CN102749932A - 用于太阳能路灯的追日控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于太阳能路灯的追日控制系统及方法，其系统包括：控制器、方位角测量装置、高度角测量装置、计时器、方位角调节机构和高度角调节机构；方位角测量装置、高度角测量装置、计时器、方位角调节机构和高度角调节机构分别与控制器连接。其方法包括以下步骤：设置当前时间、输入地理位置；计算出电池板方位角及高度角；测量当前实际所处姿态信息；调节姿态。本发明结构简单，成本低，调节准确度高；电池板的转动灵活、结构稳固，增强了电池板的抗风性能；电池板及支撑杆上设置了避雷装置，提高了太阳能路灯在雷雨天气下的使用安全及寿命；此外，本发明还具有智能化程度高、使用和维修方便等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能路灯的追日控制系统及方法。
背景技术
社会和经济的快速发展、人民生活水平的不断提高的同时，能源和环境问题越来越尖锐，为此，联合国提出了可持续发展战略，指既满足当代人的需求，又不损害后代人满足其需求的能力，是科学发展观的基本要求之一。在可持续发展战略的指引下，节能减排思想得到不断推广，可再生能源的使用也越来越广泛。在可再生能源中，由于太阳能是一种清洁、高效、获取便捷且可持续的新能源，尤为被人们重视，应用也极其广泛，太阳能路灯就是其中一个意义重大的应用。
现有的太阳能路灯的电池板多固定安装在支撑架上，不能随着太阳位置的变化实时调整电池板的位置，无法使太阳能电池板随时发挥其最大的发电效率，尤其是在上午与下午太阳斜射时，效果都不太理想。
目前，市场上也出现了一批具有追日功能的太阳能发电组件，由于其对日角度可以随着太阳的位置变化而实时调整，时刻保证对太阳光的最大吸收，因此，其发电功率比传统固定式太阳能发电系统提高了35%以上，而成本只提高了5%～10%。
然而，现有太阳能路灯的追日控制系统普遍存在结构复杂、制造成本高且稳固性差，抗风、抗雷雨的稳定性也较弱，使用寿命较短等缺点。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种智能化程度高、使用方便、结构简单、制造成本低、结构稳固性好，抗风、抗雷雨的稳定性强、使用寿命长的用于太阳能路灯的追日控制系统及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：用于太阳能路灯的追日控制系统，用于控制太阳能路灯的电池板在支撑杆的支撑下围绕电池板下方中心位置的万向接头随太阳光的照射位置旋转，它包括：
用于核心控制的控制器；
用于初始化时测量电池板所处方位角、高度角的方位角测量装置和高度角测量装置；
用于提供系统当前时间的计时器；
用于实时调节电池板方位角、高度角的方位角调节机构和高度角调节机构；
所述的方位角调节机构包括方位角调节伺服电机、齿轮a和链条a，方位角调节伺服电机的控制电路与控制器电连接，齿轮a固定安装在方位角调节伺服电机的转轴上，链条a的两端分别固定安装在电池板的两个宽边的中心位置，齿轮a与链条a啮合；
所述的高度角调节机构包括高度角调节伺服电机、齿轮b和链条b，高度角调节伺服电机的控制电路与控制器电连接，齿轮b固定安装在高度角调节伺服电机的转轴上，链条b的两端分别固定安装在电池板的两个长边的中心位置，齿轮b与链条b啮合；
方位角测量装置、高度角测量装置、计时器、方位角调节伺服电机和高度角调节伺服电机分别与控制器连接。
本发明所述的方位角测量装置包括陀螺仪。
本发明所述的高度角测量装置包括加速度传感器。
用于太阳能路灯的追日控制方法，它包括以下步骤：
S1：对计时器设置当前时间，并将当地的地理位置信息输入至控制器；
S2：控制器根据计时器提供的当前时间和输入的当地地理位置信息，计算出当前太阳所处的相对位置，进而得到电池板应该保持的方位角和高度角；
S3：通过方位角测量装置和高度角测量装置测量出电池板当前实际所处姿态信息，包括电池板的方位角和高度角；
S4：控制器分别控制方位角调节机构和高度角调节机构调节电池板的方位角及高度角大小，使其与步骤S2计算所得的方位角及高度角大小相等；
S5：时延后循环步骤S2～S4。
本发明所述的地理位置信息包括经纬度信息。
本发明所述的控制器控制方位角调节机构调节电池板的方位角大小的步骤包括以下步骤：
a1：控制器输出控制信号至方位角调节伺服电机的控制电路；
a2：控制电路控制转轴转动；
a3：转轴的转动带动固定在转轴上的齿轮a转动；
a4：链条a牵引电池板的两个宽边上下移动，达到调节电池板方位角大小的目的。
本发明所述的控制器控制高度角调节机构调节电池板的高度角大小的步骤包括以下步骤：
a1：控制器输出控制信号至高度角调节伺服电机的控制电路；
a2：控制电路控制转轴转动；
a3：转轴的转动带动固定在转轴上的齿轮b转动；
a4：链条b牵引电池板的两个长边上下移动，达到调节电池板高度角大小的目的。
本发明的有益效果是：方位角测量装置和高度角测量装置配合使用可精确测量电池板的水平及垂直倾角（姿态），为电池板位置的精确调整提供了基础且不受环境影响、测量可靠性高；方位角、高度角调节机构虽然采用简单的齿轮结构，成本也很低，但在伺服电机的控制下，对于方位角和高度角的调节准确度很高；电池板与支撑杆的连接处设置万向接头，使得电池板的转动十分灵活，整体结构也十分稳固，增强了电池板的抗风性能；电池板及支撑杆上设置了避雷装置，提高了太阳能路灯在雷雨天气下的使用安全及其使用寿命；此外，本发明还具有智能化程度高、使用和维修方便等特点。
附图说明
图1为本发明追日系统结构示意框图；
图2为方位角为0时太阳能组件的结构示意图；
图3为方位角为15°时太阳能组件的结构示意图；
图4为图2的仰视图；
图5为本发明支撑杆的结构示意图；
图中，1-电池板，2-支撑杆，3-万向接头，4-齿轮a，5-链条a，6-齿轮b，7-链条b。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，用于太阳能路灯的追日控制系统，用于控制太阳能路灯的电池板1在支撑杆2的支撑下围绕电池板1下方中心位置的万向接头3随太阳光的照射位置旋转，它包括：
用于核心控制的控制器；
用于初始化时测量电池板1所处方位角、高度角的陀螺仪和加速度传感器；
用于提供系统当前时间的计时器；
用于实时调节电池板1方位角、高度角的方位角调节机构和高度角调节机构；
方位角测量装置、高度角测量装置、计时器、方位角调节伺服电机和高度角调节伺服电机分别与控制器连接。
如图2、图3和图4所示，方位角调节机构包括方位角调节伺服电机、齿轮a4和链条a5，方位角调节伺服电机的控制电路与控制器电连接，齿轮a4固定安装在方位角调节伺服电机的转轴上，链条a5的两端分别固定安装在电池板1的两个宽边的中心位置，齿轮a4与链条a5啮合；高度角调节机构包括高度角调节伺服电机、齿轮b6和链条b7，高度角调节伺服电机的控制电路与控制器电连接，齿轮b6固定安装在高度角调节伺服电机的转轴上，链条b7的两端分别固定安装在电池板1的两个长边的中心位置，齿轮b6与链条b7啮合。
如图5所示，齿轮a4和齿轮b6分别设置在中空的支撑杆2的中心部位，支撑杆2上位于上方的通孔用于安装齿轮b6，位于下方的通孔用于安装齿轮a4。
用于太阳能路灯的追日控制方法，它包括以下步骤：
S1：对计时器设置当前时间，并将当地的地理位置信息输入至控制器，地理位置信息包括经纬度信息；
S2：控制器根据计时器提供的当前时间和输入的当地地理位置信息，计算出当前太阳所处的相对位置，进而得到电池板1应该保持的方位角和高度角；
S3：通过陀螺仪和加速度传感器测量出电池板1当前实际所处姿态信息，包括电池板1的方位角和高度角；
S4：控制器分别控制方位角调节机构和高度角调节机构调节电池板1的方位角及高度角大小，使其与步骤S2计算所得的方位角及高度角大小相等；
S5：时延后循环步骤S2～S4。
控制器控制方位角调节机构调节电池板1的方位角大小的步骤包括以下步骤：
a1：控制器输出控制信号至方位角调节伺服电机的控制电路；
a2：控制电路控制转轴转动；
a3：转轴的转动带动固定在转轴上的齿轮a4转动；
a4：链条a5牵引电池板1的两个宽边上下移动，达到调节电池板1方位角大小的目的。
控制器控制高度角调节机构调节电池板1的高度角大小的步骤包括以下步骤：
a1：控制器输出控制信号至高度角调节伺服电机的控制电路；
a2：控制电路控制转轴转动；
a3：转轴的转动带动固定在转轴上的齿轮b6转动；
a4：链条b7牵引电池板1的两个长边上下移动，达到调节电池板1高度角大小的目的。
Claims (7)
1.用于太阳能路灯的追日控制系统，用于控制太阳能路灯的电池板（1）在支撑杆（2）的支撑下围绕电池板（1）下方中心位置的万向接头（3）随太阳光的照射位置旋转，其特征在于：它包括：
用于核心控制的控制器；
用于初始化时测量电池板（1）所处方位角、高度角的方位角测量装置和高度角测量装置；
用于提供系统当前时间的计时器；
用于实时调节电池板（1）方位角、高度角的方位角调节机构和高度角调节机构；
所述的方位角调节机构包括方位角调节伺服电机、齿轮a（4）和链条a（5），方位角调节伺服电机的控制电路与控制器电连接，齿轮a（4）固定安装在方位角调节伺服电机的转轴上，链条a（5）的两端分别固定安装在电池板（1）的两个宽边的中心位置，齿轮a（4）与链条a（5）啮合；
所述的高度角调节机构包括高度角调节伺服电机、齿轮b（6）和链条b（7），高度角调节伺服电机的控制电路与控制器电连接，齿轮b（6）固定安装在高度角调节伺服电机的转轴上，链条b（7）的两端分别固定安装在电池板（1）的两个长边的中心位置，齿轮b（6）与链条b（7）啮合；
方位角测量装置、高度角测量装置、计时器、方位角调节伺服电机和高度角调节伺服电机分别与控制器连接。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能路灯的追日控制系统，其特征在于：所述的方位角测量装置包括陀螺仪。
3.根据权利要求1所述的用于太阳能路灯的追日控制系统，其特征在于：所述的高度角测量装置包括加速度传感器。
4.用于太阳能路灯的追日控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1：对计时器设置当前时间，并将当地的地理位置信息输入至控制器；
S2：控制器根据计时器提供的当前时间和输入的当地地理位置信息，计算出当前太阳所处的相对位置，进而得到电池板（1）应该保持的方位角和高度角；
S3：通过方位角测量装置和高度角测量装置测量出电池板（1）当前实际所处姿态信息，包括电池板（1）的方位角和高度角；
S4：控制器分别控制方位角调节机构和高度角调节机构调节电池板（1）的方位角及高度角大小，使其与步骤S2计算所得的方位角及高度角大小相等；
S5：时延后循环步骤S2～S4。
5.根据权利要求4所述的用于太阳能路灯的追日控制方法，其特征在于：所述的地理位置信息包括经纬度信息。
6.根据权利要求4所述的用于太阳能路灯的追日控制方法，其特征在于：所述的控制器控制方位角调节机构调节电池板（1）的方位角大小的步骤包括以下步骤：
a1：控制器输出控制信号至方位角调节伺服电机的控制电路；
a2：控制电路控制转轴转动；
a3：转轴的转动带动固定在转轴上的齿轮a（4）转动；
a4：链条a（5）牵引电池板（1）的两个宽边上下移动，达到调节电池板（1）方位角大小的目的。
7.根据权利要求4所述的用于太阳能路灯的追日控制方法，其特征在于：所述的控制器控制高度角调节机构调节电池板（1）的高度角大小的步骤包括以下步骤：
a1：控制器输出控制信号至高度角调节伺服电机的控制电路；
a2：控制电路控制转轴转动；
a3：转轴的转动带动固定在转轴上的齿轮b（6）转动；
a4：链条b（7）牵引电池板（1）的两个长边上下移动，达到调节电池板（1）高度角大小的目的。
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