CN102789239B - 一种双轴高精度太阳追踪电机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双轴高精度太阳追踪电机控制器，包括电源接口、单片机和电路板，电路板上设有光敏传感器和4个继电器，光敏传感器位于继电器四周，继电器位于电路板的上方，光敏传感器位于电路板的下方，电路板上设有透光孔，光敏传感器感光面朝上，光敏传感器通过透光孔能接收到太阳光，电源接口通过电源转换电路连接单片机，所述单片机接收光敏传感器的信号后发送控制信号给相应的继电器，所述继电器接收控制信号后使电机发生停止或左、右、俯、仰运转。本发明是基于太阳光线的直线传播和光电效应原理测量太阳方位的仪器，能实现太阳的自动追踪，并且能手动遥控操作，自动追踪精度在3°以内，保证了最大效率的太阳能利用。

Description

一种双轴高精度太阳追踪电机控制器

技术领域

本发明涉及太阳方位的测量，特别涉及一种用于高精度太阳追踪装置。

背景技术

世界的能源体系基本是以石油、煤矿和天然气为主，这些都属于非可再生资源。随着人类的发展和社会的进步对能源的依赖性在逐渐的增强，其中石油尤为明显。20世纪50年代以后，由于石油危机的爆发，对世界经济造成巨大影响，国际舆论开始关注起世界“能源危机”问题。许多人甚至预言：世界石油资源将要枯竭，能源危机将是不可避免的。如果不作出重大努力去利用和开发新的能源，那么人类在不久的未来将会面临能源短缺的严重问题。新能源同时要符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。

太阳能是最理想的新能源。照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正的取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能绝对干净，不产生公害。所以太阳能被誉为是理想的能源。然而太阳能也存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题，这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。目前很多的太阳能设备基本上都是固定的，没有充分利用太阳能资源，利用效率低下。以太阳能光伏发电为例，相同条件下自动追踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%以上，成本下降25%，因此在太阳能利用中，进行跟踪是很有必要的。同时随着国家对太阳能利用的大力推广和支持，太阳能的利用在逐渐变的广泛起来，有太阳能灶、太阳能热水器、太阳能窗户遮阳、太阳能采暖、太阳能热发电和太阳能光伏发电等等。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有技术中还没有一种通用型高跟踪精度、高效率的双轴跟踪控制器，可以有效提高太阳能设备的太阳能利用率，减小对非可再生能源的依赖程度迫切需要。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种双轴高精度太阳追踪电机控制器，能适应具体使用环境要求提高太阳能的利用率。

为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：

一种双轴高精度太阳追踪电机控制器，包括电源接口、单片机和电路板，所述电路板上设有光敏传感器和4个继电器，所述光敏传感器位于所述继电器四周，所述继电器位于所述电路板的上方，所述光敏传感器位于所述电路板的下方，所述电路板上设有透光孔，所述光敏传感器感光面朝上，所述光敏传感器通过所述透光孔能接收到太阳光，所述电源接口通过电源转换电路连接单片机，所述单片机接收光敏传感器的信号后发送控制信号给相应的继电器，所述继电器接收控制信号后使电机发生停止或左、右、俯、仰运转。

进一步地，还包括无线接收模块及遥控器，所述无线遥控接收模块用于接收遥控器的信号发送给单片机。

所述无线接收接收模块为射频遥控模块，所述遥控器为射频遥控器。

所述继电器为单刀双掷继电器。

所述电机为12V直流电机，所述电机包括左右电机和俯仰电机，所述左右电机用于接收继电器的输出后进行左、右或停止运转，所述俯仰电机用于接收继电器的输出后进行俯、仰或停止运转。所述光敏传感器是光敏电阻、光敏二极管或者光敏三极管。

所述光敏传感器为6个，每一个光敏传感器对应一个透光孔，所述光敏传感器的透光孔分布在继电器的周围，相邻继电器之间的间距在0.5-1.5mm，所述4个继电器呈“T”字形分布。

所述透光孔直径为2.4mm，所述透光孔位置贴于继电器的中部边缘。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

本发明是基于太阳光线的直线传播和光电效应原理测量太阳方位的仪器，能实现太阳的自动追踪，并且能手动遥控操作，自动追踪精度在3°以内，保证了最大效率的太阳能利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面所列附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是发明实施例提供的一种双轴高精度太阳追踪电机控制器的控制原理图；

图2是发明实施例提供的所述控制器的光线感应原理图；

图3是发明实施例提供的一种双轴高精度太阳追踪电机控制器的电路板结构简图。

图中：1代表光线，2代表电路板上的继电器，3代表电路板，4是光敏元件。

附图中，各标号所代表的组件列表如下：

1.电源接口，2.单片机，3.电路板，4.光敏传感器，5.继电器，6.电机，7.射频遥控接收模块，8.光线，9电源转换电路。

D1左侧光强检测传感器，D2右侧光强检测传感器，D3左右方向矫正光强检测传感器，D4上方光强检测传感器，D5下面光强检测传感器，D6俯仰方向矫正光强检测传感器，K1、K2左右电机控制继电器，K3、K4俯仰电机控制继电器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1和图2，一种双轴高精度太阳追踪电机控制器，包括电源接口1和单片机2和电路板3，电路板3上设有光敏传感器4和4个继电器5，光敏传感器4紧靠在继电器5四周，继电器5位于电路板3的上方，光敏传感器4位于电路板3的下方，电路板3上设有透光孔，光敏传感器4感光面朝上，光敏传感器4通过所述透光孔能接收到太阳光，电源接口1通过电源转换电路9连接单片机2，单片机2接收光敏传感器4的信号后发送控制信号给相应的继电器5，继电器5接收控制信号后使电机6发生停止或左、右、俯、仰运转。

本发明通过控制电机的左、右、俯、仰运转，使电机带动其上的反光板和电池板能自动追踪太阳，保证太阳能的最大利用率。

为了实现自动遥控，本发明还包括无线接收模块及遥控器，无线接收模块优选射频遥控接收模块7，遥控器优选射频遥控器，射频遥控接收模块7用于接收射频遥控器的信号发送给单片机2。

本发明用户遥控控制功能是由通用的四键射频遥控器实现的，首先拿到一个控制器时任意按下某个按键保持5s，遥控器可以自适应并记忆无线遥控码，单片机通过检测遥控器的地址码判断遥控器的编码方式，并记忆这个遥控器的地址码到存储器，遥控器的四个按键其中作用分别是：遥控启用/结束、方向控制、左/上、右/下。本发明可实现用户的无线遥控控制并可以实现自动归位。

作为优选，继电器5为单刀双掷继电器。

作为优选，电机6为12V直流电机。所述电机为12V直流电机，所述电机包括左右电机和俯仰电机，所述左右电机用于接收继电器的输出后进行左、右或停止运转，所述俯仰电机用于接收继电器的输出后进行俯、仰或停止运转。

在有光的条件下可以改变自身的导电性能，光敏传感器可以选择光敏电阻、光敏二极管或者光敏三极管。

参见图3，作为优选，光敏传感器4为6个，每一个光敏传感器对应一个透光孔，光敏传感器4的透光孔分布在4个继电器5的周围，相邻继电器5之间的间距在1.0-1.5mm，4个继电器5呈“T”字形分布。透光孔直径为2.4mm，所述透光孔位置贴于继电器的中部边缘。即左电机控制继电器K1两侧的中部边缘设有左侧光强检测传感器D1和左右方向矫正光强检测传感器D3,俯仰电机控制继电器K3、K4两侧的中部边缘设有下面光强检测传感器D5和上方光强检测传感器D4,两者的中间设有俯仰方向矫正光强检测传感器D6,右侧光强检测传感器D2设置在仰电机控制继电器K4右侧的边缘。

本发明的控制原理：

参见图3，电源由外部提供，经过电源转换电路转换为本发明的控制器需要的直流电压；单片机通过控制2个单刀双掷继电器，即左右电机控制继电器K1、K2，实现了左右电机的电源控制，包括左右电机的正转、反转和停止，左侧光强检测传感器D1、右侧光强检测传感器D2、左右方向矫正光强检测传感器D3均位于左电机控制继电器K1、右电机控制继电器K2和仰电机控制继电器K4的边缘，左侧光强检测传感器D1位于左电机控制继电器K1的左侧，右侧光强检测传感器D2位于右电机控制继电器K2的右侧，左右方向矫正光强检测传感器D3位于左电机控制继电器K1和右电机控制继电器K2之间，这样的位置关系能保证当太阳偏移时对太阳的追踪精度和太阳能的最大利用率。单片机通过控制另外2个单刀双掷继电器，即俯仰电机控制继电器K3、K4，实现了俯仰电机的电源控制，两组同样的电路实现左右和俯仰的追踪；6个光敏传感器模块分别紧靠在4个继电器的周围，依靠继电器的高度来遮挡太阳的光线，横向有3个光敏传感器，分别为左侧光强检测传感器D1、右侧光强检测传感器D2、左右方向矫正光强检测传感器D3，横向的光敏传感器为左右电机的控制提供感测信号。纵向有3个光敏传感器，分别为上方光强检测传感器D4、下面光强检测传感器D5和俯仰方向矫正光强检测传感器D6，纵向的光敏传感器为俯仰电机的控制提供感测信号。在横向上，当光线均射到光敏传感器上时，单片机通过AD采集到的数据也基本一致并判断此时已经正对太阳同时切断电机的电源，这时电机处于停止状态，随着太阳的偏移，靠近太阳一边的光敏传感器，如左侧光强检测传感器D1，左侧光强检测传感器D1光强逐渐增强而中间的左右方向矫正光强检测传感器D3和另一边的右侧光强检测传感器D2光强逐渐减弱，当两个光敏传感器,即左侧光强检测传感器D1和右侧光强检测传感器D2）的光强差值大到一定的阀值,阈值一般为60个AD(模拟数字信号)值,1AD值约为5mv，单片机发送控制信号给继电器使电机向光强的那一边转动，直到与另一边的光强接近一致时停止，在纵向上原理与横向上的一致，只是方向改为俯仰方式。在第二天黎明之前，单片机判断此时的六个光强AD值都小于100个AD值时，延迟10分钟后，单片机发送控制信号给左右电机，使电机根据一天中总的转动的时间从现在的位置反转回初始的位置，以便第二天早上能正好对准太阳升起的方向。根据用户的需要可以遥控俯仰和左右追踪，并且遥控于自动追踪可以由用户遥控切换，本装置中的遥控接收模块实现了此控制功能，为了方便用户的遥控器配置，本装置中还设置了自动学码的功能，常用的射频遥控器都可以实现遥控控制功能。

本发明太阳位置测量根据太阳光线沿直线传播原理，根据影的位置映射出太阳的方位。太阳光线的影是依靠电机控制继电器的侧立面与光线之间的夹角形成的，具体地，参见图2和图3，在左右方向上，当光线8与控制器有个很小的夹角时，此时太阳光照射在左侧光强检测传感器D1上，而右侧光强检测传感器D2、左右方向矫正光强检测传感器D3会被继电器的侧面遮挡住太阳光线，这样单片机经过信号处理与分析判断此时的太阳位置偏左，然后发送驱动信号给控制继电器，使设备向左偏转，当左侧光强检测传感器D1、右侧光强检测传感器D2、左右方向矫正光强检测传感器D3正对太阳时，此刻射在三个光敏传感器上的光强度相同，单片机发送控制信号停止左右转动；同理，俯仰方向上的左右转动控制与左右方向的控制相同，只是方向的区别；在俯仰方向上，当光线8与控制器有个很小的夹角时，此时太阳光照射在上方光强检测传感器D4上，而下面光强检测传感器D5、俯仰方向矫正光强检测传感器D6会被继电器的侧面遮挡住太阳光线，这样单片机经过信号处理与分析判断此时的太阳位置偏上，然后发送驱动信号给控制继电器，使设备向上偏转，当上方光强检测传感器D4、下面光强检测传感器D5、俯仰方向矫正光强检测传感器D6正对太阳时，此刻射在三个光敏传感器上的光强度相同，单片机发送控制信号停止左右转动。在夜间，控制器上的光敏传感器感应的光强度AD接近零，随着黎明的逐渐来临，光强度逐渐增加，在一定的时间内增加到一定的阀值（一般设定为100个AD值），单片机判断此刻为早上来临，并驱动左右电机向右转动，同时开启自动追踪控制，实现一天的自动跟踪。

本发明是基于太阳光线的直线传播和光电效应原理测量太阳方位的仪器，能实现太阳的自动追踪，追踪精度在3°以内，保证了最大效率的太阳能利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双轴高精度太阳追踪电机控制器，其特征在于，包括电源接口、单片机和电路板，所述电路板上设有光敏传感器和4个继电器，所述光敏传感器位于所述继电器四周，所述继电器位于所述电路板的上方，所述光敏传感器位于所述电路板的下方，所述电路板上设有透光孔，所述光敏传感器感光面朝上，所述光敏传感器通过所述透光孔能接收到太阳光，所述电源接口通过电源转换电路连接单片机，所述单片机接收光敏传感器的信号后发送控制信号给相应的继电器，所述继电器接收控制信号后使电机发生停止或左、右、俯、仰运转；

所述光敏传感器为6个，每一个光敏传感器对应一个透光孔，所述光敏传感器的透光孔分布在继电器的周围，相邻继电器之间的间距在1.0-1.5mm，所述4个继电器呈“T”字形分布；

所述透光孔直径为2.4mm，所述透光孔位置贴于继电器的中部边缘。

2.根据权利要求1所述的双轴高精度太阳追踪电机控制器，其特征在于，还包括无线接收模块及遥控器，所述无线接收模块用于接收遥控器的信号发送给单片机。

3.根据权利要求2所述的双轴高精度太阳追踪电机控制器，其特征在于，所述无线接收模块为射频遥控模块，所述遥控器为射频遥控器。

4.根据权利要求1所述的双轴高精度太阳追踪电机控制器，其特征在于，所述继电器为单刀双掷继电器。

5.根据权利要求1所述的双轴高精度太阳追踪电机控制器，其特征在于，所述电机为12V直流电机，所述电机包括左右电机和俯仰电机，所述左右电机用于接收继电器的输出后进行左、右或停止运转，所述俯仰电机用于接收继电器的输出后进行俯、仰或停止运转。

6.根据权利要求1所述的双轴高精度太阳追踪电机控制器，其特征在于，所述光敏传感器是光敏电阻、光敏二极管或者光敏三极管。