CN103673975B - 一种太阳定向仪 - Google Patents

Abstract

一种太阳定向仪。其包括正八棱柱、圆盘、驱动装置、测量控制装置、底座、太阳光感受元件和指南针；测量控制装置设在底座内；驱动装置由带轮传动部分和伺服电机组成，伺服电机装在底座内；带轮传动部分设在底座上方，主动轮与伺服电机相连，从动轮与圆盘相连；正八棱柱一侧面装在圆盘表面，两个底面和两侧的六个侧面上至少铺有一个太阳光感受元件；指南针装在圆盘上。本发明是根据铺在正八棱柱相关面上太阳能电池板所测太阳光强的差异来确定太阳方向，可实时追踪太阳，相比已有技术具有操作方便、结构简单等优点。此外除了可通过增加侧面上太阳能电池板数目方式达到提高精度目的，还可为今后更加复杂的太阳定向仪器的主体设计提供借鉴。

Description

一种太阳定向仪

技术领域

本发明属于太阳能利用装置技术领域，特别是涉及一种太阳定向仪。

背景技术

太阳能作为最直接最环保的绿色能源，在改变现代社会能源结构方面起着至关重要的作用，而目前对太阳光的利用多是将能量作为现代机械的动力源；但在诸如利用太阳定位、导航等其它方面却应用很少。而在上述这些方面应用时有一个前提条件，那就是首先必须要对太阳进行准确定向，但目前尚缺少这种装置。本发明基于此项需要，设计出以正八棱柱为基础模型的定向仪完成精确定向，填补在定向和导航方面的缺失。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种操作方便、结构简单的太阳定向装置。

为了达到上述目的，本发明提供的太阳定向仪包括正八棱柱、圆盘、驱动装置、测量控制装置、底座、多个太阳光感受元件和指南针；其中底座为箱式结构；测量控制装置设置在底座内部一侧；驱动装置由带轮传动部分和伺服电机组成，伺服电机安装在底座内部另一侧，其输出轴向上贯穿底座上表面而延伸至外部，并且与测量控制装置电连接；带轮传动部分设置在底座上方，由主动轮、从动轮和套在主动轮和从动轮外圆周面上的传动带组成，其中主动轮与伺服电机的输出轴相连，从动轮与水平设置在其上方的圆盘底面中心相连；正八棱柱上的一个侧面安装在圆盘的表面，并且两个底面和两侧的六个侧面上至少铺设有一个太阳光感受元件，上述太阳光感受元件均与测量控制装置电连接；指南针安装在圆盘的表面，且指南针0°方向与正八棱柱1的底面平行并指向与安装在圆盘上的侧面相邻的任一侧面。

所述的测量控制装置包括控制器、电流检测电路和电机控制电路。

所述的太阳光感受元件为太阳能电池板。

所述的圆盘的表面贴附有吸光纸，以减小因其它部件上太阳光的漫反射所造成的测量误差。

本发明提供的太阳能定向仪是根据铺设在正八棱柱相关面上的太阳能电池板所检测出的太阳光强的差异来确定太阳方向，并且可实时追踪太阳，相比已有技术具有操作方便、结构简单等优点。此外除了可以通过增加每个侧面上太阳能电池板数目的方式达到提高精度的目的，还可为今后更加复杂的太阳定向仪器的主体设计提供借鉴。

附图说明

图1为本发明提供的太阳定向仪结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的太阳定向仪进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的太阳定向仪包括正八棱柱1、圆盘2、驱动装置3、测量控制装置4、底座5、多个太阳光感受元件6和指南针；其中底座5为箱式结构；测量控制装置4设置在底座5内部一侧；驱动装置3由带轮传动部分7和伺服电机8组成，伺服电机8安装在底座5内部另一侧，其输出轴向上贯穿底座5上表面而延伸至外部，并且与测量控制装置4电连接；带轮传动部分7设置在底座5上方，由主动轮、从动轮和套在主动轮和从动轮外圆周面上的传动带组成，其中主动轮与伺服电机8的输出轴相连，从动轮与水平设置在其上方的圆盘2底面中心相连；正八棱柱1上的一个侧面安装在圆盘2的表面，并且两个底面和两侧的六个侧面上至少铺设有一个太阳光感受元件6，并且上述太阳光感受元件6均与测量控制装置4电连接；指南针安装在圆盘2的表面，且指南针0°方向与正八棱柱1的底面平行并指向与安装在圆盘2上的侧面相邻的任一侧面。

所述的测量控制装置4包括控制器、电流检测电路和电机控制电路。

所述的太阳光感受元件6为太阳能电池板。

所述的圆盘2的表面贴附有吸光纸，以减小因其它部件上太阳光的漫反射所造成的测量误差。

现将本发明提供的太阳定向仪工作原理阐述如下：

首先定义正八棱柱1各部分的名称：将两个底面分别称为A1和A2面，与圆盘2相接触的侧面称为B8面，其余侧面依次称为B1—B7面。

当需要利用本发明提供的太阳定向仪对太阳定向时，首先利用与太阳能电池板相连的测量控制装置4上的电流检测电路测量记录下每个太阳能电池板所测得的电流，并传送给控制器，然后由控制器进行判断及计算，之后根据计算结果通过电机控制电路驱动伺服电机8旋转，从而带动正八棱柱1朝着太阳方向旋转，最后确定出太阳方向。具体步骤如下：

第一步：由控制器计算输入的B2与B3面所测电流之和，称之为M，同时计算输入的B5和B6面所测电流之和，称之为N，并比较两者的大小，若N>M，则控制伺服电机8带动正八棱柱1旋转，以使其上的B5和B6面面向太阳，反之则控制伺服电机8带动正八棱柱1反向旋转，以使其上的B2与B3面面向太阳。也可采用比较A1和A2两面电流I1，I2的方法，若I1>I2，则控制伺服电机8带动正八棱柱1旋转，以使其上的A1面面向太阳，反之则控制伺服电机8带动正八棱柱1反向旋转，以使其上的A2面面向太阳。

第二步：利用圆盘2上的指南针找到北方，由于指南针随正八棱柱1一同旋转，指南针即时显示的角度为β。

第三步：将太阳光线与地面夹角用α表示，太阳的光强用E0表示，B1—B5面所受光强分别用E1—E5表示。

第四步：比较E1与E5的大小并选择两者中较大的。

第五步：其中，E1=E0*sin(45°-α）；①

E2=E0*cosα;②

E3=E0*sin(45°+α）;③

E4=E0*sinα;④

E5=E0*sin(α-45°）。⑤

第六步：继续比较E2，E3，E4的大小，从而确定角α的取值范围。具体范围如下：

（1）E2＞E3，0＜α＜22.5°；

（2）E3＞E2＞E4，22.5°＜α＜45°；

（3）E3＞E4＞E2，45°＜α＜67.5°;

（4）E4＞E3，67.5°＜α＜90°。

第七步：联立①和②解出角度，称为α1(若E5＞E1则联立⑤和②），同理可联立②和③解出α2，联立③和④解出α3。

第八步：α=（α1+α2+α3）/3

第九步：太阳的方向表示为（α，β），角度的取值范围0＜α＜90°，0＜β＜360°。

由于利用本太阳定向仪所定出的太阳方向是为了后续的、利用太阳来定位及导航服务的，并不是纯粹的太阳定向仪，因此本发明尽管所附上的权利要求书限制的是太阳定向装置，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离本发明整个权利要求书的精神和范围内，任何形式和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种太阳定向仪，其特征在于：其包括正八棱柱(1)、圆盘(2)、驱动装置(3)、测量控制装置(4)、底座(5)、多个太阳光感受元件(6)和指南针；其中底座(5)为箱式结构；测量控制装置(4)设置在底座(5)内部一侧；驱动装置(3)由带轮传动部分(7)和伺服电机(8)组成，伺服电机(8)安装在底座(5)内部另一侧，其输出轴向上贯穿底座(5)上表面而延伸至外部，并且与测量控制装置(4)电连接；带轮传动部分(7)设置在底座(5)上方，由主动轮、从动轮和套在主动轮和从动轮外圆周面上的传动带组成，其中主动轮与伺服电机(8)的输出轴相连，从动轮与水平设置在其上方的圆盘(2)底面中心相连；正八棱柱(1)上的一个侧面安装在圆盘(2)的表面，并且两个底面和两侧的六个侧面的每个面上至少铺设有一个太阳光感受元件(6)，并且上述太阳光感受元件(6)均与测量控制装置(4)电连接；指南针安装在圆盘(2)的表面，且指南针0°方向与正八棱柱(1)的底面平行并指向与安装在圆盘(2)上的侧面相邻的任一侧面。

2.根据权利要求1所述的太阳定向仪，其特征在于：所述的测量控制装置(4)包括控制器、电流检测电路和电机控制电路。

3.根据权利要求1所述的太阳定向仪，其特征在于：所述的太阳光感受元件(6)为太阳能电池板。

4.根据权利要求1所述的太阳定向仪，其特征在于：所述的圆盘(2)的表面贴附有吸光纸。