CN103604410B - 一种以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器，其特点是：包括一个太阳方向检测装置和太阳方向信号处理装置通过信号连接，能够通过一个太阳方向检测装置和太阳方向信号处理装置实现表征太阳方向的方位角和高度角测量，传感器输出的角度信号为数字信号，并且支持多种信号形式数字输出。具有安装方便、通用性强、结构简单、安装简单、使用方便、检测精度高、成本低，在实现太阳方位角和高度角检测的同时，可将角度信号以数字信号的形式通过多种协议方式外发送；非常适合在光伏发电等太阳能利用场合中的进行太阳方向检测。

Description

一种以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器
技术领域
本发明涉及传感器领域，具体地说，是一种能检测太阳方位角和高度角，并以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器，可广泛应用于光伏发电等太阳能利用场合中的太阳方向检测。
背景技术
太阳能是一种取之不尽，用之不竭的清洁能源，太阳能利用的发展前景非常广阔。传统的太阳能利用装置无法接收太阳的直射光，导致太阳能利用率偏低。现有的太阳跟踪装置通常要求检测装置和控制装置配套使用，而且控制复杂，成本高，使得太阳跟踪受到一定的局限性。一种线阵CCD太阳跟踪角度偏差检测仪虽然可实现太阳偏差角度的检测，但是存在如下几个缺点：其偏差角度检测范围为±10°，无法作为太阳跟踪装置中的太阳方向检测传感器；检测光路将太阳光线直接照射于线阵CCD上，需要设置降低光强的滤光片，因此结构复杂；为同时对高度角和方位角的检测需要设置两套单独的检测光路和信号处理装置，使得体积和成本提高，并且安装复杂。
发明内容
本发明解决的技术问题是,提供一种通用性强、结构简单、安装简单、使用方便、检测精度高，成本低、能输出和太阳方向成对应关系的，以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器。
解决其技术问题采用的技术方案是，一种以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器，其特征是，它包括一个太阳方向检测装置和太阳方向信号处理装置通过信号连接，所述太阳方向检测装置的结构是，包括密闭容器、太阳光线取样模块、光线位置检测模块，所述太阳光线取样模块利用导光缝将太阳光线导入密闭容器的检测面，光线位置检测模块利用摄像头采集密闭容器检测面上的光线图像信息，并将图像信息处理成与光线位置成对应关系的电信号；所述太阳方向信号处理装置的结构是，包括太阳方向信号处理模块和太阳方向信号输出模块，太阳方向信号处理模块利用微处理器对光线位置检测模块输出的电信号进行处理后输出表征太阳方向的方位角和高度角信号，所述的太阳方向电信号输出模块用于将太阳的方位角和高度角以数字信号的形式通过多种协议向外发出。
所述太阳方向检测装置的太阳光线取样模块的正面为取样面，取样面上设置有一对或多对垂直分布的导光缝，利用导光缝将太阳光线导入密闭容器的检测面，所述的检测面设置在密闭容器的底部。
所述太阳方向检测装置的光线位置检测模块安装于太阳光线取样模块的背面，光线位置检测模块利用摄像头检测密闭容器检测面上的光线位置，所述的光线位置检测模块中的摄像头包括CMOS摄像头、CCD摄像头、线性CCD中的任意一种。
所述太阳方向检测装置还包括一个设置在取样面上的环境光照度检测模块，当太阳方向检测装置处于雨天、阴天或夜晚等环境光照度较低场合时，能向太阳方向信号处理装置发送光照度低信号。
所述太阳方向检测装置的太阳光线取样模块的取样面上还设有一个步进电机，用于控制光线位置检测模块完成90°的正反向旋转，分时实现检测面上垂直光线和水平光线的位置检测。
所述太阳方向信号处理装置的太阳方向信号处理模块中选用的微控制器可以是的单片机、数字信号处理器、ARM中的任意一种。
所述太阳方向信号处理装置的太阳方向信号输出模块发送方位角和高度角信号时采用的协议是I2C、SPI、UART、SMBus协议中的任意一种或多种。
所述太阳方向信号处理装置的太阳方向信号输出模块还能向外发送环境光照度低报警电信号。
本发明的一种数字太阳方向检测传感器安装方便、通用性强、结构简单、安装简单、使用方便、检测精度高、成本低，在实现太阳方位角和高度角检测的同时，可将角度信号以数字信号的形式通过多种协议方式外发送；非常适合在光伏发电等太阳能利用场合中的进行太阳方向检测。
附图说明
图1是本发明一种以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器结构示意图；
图2是图1中太阳方向检测装置结构示意图；
图3是图1中太阳方向取样模块的结构示意图；
图4是图1中太阳方向信号处理装置的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图，并通过具体实施例对本发明的具体实现进行详细说明。在不背离本发明的情况下，本发明可以在各个不同的方面进行改变，因此附图和描述本质上是示例性的，并非用于限定本发明的包含范围。
如图1所示，本发明的一种以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器，采用太阳光线取样模块101将太阳光线导入密闭容器102中，利用光线位置检测模块103获取光线信号图像信息后输出与光线位置成对应关系的电信号，太阳方向信号处理模块201接收并处理光线位置检测模块103输出的电信号，输出与太阳角度成对应关系的角度信号，角度信号经太阳方向信号输出模块202按照I2C、UART等协议的形式向外传输。
环境光照度检测模块104为本实施方式的可选模块，可选用TAOS公司的TSL2561数字亮度传感器，当环境光线较弱时，环境光照度检测模块104输出环境光照度低信号。
如图2所示，本发明一实施方式提供的太阳方向检测装置100利用太阳光线取样模块101采样太阳光线，太阳光线经取样面1011上的导光缝1012进入密闭容器102的检测面1021上，设置在太阳光线取样模块101背面中心处的光线位置检测模块103利用摄像头采集检测面1021上的图像信息，并将采集的图像信息转换成与光线位置成对应关系的电信号送入太阳方向信号处理装置200,在太阳方向检测装置100上设有三个安装定位孔1031；本实施方式中的示例摄像头选用蓝宙电子科技有限公司的TSL1401CL线性CCD模块。
如图3所示，本发明一实施方式提供的太阳光线取样模块102正面为取样面1011，取样面1011上设置有垂直分布的一对或多对导光缝1022，水平设置的导光缝1022用于检测太阳高度角，垂直设置的导光缝1022用于检测太阳方位角，定位孔用于固定设置在太阳光线取样模块102背面的光线位置检测模块103，环境光照度检测模块104安装于取样面1011上进行环境光照度检测，步进电机105用于控制光线位置检测模块103实现90°正反向旋转，以实现高度角和方位角的分时检测。
如图4所示，本发明一实施方式提供的太阳方向信号处理装置200的电路原理图中的微控制器301为电路核心部件，光线位置检测电路302送来的信号经过微控制器301处理转换成数字角度信号后，可分别通过UART输出接口电路303实现太阳角度的数字信号输出，环境光照检测电路304检测环境光照值送入微控制器301，复位电路305和时钟振荡电路306分别为微控制器301提供工作所需的复位信号和时钟信号，微控制器301通过电机接口电路307控制步进电机105实现90°正反向旋转；本实施方式中的示例微控制器选用飞思卡尔半导体公司的MK60DN512。

Claims (8)

1.一种以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器，其特征是，它包括一个太阳方向检测装置和太阳方向信号处理装置，所述一个太阳方向检测装置和太阳方向信号处理装置通过信号连接，所述太阳方向检测装置的结构是，包括密闭容器、太阳光线取样模块、光线位置检测模块，所述太阳光线取样模块利用导光缝将太阳光线导入密闭容器的检测面，光线位置检测模块利用摄像头采集密闭容器检测面上的光线图像信息，并将图像信息处理成与光线位置成对应关系的电信号；所述太阳方向信号处理装置的结构是，包括太阳方向信号处理模块和太阳方向信号输出模块，所述的太阳方向信号处理模块利用微处理器对光线位置检测模块输出的电信号进行处理后输出表征太阳方向的方位角和高度角信号，所述的太阳方向信号输出模块用于将太阳的方位角和高度角以数字信号的形式通过多种协议向外发出。
2.根据权利要求1所述的一种以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器，其特征是：所述太阳方向检测装置的太阳光线取样模块的正面为取样面，取样面上设置有一对或多对垂直分布的导光缝，利用导光缝将太阳光线导入密闭容器的检测面，所述的检测面设置在密闭容器的底部。
3.根据权利要求1所述的一种以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器，其特征是：所述太阳方向检测装置的光线位置检测模块安装于太阳光线取样模块的背面，光线位置检测模块利用摄像头检测密闭容器检测面上的光线位置，所述的光线位置检测模块中的摄像头为CMOS摄像头或CCD摄像头。
4.根据权利要求1所述的一种以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器，其特征是：所述太阳方向检测装置还包括一个设置在取样面上的环境光照度检测模块，当太阳方向检测装置处于雨天或阴天环境光照度较低场合时，能向太阳方向信号处理装置发送光照度低信号。
5.根据权利要求1所述的一种以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器，其特征是：所述太阳方向检测装置的太阳光线取样模块的取样面上还设有一个步进电机，用于控制光线位置检测模块完成90°的正反向旋转，分时实现检测面上垂直光线和水平光线的位置检测。
6.根据权利要求1所述的一种以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器，其特征是：所述太阳方向信号处理装置的太阳方向信号处理模块中选用的微控制器可以是单片机、数字信号处理器、ARM中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器，其特征是：所述太阳方向信号处理装置的太阳方向信号输出模块发送方位角和高度角信号时采用的协议是I2C、SPI、UART、SMBus协议中的任意一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种以数字信号形式输出的太阳方向检测传感器，其特征是：所述太阳方向信号处理装置的太阳方向信号输出模块还能向外发送环境光照度低报警电信号。
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