CN101995887A

CN101995887A - 蜂窝式阳光跟随控制系统

Info

Publication number: CN101995887A
Application number: CN 201010559618
Authority: CN
Inventors: 裴凯; 王哲; 裴力
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: CN101995887B

Abstract

本发明的蜂窝式阳光跟随控制系统属太阳能应用的技术领域。由蜂窝式太阳光线方位和仰角定位部分、电子控制部分、电动方位机械和电动仰角机械部分组成；太阳光线照射到六棱锥形筒中光敏二极管，通过方位和仰角定位线路向电子控制部分发出指令信号；电子控制部分控制方位电机和仰角电机，驱动电动方位机械和电动仰角机械部分运动，调整反射镜方向，使太阳光线射入南侧楼的背光房间。本发明根据光反射定律，用太阳能提高北方在冬季北侧背光房间室温的有效方法，自动跟踪阳光调整反射镜方向，达到节约能源的目的，尤其在城市更为适用。

Description

蜂窝式阳光跟随控制系统

技术领域

本发明属太阳能应用的技术领域，特别涉及提高太阳能应用效率的自动跟踪装置。

背景技术

该技术的相近背景技术是汽车两侧的后视镜。它属于一个手控半自动镜面反射装置。

背景技术的具体结构包括手动控制旋钮部分；方位和仰角电动执行部分和镜面反射部分。该技术的工作原理是通过驾驶者手动控制旋钮的旋动选择左、右两侧的后视镜，再上、下、左、右地移动并接触旋钮，使其发出相应的电信号给方位和仰角电动执行部分，通过电动执行部分的方位和仰角电机，分别控制镜面反射部分的方位与仰角(X轴与Y轴)，以便解决不同驾驶者因身高不同，而导致的视角不同，通过上述调整使之达到最佳的后视效果。图1～图3给出背景技术各部分的具体结构。

下面结合附图说明背景技术的具体的实施方式。

1)背景技术的手动控制旋钮部分如图1所示。

图1中，手动控制旋钮部分与汽车左前门10相连接；

将旋钮8的基准点4与关闭点2对齐时，手动控制处于关闭状态；

当旋钮8的基准点4与左后视镜开关1对齐时，手动控制处于左后视镜调整状态。当旋钮8与向上仰角开关6移动并接触，此时向左后视镜仰角电动执行部分发出一个向上移动的仰角信号；当旋钮8与方位右开关7移动并接触，此时向左后视镜方位电动执行部分发出一个向右侧移动的方位信号；当旋钮8与向下仰角开关9移动并接触，此时向左后视镜仰角电动执行部分发出一个向下移动的仰角信号；当旋钮8与方位左开关3移动并接触，此时向左后视镜方位电动执行部分发出一个向侧左移动的方位信号。

当旋钮8的基准点4与右后视镜开关5对齐时，手动控制处于右后视镜调整状态。当旋钮8与向上仰角开关6移动并接触，此时向右后视镜仰角电动执行部分发出一个向上移动的仰角信号；当旋钮8与方位右开关7移动并接触，此时向右后视镜方位电动执行部分发出一个向右侧移动的方位信号；当旋钮8与向下仰角开关9移动并接触，此时向右后视镜仰角电动执行部分发出一个向下移动的仰角信号；当旋钮8与方位左开关3移动并接触，此时向右后视镜方位电动执行部分发出一个向左侧移动的方位信号。

2)背景技术左后视镜的方位与仰角电动执行部分如图2所示。

图2中，方位和仰角电动执行部分通过三个螺丝孔22固定在汽车后视镜支架上，电源通过金属条34分别向方位和仰角电机提供电信号。螺丝33将金属条34固定在方位和仰角电动执行部分底座20上，方位、仰角电机固定盒27固定着方位电机26和仰角电机29。

当接收到图1的向左后视镜方仰角电动执行部分发出一个向上移动的仰角信号，仰角电机29开始转动，并带动减速器25转动，使传动齿轮24降低转速，传动齿轮24与带齿的传动杆30往里传动，带齿的传动杆30是用有弹性的尼龙材料制成。带齿的传动杆30与图3中镜面反射部分的仰角球型节43相连接，在图3中仰角球型节43与镜面环45相连接，镜面环45上的转动槽41与图2中的转动杆28上的两段支点21相连接，转动杆28通过转动轴31与图2的A-A图中的电动执行部分中轴支架32所连接。当带齿的传动杆30带动镜面反射部分的仰角球型节43往里传动时，镜面环45绕着转动轴31做仰角向上移动的运动。

当接收到图1的向左后视镜仰角电动执行部分发出一个向下移动的仰角信号，仰角电机29开始转动，并带动减速器25转动，使传动齿轮24降低转速，传动齿轮24与带齿的传动杆30往外传动，带齿的传动杆30与图3中镜面反射部分的仰角球型节43相连接，在图3中仰角球型节43与镜面环45相连接，镜面环45上的转动槽41与图2中的转动杆28上的两段支点21相连接，转动杆28通过转动轴31与图2的A-A图中的电动执行部分中轴支架32所连接。当带齿的传动杆30带动镜面反射部分的仰角球型节43往外传动时，镜面环45绕着转动轴31做仰角向下移动的运动。

当接收到图1的向左后视镜方位电动执行部分发出一个向左移动的方位信号，方位电机26开始转动，并带动减速器25转动，使传动齿轮24降低转速，传动齿轮24与带齿的传动杆23往里传动，带齿的传动杆23与图3中镜面反射部分的方位球型节42相连接，在图3中方位球型节42与镜面环45相连接，镜面环45上的转动槽41与图2中的转动杆28上的两段支点21相连接，转动杆28通过转动轴31与图2的A-A图中的电动执行部分中轴支架32所连接。当带齿的传动杆23带动镜面反射部分的方位球型节42往里传动时，镜面环45绕着转动轴31做方位向左移动的运动。

当接收到图1的向左后视镜方位电动执行部分发出一个向右移动的方位信号，方位电机26开始转动，并带动减速器25转动，使传动齿轮24降低转速，传动齿轮24与带齿的传动杆23往外传动，带齿的传动杆23与图3中镜面反射部分的方位球型节42相连接，在图3中方位球型节42与镜面环45相连接，镜面环45上的转动槽41与图2中的转动杆28上的两段支点21相连接，转动杆28通过转动轴31与图2的A-A图中的电动执行部分中轴支架32所连接。当带齿的传动杆23带动镜面反射部分的方位球型节42往里传动时，镜面环45绕着转动轴31做方位向右移动的运动。

右后视镜的方位和仰角电动执行部分的结构与工作原理与左后视镜的方位与仰角电动执行部分相同。

3)背景技术左后视镜的镜面反射部分如图3所示。

图3中，镜面环45由内侧的转动槽41与图2中的转动杆28提供支撑，方位方位球型节42和仰角球型节43分别提供镜面环45方位与仰角移动的动力。镜面环45正面有多根加强梁44，镜面环45上的螺孔40与镜面弹片47由螺丝48固定，镜面弹片47与镜框46相连，镜框46内套着镜子49。

右后视镜的镜面反射部分的结构与工作原理与左后视镜镜面相同。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，根据光反射定律，用太阳能提高北方在冬季北侧(背光)房间室温的有效方法；经电子控制线路改变北侧楼房上的平面反射镜的方位和仰角，使得平面反射镜将入射太阳光线反射到南侧楼房的北侧窗户的室内，从而增高北侧室内温度，达到节能的目的。

本发明与背景技术在光的反射原理和方位和仰角的机械原理相似。但是因为应用的领域不同，如图4所示，本发明是根据光反射的原理，经电子控制线路改变北侧楼房上的平面反射镜的方位和仰角，将入射太阳光线始终能够反射到南侧楼房的北侧窗户的室内。该方法的主要技术是自动跟踪太阳光线照射的方位与仰角。

作为太阳能利用的技术领域，本发明解决了如下的技术问题：

1、太阳光线反射镜面的操作由背景技术人工半自动操作改变为全部自动化操作；

2、与背景技术比较，加大太阳光线反射镜面的方位和仰角的自动行程；

3、对太阳运行轨迹的方位和仰角在规定的等时段进行全自动跟踪；

4、一个蜂窝式太阳光线跟随控制装置可控制多个太阳光线反射镜；

5、根据每天每时太阳光线方位与仰角的不同，增加采集太阳光线次数(可多达数十次)；

6、增大反射镜面的面积；

7、增加电机功率及齿轮机械传动强度；

8、在阴天、下雨、夜晚等没有太阳光线时停止方位和仰角电动执行部分的工作。

为解决本发明要解决的技术问题，提出如下技术方案。

为叙述方便，作如下定义：

θ0；反射镜出射线方位；

Φ0：反射镜出射线仰角；

θ1：太阳光线方位，也就是反射镜入射光线的方位；

Φ1：太阳光线仰角，也就是反射镜入射光线的仰角；

θ2：反射镜应处于的方位，即反射镜法线应处于的方位，θ2＝1/2(θ0+θ1)，θ2的计算由单片机完成；

Φ2：反射镜应处于的仰角，即反射镜法线应处于的仰角，Φ2＝1/2(Φ0+Φ1)，Φ2的计算由单片机完成；

θ2′：反射镜实际方位；

Φ2′：反射镜实际仰角；

以上所述的方位分别为出射线、太阳光线、反射镜法线在水平面上的投影与正南方向之间的夹角，方位(角)的取值范围是-90°≤θ0、θ1、θ2、θ2′≤90°；所述的仰角分别为出射线、太阳光线、反射镜法线与水平面之间的夹角，仰角的取值范围是0°≤Φ0、Φ1、Φ2、Φ2′≤90°。

一种蜂窝式阳光跟随控制系统，由蜂窝式太阳光线方位和仰角定位部分、电子控制部分、电动方位机械和电动仰角机械部分组成；

所述的蜂窝式太阳光线方位和仰角定位部分，由六棱锥形筒62排列构成1/4球面的形状，安装在外围壳体61内，六棱锥形筒62的内腔壁68处理成粗糙并涂黑色；每个六棱锥形筒62里端各装有一个光敏二极管VD11；固定在外围壳体61内的方位和仰角定位线路板65主要由模拟电子开关4066和电阻RX1～RX4、R1、RY1～RY4、R2及R11组成，光敏二极管VD11负极通过信号线66与R11连接，光敏二极管VD11正极通过信号线66与模拟电子开关4066的12脚和13脚连接；每个六棱锥形筒62在蜂窝中所处的角度不同，在任意时刻只有一个光敏二极管VD11接受太阳光线照射而导通，从而确定太阳光线的方位θ1和仰角Φ1；与太阳光线的方位θ1和仰角Φ1所对应的直流电压由方位仰角信号输出口67输出给多路数据选择器电路的方位仰角信号输入口；

所述的电子控制部分，由多路数据选择器电路、AD转换器、单片机、方位和仰角跟踪电机电路、键盘电路、方位电机和仰角电机驱动电路组成；多路数据选择器电路主要由74LS153芯片构成，其输入端D0、D1输入由蜂窝式传感器测量的与太阳光线的方位θ1和仰角Φ1所对应的直流电压，输入端D3、D4输入由滑线变阻器Wx、Wy确定的与平面反射镜法线的方位θ2和仰角Φ2所对应的直流电压；数据的选通由单片机的X1、X2管脚控制；74LS153芯片的Y脚为数据输出端，与AD0804型号的AD转换器的输入端6脚相连；AD转换器输出的8位数字量由AT89C52型号的单片机的P1输入/输出端口输入单片机；反射镜出射线的方位θ0和仰角Φ0由键盘电路输入单片机，其中按键K1、按键K2、按键K3分别与单片机的T1、INT1、INT0脚连接，按键K1接高电平时，由按键K2、按键K3设定反射镜出射线的方位θ0，按键K1接低电平时，由按键K2、按键K3设定反射镜出射线的仰角Φ0；单片机根据太阳光线的方向计算反射镜应处于的方位θ2和仰角Φ2，单片机测量反射镜实际方位θ2′和仰角Φ2′，驱动方位电机和仰角电机使反射镜实际方位θ2′和仰角Φ2′趋近反射镜应处于的方位θ2和仰角Φ2；方位电机和仰角电机驱动电路是将各电机绕组经BD237型号的三极管、阻抗匹配作用的LM324芯片，分别与单片机的P00～P02或P03～P05脚连接，由输出三相脉冲的频率和顺序控制方位电机和仰角电机的转速和转向；方位和仰角跟踪电机电路是将各跟踪电机绕组经BD237型号的三极管、阻抗匹配作用的LM324芯片，与单片机的P00～P02或P03～P05脚连接；方位和仰角跟踪电机通过减速器分别与相对应的方位电机和仰角电机同步运动，并分别带动滑线变阻器Wx、Wy的滑动端运动，代表反射镜的实际位置的滑线变阻器输出电压被传输到74LS153芯片的输入端D2、D3；

所述的电动方位机械部分，由方位电机、减速器、半环齿条、方位底座、轴承支撑架、制动装置构成；当接收到方位和仰角电机驱动电路的方位偏转指令时，方位驱动电机80经减速器90减速，带动齿轮传动轴81，在半环齿条87上转动，使方位底座88在轴承89支撑下与基座75产生平稳转动，达到方位跟踪的效果；

所述的电动仰角机械部分，由仰角电机、减速器、大齿轮、大齿轮支架、制动装置构成；当接收到方位和仰角电机驱动电路的仰角偏转指令时，仰角驱动电机91经减速器73减速，带动齿轮传动轴74，齿轮传动轴74与仰角大齿轮77外圆上的轮齿76咬合，并带动仰角大齿轮77上固定的仰角传动杆71，仰角传动杆71与反射镜面固定板72连接，反射镜50装在反射镜面固定板72上。

上述的电子控制部分，结构还有由芯片74HC573构成的锁存器，为数码管输出编译后的显示信号，其锁存信号由单片机P06P07和int0脚提供，由键盘部分输入反射镜出射线角度时，由三位数码管显示θ0、Φ0数值，调整反射镜方向时，显示反射镜实际方位θ2′、Φ2′数值。

上述的电动方位机械部分中，在半环齿轮87的两端装有方位制动装置83，控制方位行程范围，在机器产生故障时切断方位驱动电机80的电源；所述的电动仰角机械部分中，仰角大齿轮77通过传动轴承78连接仰角支架82，仰角支架82固定在方位底座88上，仰角支架82上装有两个仰角制动装置70，控制仰角行程范围，以便在机器产生故障时切断仰角驱动电机91的电源。

本发明解决了楼房北侧房间利用太阳能需要解决的问题，能够自动跟踪阳光调整反射镜方向，达到提高室内温度和节约能源的目的，尤其在城市更为适用。

附图说明

图1是背景技术的手动控制旋钮部分的结构图。

图2是背景技术的方位与仰角电动执行部分的结构图。

图3是背景技术的镜面反射部分的结构图。

图4是本发明整体光路示意图；

图5是本发明蜂窝式太阳光线方位和仰角定位部分结构示意图；

图6是本发明太阳光线方位和仰角定位电路图；

图7是本发明电动方位机械和电动仰角机械部分结构图；

图8是本发明电动方位机械和电动仰角机械部分外观图；

图9是本发明电子控制部分方框图；

图10是本发明单板机控制电路图；

图11是本发明方位电机和仰角电机驱动电路图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体的实施方式。

实施例1本发明技术的整体光路反射图。如图4所示。

图4中，太阳51发射平行光照射到蜂窝式太阳光线方位、仰角定位器53的某个六棱锥形筒62(图5中)内，经电子控制线路改变北侧楼房55上的平面反射镜50的方位和仰角，使得平面反射镜50将入射太阳光线反射到南侧楼房54的北侧窗户52的室内，从而增高北侧窗户52的室内温度，达到节能目的。

实施例2本发明的蜂窝式太阳光线方位和仰角定位部分。如图5、6所示。

太阳光线方位和仰角定位通过光敏二极管VD11和方位和仰角定位线路板65实现。

图5中，蜂窝式太阳光线方位和仰角定位器外型是四分之一球体状，球的表面由多个金属制成的六棱锥形筒62组成，类似蜂窝状。六棱锥形筒62的内腔壁68经喷沙处理并涂以黑色，当阳光线照射到六棱锥形筒62内测壁时形成漫反射，从而使与六棱锥形筒轴线不平行的太阳光线不对光敏二极管VD11产生干扰。六棱锥形筒62的底部装有光敏二极管VD11，光敏二极管VD11的管脚与信号线66焊接，光敏二极管VD11负极通过信号线66与图6中R11焊接，光敏二极管VD11正极通过信号线66与图6中模拟电子开关4066的12脚和13脚焊接。图6方位和仰角定位线路板65固定在图5外围壳体61内。进一步具体说明：例如太阳光线照射到六棱锥形筒XY内腔，该内腔中光敏二极管通过图6方位和仰角定位线路向图10中的74LS153发出一个方位是Xx、仰角是Yy的指令信号。图6与图10的连接，是通过图6的方位仰角信号输出口67与图10的方位仰角信号输入口连接。

为了叙述方便，图6中蜂窝式传感器中光敏二极管及模拟电子开关(4066)的数量为3×3，实际数量可以是90个。同样，在电路控制部分方位电机、仰角电机及驱动电路等的数量也不止3个，实际数量需要根据现场用户数量确定。

光敏二极管VD11被光照射后电阻显著降低(可视为导通)。若为夜晚或阴天没有强太阳光线时，所有的光敏二极管VD11都不导通，多路数据选择器74LS153的D0或D1端由于接地电阻R1和R2的作用电位为零，系统不对反光镜进行调整。当有较强的太阳光线时，某一只光敏二极管VD11导通，其控制的两个模拟电子开关(4066)导通，RX1～RX4及R1将确定一个唯一的电压Vx，RY1～RY4及R2也将确定一个唯一的电压Vy。将此电压值预先存于单片机中。当实际测量的两个电压与此预存的电压相差在误差范围之内时，系统确认该二极管VD11导通，由此确定了此时太阳光线的方位和仰角。

四分之一球体状可以用透明的有机玻璃罩64罩盖，在蜂窝式太阳光线方位和仰角定位器组装调试完毕后，通过双侧旋钮63旋至到上半部分并固定，使其达到防尘、防雨的保护作用。蜂窝式太阳光线方位和仰角定位器的外围壳体61是由金属加工而成，其外环有四个固定螺栓孔60与图4中北侧楼房55墙体连接。

实施例3本发明的电子控制部分，如图9、10、11所示。

74LS153为4选1数据选择器，其输入端D0、D1的作用是测量太阳光线的方位，输入端的D2、D3作用是测量反光镜的方位。74LS153的选通由单片机AT89C52控制。

AD0804为8位AD转换器，将输入的模拟信号转换为数字量后，传输给单片机P1端口。R3、R4提供AD转换所需要的参考电压。

方位、仰角跟踪电机Mx、My与反射镜方位、仰角驱动电机做同步的运动，其带动的是滑线变阻器Wx、Wy的滑动端，滑线变阻器的输出电压(代表反射镜的实际位置)被传输到74LS153的输入端D2、D3。经校准后，单片机AT89C52可将74LS153的输入端D0、D1、D2、D3的电压值转换为太阳光线的方位和仰角(θ0、Φ0)和反射镜法线的方位和仰角(θ1、Φ1)。按键K1、K2、K3组成矩阵键盘，用于安装调试时给系统设定反射镜的出射光线的方位。设定值可由数码管显示。数码管显示既可以在键盘部分输入反射镜出射线角度时，由三位数码管显示θ0、Φ0数值，又可以在调整反射镜方向时，显示反射镜实际方位θ2′、Φ2′数值，显示精度为1度。74HC573为锁存器，为三个数码管输出编译后的显示信号。其锁存信号由单片机P06P07和int0脚提供。

单片机AT89C52根据设定的反射镜的出射光线的向(θ0、Φ0)、太阳光线的方向(θ1、Φ1)计算出反射镜法线应处于的方位仰角，即设定值(θ2、Φ2，θ2＝1/2(θ0+θ1)，Φ2＝1/2(Φ0+Φ1))、再由滑线变阻器Wx、Wy测量出反射镜法线此时的方向(θ2′、Φ2′)，单片机AT89C52根据反射镜法线方向设定值和实际值的差值，驱动反射镜的驱动电机对反射镜的方向进行调整，使反射镜的法线方向实际方向与设定值一致。反射镜的出射光线的调整每20分钟进行一次采集，由单片机AT89C52计中的定时器确定采集时刻。

三路方位、仰角驱动电机驱动脉冲信号由单片机AT89C52中P00～P02端口输出，由三相脉冲的顺序调整方位、仰角的驱动电机和跟踪电机的正、反转动。LM324起阻抗匹配作用，提高单片机带载能力，即，由集成运放LM324组成的电压跟随器提高了方位、仰角驱动电机和跟踪电机驱动电路的输入阻抗，避免单片机AT89C52负载过重。驱动采用三极管BD237，其V_CBO＝100V，V_CEO＝80V，I_C＝2A。方位、仰角驱动电机和跟踪电机采用三相反应式步进电机36BF003，步距角1.5°，电压27V，电流1.5A。图中L11～L13为第一个电机的三个绕组，二极管D11～D13型号为IN4007，起续流作用。

正5V电源1套，为控制系统供电。正负12V电源为电压跟随器(由LM324组成)供电，27V电机电源采用JP牌2720型开关电源，其输出电压为27V，电流2A。正5V电源一套，正负12V和27V电源每个反射镜各一套，正负12V和27V电源的交流输入端。

实施例4本发明的安装调试。

步骤一、初次安装时，要确定出射光线方向(θ0、Φ0)，由键盘输入给单片机AT89C52中定义的与θ0、Φ0相关的变量(A0，B0)。

步骤二、太阳光线方位测量

如光敏二极管VD11受光照反向导通，电阻R11与VD11的结点为高电平，受该点电位控制的模拟开关4066的两组开关1、2脚和10、11导通，a、b点的电压Vx和Vy为

和

在单片机中预先输入Vx～θ、Vy～φ两个表格，由Vx和Vy的值可唯一确定θ1、φ1。单片机AT89C52的X1、X2输出00，使4选1数据选择器74LS153的D0与输出端Y接通，经AD0804将Vx转换为数字量并传输给单片机AT89C52中的定义的变量A1。X1、X2脚输出01，接通74LS153的D1，经AD0804将Vy转换为数字量并传输给单片机AT89C52中的定义的变量B1。单片机查表确定太阳光线的方向(θ1、Φ1)。

步骤三、计算此时反射镜的理论方向(θ2、Φ2)。

根依几何光学，反射镜的法线平分入射光线和反射光线的夹角，所以计算公式为θ₂＝1/2(G₀+θ₁)，Φ₂＝1/2(Φ₀+Φ₁)。

步骤四、测量反射镜实际方向(θ2′、Φ2′)。

单片机X1、X2脚输出10、11，将74LS153的D2、D3端先后与输出端Y联通，Wx、Wy的电压经AD0804转换为数字信号后从单片机P0端输入单片机，赋给变量A2、B2，乘以系数(180/5)变换为反射镜的实际方位(θ2′、Φ2′)。

步骤五，调整反射镜方向

单片机AT89C52根据反射镜的理论值和实际值，从P0端口输出脉冲信号，驱动方位电机和仰角电机，使反射镜的实际值向理论值靠近。在此过程中单片机AT89C52不断对实际值进行检测，当实际值与理论值一致后，停止方位和仰角跟踪电机。

可以每20分钟重复步骤二——步骤五一次。

实施例5本发明的电动方位机械和电动仰角机械部分。如图7所示。

图7中，当接受到图11的方位偏转指令时，方位驱动电机80经减速器90减速，带动齿轮传动轴81，在半环齿轮87转动，使方位底座88在轴承89支撑下与基座75产生平稳转动，达到方位跟踪的效果。在半环齿轮87的两端装有方位制动装置83，以便在机器产生故障时及时切断方位驱动电机80的电源。

当接受到图6的仰角偏转指令时，仰角驱动电机91经减速器73减速，带动齿轮传动轴74，齿轮传动轴74与仰角大齿轮77外圆上的轮齿76咬合，并带动仰角大齿轮77上固定的仰角传动杆71，仰角传动杆71与反射镜面固定板72连接。仰角大齿轮77通过传动轴承78连接仰角支架82，仰角支架82固定在方位底座88上，仰角支架82上装有两个仰角制动装置70，以便在机器产生故障时及时切断仰角驱动电机91的电源。在方位底座88上装有三个外壳支架79，外壳支架79与图8中的外壳86相固定。

为增加机械强度及方位和仰角的行程，所有部件均由金属制成，

实施例6本发明的电动方位机械和电动仰角机械外观。如图8所示。

图8中，反射镜面固定板72上的螺孔85通过螺丝与反射镜框95固定，反射镜框95中装有反射镜50。基座75与北侧楼55墙体的连接，是用连接固定支架92连接并固定。图7中的外壳支架79与图8外壳86通过固定螺丝93连接固定。在外壳86上开有一条通道84供仰角传动杆71的活动空间，外壳86起到对电动方位和仰角机械防尘、防阳光照射和防雨等保护作用。

Claims

1.一种蜂窝式阳光跟随控制系统，其特征是，由蜂窝式太阳光线方位和仰角定位部分、电子控制部分、电动方位机械和电动仰角机械部分组成；

所述的蜂窝式太阳光线方位和仰角定位部分，由六棱锥形筒(62)排列构成1/4球面的形状，安装在外围壳体(61)内，六棱锥形筒(62)的内腔壁68处理成粗糙并涂黑色；每个六棱锥形筒(62)里端各装有一个光敏二极管(VD11)；固定在外围壳体(61)内的方位和仰角定位线路板(65)主要由模拟电子开关4066和电阻RX1～RX4、R1、RY1～RY4、R2及R11组成，光敏二极管(VD11)负极通过信号线(66)与R11连接，光敏二极管(VD11)正极通过信号线(66)与模拟电子开关4066的12脚和13脚连接；每个六棱锥形筒(62)在蜂窝中所处的角度不同，在任意时刻只有一个光敏二极管(VD11)接受太阳光线照射而导通，从而确定太阳光线的方位θ1和仰角Φ1；与太阳光线的方位θ1和仰角Φ1所对应的直流电压由方位仰角信号输出口(67)输出给多路数据选择器电路的方位仰角信号输入口；

所述的电子控制部分，由多路数据选择器电路、AD转换器、单片机、方位和仰角跟踪电机电路、键盘电路、方位电机和仰角电机驱动电路组成；多路数据选择器电路主要由74LS153芯片构成，其输入端D0、D1输入由蜂窝式传感器测量的与太阳光线的方位θ1和仰角Φ1所对应的直流电压，输入端D3、D4输入由滑线变阻器Wx、Wy确定的与平面反射镜法线的方位θ2和仰角Φ2所对应的直流电压；数据的选通由单片机的X1、X2管脚控制；74LS153芯片的Y脚为数据输出端，与AD0804型号的AD转换器的输入端6脚相连；AD转换器输出的8位数字量由AT89C52型号的单片机的P1输入/输出端口输入单片机；反射镜出射线的方位θ0和仰角Φ0由键盘电路输入单片机，其中按键K1、按键K2、按键K3分别与单片机的T1、INT1、INT0脚连接，按键K1接高电平时，由按键K2、按键K3设定反射镜出射线的方位θ0，按键K1接低电平时，由按键K2、按键K3设定反射镜出射线的仰角Φ0；单片机根据太阳光线的方向计算反射镜应处于的方位θ2和仰角Φ2，单片机测量反射镜实际方位62′和仰角Φ2′，驱动方位电机和仰角电机使反射镜实际方位θ2′和仰角Φ2′趋近反射镜应处于的方位θ2和仰角Φ2；方位电机和仰角电机驱动电路是将各电机绕组经BD237型号的三极管、阻抗匹配作用的LM324芯片，分别与单片机的P00～P02或P03～P05脚连接，由输出三相脉冲的频率和顺序控制方位电机和仰角电机的转速和转向；方位和仰角跟踪电机电路是将各跟踪电机绕组BD237型号的三极管、阻抗匹配作用的LM324芯片，与单片机的P00～P02或P03～P05脚连接；方位和仰角跟踪电机通过减速器分别与相对应的方位电机和仰角电机同步运动，并分别带动滑线变阻器Wx、Wy的滑动端运动，代表反射镜的实际位置的滑线变阻器输出电压被传输到74LS153芯片的输入端D2、D3；

所述的电动方位机械部分，由方位电机、减速器、半环齿条、方位底座、轴承支撑架、制动装置构成；当接收到方位和仰角电机驱动电路的方位偏转指令时，方位驱动电机(80)经减速器(90)减速，带动齿轮传动轴(81)，在半环齿条(87)上转动，使方位底座(88)在轴承(89)支撑下与基座(75)产生平稳转动，达到方位跟踪的效果；

所述的电动仰角机械部分，由仰角电机、减速器、大齿轮、大齿轮支架、制动装置构成；当接收到方位和仰角电机驱动电路的仰角偏转指令时，仰角驱动电机(91)经减速器(73)减速，带动齿轮传动轴(74)，齿轮传动轴(74)与仰角大齿轮(77)外圆上的轮齿(76)咬合，并带动仰角大齿轮(77)上固定的仰角传动杆(71)，仰角传动杆(71)与反射镜面固定板(72)连接，反射镜(50)装在反射镜面固定板(72)上。

2.按照权利要求1所述的蜂窝式阳光跟随控制系统，其特征是，所述的电子控制部分，结构还有由芯片74HC573构成的锁存器，为数码管输出编译后的显示信号，其锁存信号由单片机P06P07和int0脚提供，由键盘部分输入反射镜出射线角度时，由三位数码管显示θ0、Φ0数值，调整反射镜方向时，显示反射镜实际方位θ2′、Φ2′数值。

3.按照权利要求1所述的蜂窝式阳光跟随控制系统，其特征是，所述的电动方位机械部分中，在半环齿轮(87)的两端装有方位制动装置(83)，控制方位行程范围，在机器产生故障时切断方位驱动电机(80)的电源；所述的电动仰角机械部分中，仰角大齿轮(77)通过传动轴承(78)连接仰角支架(82)，仰角支架(82)固定在方位底座(88)上，仰角支架(82)上装有两个仰角制动装置(70)，控制仰角行程范围，以便在机器产生故障时切断仰角驱动电机(91)的电源。