CN103135601A - 一种根据太阳角度变化定向跟踪反光镜的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种根据太阳角度变化定向跟踪反光镜的控制系统，包括光线采样探测器，光线采样探测器的输出依次通过光电转换器、信号放大电路、A/D转化电路和数值比较电路后，输入到主控制器，主控制器的控制信号输出反光镜固定装置上的驱动装置控制定向反光镜的旋转，所述光线采样探测器负责采集当前太阳光线并将光线作用到其中的光敏元件，通过光电转化器将光信号转换为电信号，通过信号放大电路的作用将转化成的电信号加以放大，放大后的电信号经过A/D转化电路将模拟电信号转化为数字信号，数字信号通过数值比较电路的比较把比较结果传给主控制器作为控制和决策的依据。本发明消除了预置元件参数干扰，提高了太阳光线角度获取精度，角度旋转跟踪更加精细化。

Description

一种根据太阳角度变化定向跟踪反光镜的控制系统

技术领域

本发明涉及到一种根据太阳角度变化定向跟踪反光镜的控制系统。

背景技术

阳能设备以其易架设、寿命长、节能环保，无噪音、无尾气等突出特点越来越受到各界的青睐。目前，太阳能的利用存在着巨大的发展空间，对太阳能的利用已经摆脱小规模逐步走向专业化，它从军事领域、通信领域到城市建设领域等都起到了重大的作用。发展太阳能产业已被许多发达国家作为其能源战略的一个重要组成部分。

不同的经纬度地区同一时刻阳光的照射会呈现出不同的角度，同一经纬度地区一年四季中每一天不同时刻阳光的直射角度也随时都处在变化之中。目前针对太阳光线的定位大都是利用日点轨迹方程作为跟踪依据对太阳进行跟踪，对于不同的经纬度地区需要加不同的修正系数，实际操作起来不仅复杂度高而且准确性和通用性受到很大的限制。

太阳跟踪控制系统一般分为电动式和机械式两大类。其中机械式跟踪系统稳定性差、精确度低。电动式太阳跟踪系统主要由工控机或微型计算机来实现，通过编程预置日期时间等参数，根据太阳的运行规律算出当时太阳的方位角和高度角，调节聚光器位置，再根据传感器感测的偏差信号，进一步调节反光镜。但是这种方式由于工控机价格昂贵造成系统成本过高，不宜于实用推广。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种根据太阳角度变化定向跟踪反光镜的控制系统，利用对太阳光线进行采样分析，从而确定出太阳的高度角和方位角，并控制反光镜始终正面垂直于太阳光线的照射方向，从而最大限度收集太阳能量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种根据太阳角度变化定向跟踪反光镜的控制系统，包括光线采样探测器，光线采样探测器的输出依次通过光电转换器、信号放大电路、A/D转化电路和数值比较电路后，输入到主控制器，主控制器的控制信号输出反光镜固定装置上的驱动装置控制定向反光镜的旋转。

所述光线采样探测器负责采集当前太阳光线并将光线作用到其中的光敏元件，通过光电转化器将光信号转换为电信号，通过信号放大电路的作用将转化成的电信号加以放大，放大后的电信号经过A/D转化电路将模拟电信号转化为数字信号，数字信号通过数值比较电路的比较把比较结果传给主控制器作为控制和决策的依据。

所述主控制器采用单片机或ARM嵌入式系统。

所述反光镜固定装置采用呈T型布列的两根旋转轴来实现，两根旋转轴均由步进电机进行驱动旋转。

所述步进电机连接旋转轴可以使反光镜的角度调整精细到0.01度。

所述光线采样探测器为在两组V型槽底部分别布置光敏元件所成。

每组V型槽中槽体夹角为3度。

本发明的优点是：(1)控制原理简单，使用的硬件少，大大降低了成本。(2)采用信号差动式结构，有效地消除了预置元件参数的干扰，提高了太阳光线角度获取的精度。(3)高精度步进电机的引入提高了反光镜调整的角度，使角度的旋转跟踪更加精细化。

附图说明

附图为本发明结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如附图所示，本发明主要包括光线采样探测器、光电转化器、信号放大电路、A/D转化电路、数值比较电路、主控制器、驱动装置、定向反光镜、反光镜固定装置九个组成部分。所述光线采样探测器负责采集当前的太阳光线进行探测；所述光电转化器负责将采集的光信号转化为电信号供后续模块处理；所述信号放大电路负责将光电转化器转化来的电信号进行放大，从而提高探测的精度，另一方面可以将主控制器对驱动装置的控制信号进行放大；所述A/D转化电路负责将电信号转化为数字信号，以提供给数字电路分析比较；所述数值比较电路负责比较当前采集信号的强弱，从而将比较结果作为控制器发出何种控制指令的依据；所述控制器负责整个系统的协调和控制；所述驱动装置安装在定向反光镜的固定装置上用来驱动定向反光镜进行旋转；所述反光镜负责将太阳光线以汇聚、发散或平行方式反射到特定目标。上述九个系统部件共同作用使定向反光镜始终垂直于太阳光线照射方向进行布置，从而最大效率地利用太阳能。

本发明中所用主控制器可以利用单片机来实现，以代替传统软件控制时以工控机或微机来实现的方式，降低系统的生产成本。本发明中所用光线采样探测器为两组V型槽，每组V型槽底部均布置用高精度光敏探测器，两组V型槽一组水平放置，一组垂直放置，且均连接在固定反光镜的固定装置上。V型槽的两个槽体互成5度的夹角，通过比较槽体底部光敏元件感受到的太阳光线强弱来确定当前反光镜的倾斜角度是否匹配太阳照射角度，只有当两光敏元件接受的光信号等强度是才说明二者匹配，否则就要通过系统控制将反光镜进行适当的旋转。光信号强弱的比较是通过光电转换后利用数值比较电路来实现的。反光镜固定装置可采用两根旋转轴呈T型放置来实现，水平旋转轴负责控制反光镜对准太阳的高度角，垂直旋转轴负责控制反光镜对准太阳的方位角。两根旋转轴上都连接有步进电机，通过步进电机作为驱动装置控制其旋转。垂直旋转轴转动时可以带动水平旋转轴和反光镜一起沿水平方向旋转。本发明所用的反光镜可以是凹镜、凸镜和平面镜，分别可以实现太阳光线的汇聚、发散和平行反射，可以根据实际需要(例如太阳灶、太阳光线照明等)进行不同的选择替换。

以上所述，仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种根据太阳角度变化定向跟踪反光镜的控制系统，包括光线采样探测器，其特征在于：光线采样探测器的输出依次通过光电转换器、信号放大电路、A/D转化电路和数值比较电路后，输入到主控制器，主控制器的控制信号输出反光镜固定装置上的驱动装置控制定向反光镜的旋转。

2.根据权利要求1所述的根据太阳角度变化定向跟踪反光镜的控制系统，其特征在于：所述光线采样探测器负责采集当前太阳光线并将光线作用到其中的光敏元件，通过光电转化器将光信号转换为电信号，通过信号放大电路的作用将转化成的电信号加以放大，放大后的电信号经过A/D转化电路将模拟电信号转化为数字信号，数字信号通过数值比较电路的比较把比较结果传给主控制器作为控制和决策的依据。

3.根据权利要求1所述的根据太阳角度变化定向跟踪反光镜的控制系统，其特征在于：所述主控制器采用单片机或ARM嵌入式系统。

4.根据权利要求1所述的根据太阳角度变化定向跟踪反光镜的控制系统，其特征在于：所述反光镜固定装置采用呈T型布列的两根旋转轴来实现，两根旋转轴均由步进电机进行驱动旋转。

5.根据权利要求4所述的根据太阳角度变化定向跟踪反光镜的控制系统，其特征在于：所述步进电机连接旋转轴可以使反光镜的角度调整精细到0.01度。

6.根据权利要求1所述的根据太阳角度变化定向跟踪反光镜的控制系统，其特征在于：所述光线采样探测器为在两组V型槽底部分别布置光敏元件所成。

7.根据权利要求6所述的根据太阳角度变化定向跟踪反光镜的控制系统，其特征在于：每组V型槽中槽体夹角为3度。

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