CN101776918A - 全天候精密太阳智能跟踪系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全天候太阳智能跟踪系统，在一个不透光的正长方体(5)与其底座(6)相交处安装四个光电传感器(1)、(2)、(3)、(4)并将其底座(6)安装在能够用步进电机(11)、(13)调整水平和垂直角度的调整机构(15)的架体(9)上，信号处理中心(17)内装有包括时钟控制功能和空间光强判断功能在内的计算机控制程序。日间晴天，经处理计算每对光电传感器(1)、(2)、(3)、(4)所发出强弱不同的电信号来控制调整执行机构(15)，使正长方体(5)精确指向太阳。日间阴天，启动前一次同一时间跟踪太阳运行轨迹的记忆功能，使正长方体(5)近似指向太阳。夜晚停止运行，日出自动归位于东方。
Description
技术领域
本发明涉及一种全天候精密太阳智能跟踪系统，属自动化控制领域。
背景技术
目前已知的跟踪太阳有三种形式，一种是以实测数据作为控制依据来实现跟踪，严格的说由于太阳运行轨迹每日不同，所以只能近似跟踪；另一种是根据太阳运行轨迹公式进行自动化控制，由于影响太阳运行规律的因素太多，不便于自动化控制程序的编写，所以也只能是使用简化公式来实现近似跟踪。近年来也出现一些用光传感器跟踪太阳的方法，然而在阴天时就无法实现较精确的跟踪了。这样，上述三种方法就只能应用在对跟踪精度要求不高或阴天不需要较精确跟踪太阳的设备或装置中。对无论是晴天或阴天都要求跟踪精度更高一些的设备或装置，无法提供支持。为了解决现有太阳自动跟踪系统精度不高的问题，本发明提供一种全天候的精密太阳智能跟踪系统，不论晴天或阴天都能实现对太阳的精确跟踪。
发明内容
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在一个由绝缘材料制成的底座上垂直其上表面安装一个由不透光材料制成的正长方体，在紧靠正长方体与底座相交的正方形的四个边外的底座上安装四个光电传感器，底座的上、下表面平行并将其安装在能够用步进电机调整其水平和垂直两个方向角度的调整执行机构的架体上，要求其下表面与需要阳光正向照射的物体表面平行，四个光电传感器两两相对，位于架体的水平和垂直两个方向上。垂直方向的两个光电传感器与一个差分放大器连接，水平方向的两个光电传感器与另一个差分放大器连接，并分别把两个差分放大器连接在信号处理中心上。信号处理中心和调整执行机构相连，并装有包括时钟控制功能和对空间光强进行判断功能在内的计算机控制程序。
日间晴天，当正长方体没有指向太阳时，其投影使每对光电传感器相应的输出强弱相对变化的电信号，这种强弱变化的电信号经差分放大器放大后传送给信号处理中心，信号处理中心将放大后相对强弱变化的电信号经计算转化为步进电机所需要的脉冲信号，脉冲信号传送给调整执行机构中的步进电机，对正长方体的角度进行垂直和水平方向的调整，直至垂直和水平两对光电传感器输出的信号平衡为止，使正长方体指向太阳，从而实现对太阳的跟踪。
如果空间光强低于晴天限定值而高于夜晚值，信号处理中心判断为阴天，便启动上一次同一时间跟踪太阳运行轨迹的记忆功能，系统自动按照上一次同一时间太阳运行轨迹运行，对太阳进行较精确近似跟踪。使需要阳光正向照射物体表面接受穿透云层的红外光的正向照射。
如果空间光强低于阴天限定值，信号处理中心判断为夜晚，不再向调整执行机构发出任何信号，系统停止运行，此时时钟控制功能也将起到二次保护作用，系统不会因为其它光照而产生误动。早晨日出后，空间光强达到运行值，系统自动归位于东方然后按当前空间光强状况运行。
临时掉电再通电后，信号处理中心按当时空间光强状态适时输出相应信号，系统按程序运行或停止。
发明的有益效果是无论晴天或阴天都能够更精确地实现自动跟踪太阳的目的。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明
图一是本发明的机械原理图
图二是本发明光电传感器安装位置示意图
图三是本发明电路原理图
具体实施方式
在图1中不透光的正长方体(5)垂直安装在其底座(6)上，在图2中，在紧靠正长方体(5)与底座(6)相交形成的正方形四边的底座(6)上安装四个光电传感器(1)、(2)、(3)、(4)如图2所示，四个光电传感器两两相对，在图1中底座(6)上下表面平行，其下表面平行安装在需要阳光垂直照射的物体表面(7)上，并使两对光电传感器(1)、(3)、(2)、(4)位于架体(9)的垂直和水平角度调整的两个方向上。需要阳光正向照射物体(7)安装在由支撑轴(8)，架体(9)，传动机构(12)，架体底座(10)、步进电机(11)、(13)所组成的调整执行机构(15)的架体(9)上，调整执行机构(15)中的步进电机(11)通过架体(9)可对需要阳光正向照射物体(7)垂直方向的角度进行调整，步进电机(13)可通过传动机构(12)对架体(9)从而对需要阳光正向照射物体(7)进行水平方向的角度调整。在图3中垂直方向的两个光电传感器(1)、(3)与差分放大器(16)连接，水平方向的两个光电传感器(2)、(4)与差分放大器(14)连接，差分放大器(14)、(16)与信号处理中心(17)连接，信号处理中心(17)与调整执行机构(15)连接。
日间晴天时，当太阳偏离长正方体(5)的指向时正长方体在其底座(6)上的投影使光电传感器(1)、)(3)或(2)(4)相应输出强弱相对变化的信号，例如：当正长方体(5)的指向向左侧偏离太阳时，其投影造成光电传感器(2)接收的光强低于光电传感器(4)所接收的光强、光电传感器(2)所输出的电信号弱于光电传感器(4)所输出的电信号，光电传感器(2)、(4)所输出的强弱相对变化的电信号经差分放大器(14)放大后传送给信号处理中心(17)，信号处理中心(17)把放大后的相对强弱变化的电信号经计算转化为脉冲信号，脉冲信号传送到调整执行机构(15)中的步进电机(13)，其通过传动机构(12)使支架(9)在水平方向转动，对需要阳光正向照射物体(7)从而对正方体(6)进行水平方向的角度调整，直至正长方体(5)在水平方向指向太阳。同理，垂直方向的角度调整可通过光电传感器(1)、(3)，差分放大器(16)信号处理中心(17)调整执行机构(15)中的步进电机(11)来完成。当正长方向体准确指向太阳时，光电传感器(1)、(3)、(2)、(4)所接收的光强信号相等，不再输出相对变化的电信号，调整执行机构(15)不工作，这样就可以使正长方体始终准确指向太阳。实现了晴天时精确跟踪太阳的目的。
日间阴天时虽然光电传感器(1)、(3)、(2)、(4)接收的光强信号相等，但强度低于晴天时的光强高于夜晚时的光强并处在系统工作时间内，信号处理中心(17)判断为阴天便启动对上一次同一时间跟踪太阳运行轨迹的记忆功能，使调整执行机构(15)按上一次跟踪太阳的轨迹运行，实现对太阳的较精确的跟踪。
晚上，空间光强低于限定值后，信号处理中心(17)判断为夜晚且时钟控制功能也确定为不工作时间，不再输出任何信号，调整执行机构(15)停止运行。
早上，信号处理中心(17)判断天亮并处于时钟控制功能的工作时间便启动归于东方的归零功能，调整执行机构(15)开始运行使正长方体(5)的指向归位于东方，然后按程序进入跟踪运行。
临时掉电再通电后，信号处理中心按当时空间光强状态适时输出相应信号，系统按程序运行或停止。
Claims (7)
1.全天候精密太阳智能跟踪系统，其特征是把一个不透光的正长方体(5)垂直安装在一个上、下表面平行的底座(6)上，并在其与底座(6)相交所形成的正方形的四条边外靠近四条边的底座(6)上的垂直和水平方向安装两对四个光电传感器(1)、(3)、(2)、(4)，底座(6)固定在能够用步进电机(11)、(13)调整垂直和水平角度的调整执行机构(15)上，并使底座(6)下表面与需要阳光正向照射的物体表面平行，光电传感器(1)、(3)位于垂直方向，(2)、(4)位于水平方向，每对光电传感器(1)、(3)和(2)、(4)分别与差分放大器(16)、(14)相连，差分放大器(16)、(14)与信号处理中心(17)相连，信号处理中心(17)与调整执行机构(15)相连，信号处理中心(17)内装有包括时钟控制功能和空间光强判断功能的计算机控制程序。
2.根据权力要求1所述的全天候精密太阳智能跟踪系统，其特征是信号处理中心(17)通过光电传感器(1)、(3)、(2)、(4)及差分放大器(16)、(14)可对空间光强起进一步判断，确定当时空间光强状态为晴天、阴天或夜晚。
3.根据权利要求1所述的全天候精密太阳智能跟踪系统，其特征是日间晴天时，用每对光电传感器(1)和(3)、(2)和(4)所接收的相对强弱变化的光强信号通过差分放大器(16)、(14)放大，信号处理中心(17)计算，调整执行机构(15)执行来实现正长方体(5)在水平和垂直方向角度的调整，使其始终指向太阳。
4.根据权利要求1所述的全天候精密太阳智能跟踪系统，其特征是日间阴天时，每对光电传感器(1)和(3)、(2)和(4)接收光强相等的信号，差分放大器(16)、(14)传给信号处理中心(17)相对平衡又低于晴天时的电信号，信号处理中心(17)启动记忆功能配合内贮时钟功能使调整执行机构(15)按上一次对应时间跟踪太阳的轨迹运行，正长方体近似指向太阳。
5.根据权力要求1所述一种全天候精密太阳智能跟踪系统，其特征是夜晚时信号处理中心(17)通过内部时钟控制功能及光电传感器(1)、(3)、(2)、(4)，差分放大器(16)、(14)接收到低于阴天值的电信号，判断为夜晚，不再向调整执行机构(15)中的步进电机(11)、(13)发出任何信号，调整执行机构(15)停止运行。
6.根据权力要求1所述全天候精密太阳智能跟踪系统，其特征是日出时，信号处理中心(17)通过内部时钟控制功能及光电传感器(1)、(2)、(3)、(4)，差分放大器(16)、(14)判断为天亮，启动归于东方的归零功能，调整执行机构(15)开始运行使正长方体(5)指向东方，然后进入正常跟踪程序，
7.根据权力要求1所述全天候精密太阳智能跟踪系统特征是，信号处理中心(17)中的时钟早3时至晚21时为工作时间，信号处理中心(17)可依据对空间光强的判断向调整执行机构(15)发出相应信号，晚21时至早3时为休息时间，信号处理中心(17)不向调整执行机构发出任何信号，调整执行机构(15)处于停止状态。
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