CN101976082B - 一种随动双轴跟踪的智能传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种随动双轴跟踪的智能传感器，包括罩壳和电路控制板，所述电路控制板设在壳体内；所述电路控制板包括电源电路、CPU模块、光敏元件阵列、通信模块和接口模块，电源电路的输入端与接口模块的输出端电连接，电源电路的输出端与CPU模块的第一输入端、光敏元件阵列的输入端和通信模块的输入端电连接，光敏元件阵列的输出端与CPU模块的第二输入端电连接，CPU模块与通信模块通信连接，通信模块的输出端与接口模块的输入端电连接。本发明不仅安装方便，而且精度高、生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器，具体涉及一种随动双轴跟踪的智能传感器，属于太阳能应用技术和传感器技术领域。
背景技术
随着地球资源的不断匮乏，太阳能作为一种清洁无污染的能源越来越被人们所重视，发展前景非常广阔，然而它也存在着密度低、间歇性、空间分布不断变化的问题，这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。在太阳能热利用中，为了得到中高温热能，必须使集热器从日出到日落跟踪太阳；在太阳能光发电中，相同条件下，自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35％，成本下降25％，因此在太阳能利用中，进行跟踪是很有必要的，而跟踪装置的精度和性能直接地影响设备利用太阳能的性能，因此对跟踪装置及控制装置的研究是一项很有意义的工作。控制装置一般有闭环、开环、混合控制方式，其中闭环控制方式和混合控制方式均需使用传感器来测定入射太阳光线和系统光轴间的偏差，当偏差超过一个阀值时，通过电机驱动机械部分转动，减小偏差，直到使太阳光线与系统光轴重新平行，实现对太阳方位角和高度角的跟踪。
跟踪系统的有效控制很大程度依赖于传感器，因此，传感器的可靠性、抗干扰、精确度涉及整个控制系统的优劣。常用的光敏传感元件有光电池、光敏电阻、光敏管等，一般是直接接入测量电路，存在安装不便、精度不高、标准不统一等问题，使用不方便。
发明内容
本发明的目的是：提供一种不仅安装方便，而且精度高、生产成本低的随动双轴跟踪的智能传感器。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种随动双轴跟踪的智能传感器，包括罩壳和电路控制板，所述电路控制板设在壳体内；所述电路控制板包括电源电路、CPU模块、光敏元件阵列、通信模块和接口模块，电源电路的输入端与接口模块的输出端电连接，电源电路的输出端与CPU模块的第一输入端、光敏元件阵列的输入端和通信模块的输入端电连接，光敏元件阵列的输出端与CPU模块的第二输入端电连接，CPU模块与通信模块通信连接，通信模块的输出端与接口模块的输入端电连接。
所述电路控制板还包括温度传感器，温度传感器的输出端与CPU模块的第三输入端电连接，且温度传感器的输入端与电源电路的输出端电连接。
所述电路控制板还包括存储模块，存储模块与CPU模块通信连接，且存储模块的输入端与电源电路的输出端电连接。
所述电路控制板还包括编码模块，编码模块与CPU模块通信连接，且编码模块的输入端与电源电路的输出端电连接。
所述光敏元件阵列包括6个光敏元件，6个光敏元件的输出端分别与CPU模块的第二输入端中的6个接口电连接，光敏元件为光敏电阻或者为光敏二极管或者为光敏三极管。
所述罩壳包括透明顶盖、壳体和底板，壳体上部端口的两侧分别设有一个凹口，且每个凹口内分别装有1个光敏元件e和光敏元件f，壳体上部设有第一沉孔，下部设有第二沉孔，且第一沉孔内装有4个光敏元件a、b、c、d，6个光敏元件a、b、c、d、e、f的感光面均朝上，电路控制板置于第二沉孔内，且底板与壳体的下部端口固定连接。
所述温度传感器为DS18B20温度传感器或者为NTC温敏电阻或者为PT100温度传感器或者为PT1000温度传感器。
所述存储模块为EEPROM存储芯片或者为flash存储芯片。
所述编码模块为多位拨码开关，多位拨码开关与CPU模块通信连接。
所述CPU模块为ATmega16L集成芯片，通信模块为MAX232集成芯片。
本发明所具有的积极效果是：由于本发明包括罩壳和电路控制板，所述电路控制板设在壳体内；所述电路控制板包括电源电路、CPU模块、光敏元件阵列、通信模块和接口模块，电源电路的输入端与接口模块的输出端电连接，电源电路的输出端与CPU模块的第一输入端、光敏元件阵列的输入端和通信模块的输入端电连接，光敏元件阵列的输出端与CPU模块的第二输入端电连接，CPU模块与通信模块通信连接，通信模块的输出端与接口模块的输入端电连接，使用时，将跟踪执行机构的驱动器的与接口模块和通信模块电连接，本发明的中心光轴与跟踪执行机构的驱动器的跟踪转轴在同一平面内，安装方便，本发明的接口模块的输出端输出入射光线偏差方向信号，将采集到太阳方位角和高度角的信息送至跟踪执行机构的驱动器，实现不同时刻跟踪太阳方位角和高度角的信息，提高了自动跟踪发电设备的发电量。本发明结构简单，安装方便，生产成本低，精度高，可广泛应用于提高太阳能利用率的跟踪控制场合。
附图说明
图1为本发明的一种随动双轴跟踪的智能传感器的结构原理图；
图2是图1的俯视图（不包括透明顶盖）；
图3为本发明电路控制板电路原理方框图；
图4为本发明电路控制板原理图。
具体实施方式
以下结合附图及给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1、2、3、4所示，一种随动双轴跟踪的智能传感器，包括罩壳1和电路控制板2，所述电路控制板2设在壳体1内；所述电路控制板2包括电源电路2-1、CPU模块2-2、光敏元件阵列2-3、通信模块2-4和接口模块2-5，电源电路2-1的输入端与接口模块2-5的输出端电连接，电源电路2-1的输出端与CPU模块2-2的第一输入端、光敏元件阵列2-3的输入端和通信模块2-4的输入端电连接，光敏元件阵列2-3的输出端与CPU模块2-2的第二输入端电连接，CPU模块2-2与通信模块2-4通信连接，通信模块2-4的输出端与接口模块2-5的输入端电连接。
如图3、4所示，为了便于测量环境温度，增加温度参数，提高太阳方位角和高度角的精确度，所述电路控制板2还包括温度传感器2-6，温度传感器2-6的输出端与CPU模块2-2的输入端电连接，且温度传感器2-6的输入端与电源电路2-1的输出端电连接，所述温度传感器2-6为DS18B20温度传感器或者为NTC温敏电阻或者为PT100温度传感器或者为PT1000温度传感器。
如图3、4所示，为了便于存储测量数据，分析历史数据，所述电路控制板2还包括存储模块2-7，存储模块2-7与CPU模块2-2通信连接，且存储模块2-7的输入端与电源电路2-1的输出端电连接，所述存储模块2-7为EEPROM存储芯片或者为flash存储芯片。
如图3、4所示，为了使得本发明通信更灵活，便于识别信号来源，所述电路控制板2还包括编码模块2-8，编码模块2-8与CPU模块2-2通信连接，且编码模块2-8的输入端与电源电路2-1的输出端电连接，所述编码模块2-8为多位拨码开关，多位拨码开关与CPU模块2-2通信连接。
如图3、4所示，所述光敏元件阵列2-3包括6个光敏元件，6个光敏元件的输出端分别与CPU模块2-2的第二输入端中的6个接口电连接，光敏元件为光敏电阻或者为光敏二极管或者为光敏三极管。
如图1所示，为了便于安装电路控制板2在罩壳1内，所述罩壳1包括透明顶盖1-1、壳体1-2和底板1-3，壳体1-2上部端口的两侧分别设有一个凹口1-2-1，且每个凹口1-2-1内分别装有1个光敏元件e和光敏元件f，壳体1-2上部设有第一沉孔1-2-2，下部设有第二沉孔1-2-3，且第一沉孔1-2-2内装有4个光敏元件a、b、c、d，6个光敏元件a、b、c、d、e、f的感光面均朝上，电路控制板2置于第二沉孔1-2-3内，且底板1-3与壳体1-2的下部端口固定连接。其中，分别装在壳体1-2上部端口的两侧凹口1-2-1内的光敏元件e和f为光源方位角大幅偏差检测的光敏元件，装在第一沉孔1-2-2内中间两个并排光敏元件a和b为该方位角精确检测的光敏元件，两个并排光敏元件a和b两侧的光敏元件c和d为光源仰角检测的光敏元件。
本发明所述CPU模块2-2为ATmega16L集成芯片，通信模块2-4为MAX232集成芯片。
本发明工作原理过程：将本发明安装在跟踪机构上，使得壳体1-2上部端口平行于太阳能器件的工作面，使得跟踪机构的方位角跟踪轴与4个光敏元件a和b以及两个凹口1-2-1的光敏元件e和f方向垂直，使得仰角跟踪轴与光敏元件c和d方向垂直，接口模块2-5和通信模块2-4的输出端与跟踪执行机构的驱动器电连接，当太阳光线照射到传感器上时，由于6个光敏元件安放的角度不同，照在6个光敏元件上的光强不同，6个光敏元件感应不同量值的模拟信号送至CPU模块2-2进行信号转换和处理，CPU模块2-2处理计算出太阳光线与传感器中线有夹角，即太阳此刻的方位角，CPU模块2-2将处理后得到的转换信号送至通信模块2-4和接口模块2-5输出送至跟踪执行机构的驱动器，同时，CPU模块2-2将数据存储到存储模块2-7中，温度传感器2-6输出的温度信号和编码模块2-8输出的码值送至CPU模块2-2处理得到温度数据和编码数据，将测量的温度数据和编码数据通过CPU模块2-2输出给通信模块2-4输出，最终送至跟踪执行机构的驱动器或者输出存储到存储模块 2-7，便于分析历史数据，实现双轴跟踪，提高太阳能的利用率。
Claims (8)
1.一种随动双轴跟踪的智能传感器，包括罩壳（1）和电路控制板（2），所述电路控制板（2）设在罩壳（1）内；所述电路控制板（2）包括电源电路（2-1）、CPU模块（2-2）、光敏元件阵列（2-3）、通信模块（2-4）和接口模块（2-5），其特征在于：
a、电源电路（2-1）的输入端与接口模块（2-5）的输出端电连接，电源电路（2-1）的输出端与CPU模块（2-2）的第一输入端、光敏元件阵列（2-3）的输入端和通信模块（2-4）的输入端电连接，光敏元件阵列（2-3）的输出端与CPU模块（2-2）的第二输入端电连接，CPU模块（2-2）与通信模块（2-4）通信连接，通信模块（2-4）的输出端与接口模块（2-5）的输入端电连接；
b、所述光敏元件阵列（2-3）包括6个光敏元件，6个光敏元件的输出端分别与CPU模块（2-2）的第二输入端中的6个接口电连接，光敏元件为光敏电阻或者为光敏二极管或者为光敏三极管；
c、所述罩壳（1）包括透明顶盖（1-1）、壳体（1-2）和底板（1-3），壳体（1-2）上部端口的两侧分别设有一个凹口（1-2-1），且每个凹口（1-2-1）内分别装有1个光敏元件e和光敏元件f，壳体（1-2）上部设有第一沉孔（1-2-2），下部设有第二沉孔（1-2-3），且第一沉孔（1-2-2）内装有4个光敏元件a、b、c、d，6个光敏元件a、b、c、d、e、f的感光面均朝上，电路控制板（2）置于第二沉孔（1-2-3）内，且底板（1-3）与壳体（1-2）的下部端口固定连接；
d、装在第一沉孔（1-2-2）内中间两个并排光敏元件a和b为方位角检测的光敏元件，两个并排光敏元件a和b两侧的光敏元件c和d为仰角检测的光敏元件。
2.根据权利要求1所述的随动双轴跟踪的智能传感器，其特征在于：所述电路控制板（2）还包括温度传感器（2-6），温度传感器（2-6）的输出端与CPU模块（2-2）的第三输入端电连接，且温度传感器（2-6）的输入端与电源电路（2-1）的输出端电连接。
3.根据权利要求1所述的随动双轴跟踪的智能传感器，其特征在于：所述电路控制板（2）还包括存储模块（2-7），存储模块（2-7）与CPU模块（2-2）通信连接，且存储模块（2-7）的输入端与电源电路（2-1）的输出端电连接。
4.根据权利要求1所述的随动双轴跟踪的智能传感器，其特征在于：所述电路控制板（2）还包括编码模块（2-8），编码模块（2-8）与CPU模块（2-2）通信连接，且编码模块（2-8）的输入端与电源电路（2-1）的输出端电连接。
5.根据权利要求2所述的随动双轴跟踪的智能传感器，其特征在于：所述温度传感器（2-6）为DS18B20温度传感器或者为NTC温敏电阻或者为PT100温度传感器或者为PT1000温度传感器。
6.根据权利要求3所述的随动双轴跟踪的智能传感器，其特征在于：所述存储模块（2-7）为EEPROM存储芯片或者为flash存储芯片。
7.根据权利要求4所述的随动双轴跟踪的智能传感器，其特征在于：所述编码模块（2-8）为多位拨码开关，多位拨码开关与CPU模块（2-2）通信连接。
8.根据权利要求1所述的随动双轴跟踪的智能传感器，其特征在于：所述CPU模块（2-2）为ATmega16集成芯片，通信模块（2-4）为MAX232集成芯片。
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