參照，同時(shí)可以用來判別天氣情況，與高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)內(nèi)中央處的光敏傳感器布置在同一個(gè) 平面上。當(dāng)太陽光線與底板平面垂直時(shí)，透過光孔的光線只照射到中央處光敏傳感器，當(dāng)存 在偏差角時(shí)，根據(jù)偏差角的大小，底板上對(duì)應(yīng)不同位置的光敏傳感器將獲得不同強(qiáng)度的光 照，產(chǎn)生不同大小的電流傳遞到單片機(jī)上。
由于光敏傳感器上產(chǎn)生的光電流與其兩端所加電壓幾乎無關(guān)，僅取決于光照強(qiáng) 度，而且光電流與光照強(qiáng)度呈線性相關(guān)，因此光電流的大小就直接反應(yīng)了光強(qiáng)的強(qiáng)弱。由于 光敏傳感器產(chǎn)生的光電流很小，一般只有幾微安到幾百微安，為了保證光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的精 度，所以在進(jìn)行比較之前，首先通過串聯(lián)電阻的方式把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，因?yàn)殡娏?很小，所以轉(zhuǎn)換后的電壓也比較小，故將電流轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)通過運(yùn)算放大電路，把微弱 的電壓信號(hào)擴(kuò)大，然后再進(jìn)行電壓大小的比較。由于本發(fā)明主要是通過單片機(jī)來進(jìn)行電壓大小比對(duì)的處理，而單片機(jī)只能讀取數(shù) 字量，所以在把數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)處理前，需進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。定位的精度與光敏傳感器陣的規(guī) 模成正比，精度提高，光敏傳感器陣的規(guī)模必須相應(yīng)擴(kuò)大，需要處理轉(zhuǎn)換的信號(hào)也多，為了 滿足轉(zhuǎn)換速度、精度和多路要求，采用了并行多路模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。放大后的電壓信號(hào)輸入單片機(jī)后進(jìn)行比較，通過比較各路電壓的大小，單片機(jī)可 以計(jì)算出此時(shí)太陽光線相對(duì)定位器所在平面的入射角度。為了便于觀察，可以將各通道的 電壓值和計(jì)算得到的光線角度，通過8段數(shù)碼管顯示出來，這樣可以方便的進(jìn)行最大視角 的調(diào)整，和原點(diǎn)的定位。本發(fā)明還裝有風(fēng)力強(qiáng)度傳感器和時(shí)鐘芯片，風(fēng)力傳感器主要作用是感知外界環(huán)境 的風(fēng)力強(qiáng)度，以防過大刮風(fēng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的破壞。通過風(fēng)力強(qiáng)度傳感器我們可以知道風(fēng)力大 小和風(fēng)向，在較大風(fēng)力時(shí)，單片機(jī)會(huì)發(fā)出信號(hào)使太陽能電池板放平，減少風(fēng)對(duì)電池板的破 壞，通過時(shí)鐘芯片我們可以知道白晝和各個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的太陽角度，從而可以很好的電池板 進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明工作過程是首先通過參照光敏傳感器和時(shí)鐘芯片判斷白晝和天氣陰晴 情況，若判定為白天且天晴，則會(huì)有光線透過高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上的凸透鏡進(jìn)入控制內(nèi)，機(jī)構(gòu)內(nèi) 的光敏傳感器在陽光的照射下產(chǎn)生微弱的光電流，光電經(jīng)過電路的轉(zhuǎn)換后變成電壓信號(hào)， 參考光敏傳感器暴露于陽光中，其產(chǎn)生的光電流在轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后，與高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)內(nèi) 各個(gè)光敏傳感器產(chǎn)生的電壓信號(hào)進(jìn)行放大并比較，經(jīng)過差動(dòng)運(yùn)算放大電路后的壓差值在經(jīng) 過模數(shù)轉(zhuǎn)換的壓差數(shù)字信號(hào)輸送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)壓差情況計(jì)算出太陽光角度信息， 控制器依據(jù)角度信息，進(jìn)行太陽能電池板的角度的調(diào)整。若判定為白天，但天陰，單片機(jī)將 按照時(shí)鐘芯片提供的時(shí)間取出存儲(chǔ)內(nèi)的太陽角度，然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)行太陽能電池板高度調(diào) 節(jié)。若判定為黑夜，則太陽能能電池板將會(huì)被收起來，部分電源也將自動(dòng)切斷。若遇到大風(fēng)， 太陽能電池板將會(huì)依據(jù)風(fēng)向放平，以避免強(qiáng)風(fēng)對(duì)太陽能電池板的破壞。通過本裝置中參考光敏傳感器可以得知天氣的陰晴狀況，根據(jù)天氣陰晴情況，我 們可以判定采用時(shí)間對(duì)應(yīng)的太陽角度還是由光敏傳感器判定的數(shù)值，這樣就可以保證在各 種天氣情況下的準(zhǔn)確定位。因此本發(fā)明與其他裝置相比具有功能全，成本低，效果好，精度 高，適用范圍廣的特點(diǎn)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。任何 所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與 潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)視權(quán)利要求書所界定范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種光線自動(dòng)跟蹤裝置，其特征在于包括高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、若干個(gè)光敏傳感器、運(yùn)算放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)，其中所述的高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括固定底座和殼體，所述固定底座是一塊開有光敏傳感器安裝孔的底板；所述的殼體上有一個(gè)透光孔，該透光孔上安裝有凸透鏡，保證所述固定底座正中的光敏傳感器與殼體上的凸透鏡正對(duì)，所述的光敏傳感器產(chǎn)生的光電流，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后通過運(yùn)算放大電路放大，然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳給單片機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光線自動(dòng)跟蹤裝置，其特征在于包括風(fēng)力傳感器，用于感知 外界環(huán)境的風(fēng)力強(qiáng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光線自動(dòng)跟蹤裝置，其特征在于該裝置還包括參照光敏傳感 器和時(shí)鐘芯片，用于判斷白晝和天氣陰晴情況。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光線自動(dòng)跟蹤裝置，其特征在于所述的固定底座上刻有刻度尺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光線自動(dòng)跟蹤裝置，其特征在于該裝置還包括數(shù)碼管，用于 顯示各通道的電壓值和計(jì)算得到的光線角度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光線自動(dòng)跟蹤裝置，包括高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、若干個(gè)光敏傳感器、運(yùn)算放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)，其中所述的高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括固定底座和殼體，所述固定底座是一塊開有光敏傳感器安裝孔的底板；所述的殼體上有一個(gè)透光孔，該透光孔上安裝有凸透鏡，保證所述固定底座正中的光敏傳感器與殼體上的凸透鏡正對(duì)，所述的光敏傳感器產(chǎn)生的光電流，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后通過運(yùn)算放大電路放大，然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳給單片機(jī)。本發(fā)明具有造價(jià)低廉，性能優(yōu)，精度高，適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)本裝置不但適用于太陽軌跡跟蹤定位，也適用于其他發(fā)光物體軌跡跟蹤定位。
文檔編號(hào)H02N6/00GK101943917SQ201010276218
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者周全, 曹鵬坤, 熊友, 王雙園, 白國振 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)