CN107861529A - 一种太阳方位跟踪供电装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能应用与无线传感器网络领域，更具体地，涉及一种太阳方位跟踪供电装置及其控制方法，该装置应用于杆塔倾斜信息采集无线节点上，该装置包括：处理器模块、传感器模块、无线通信模块、太阳追踪模块、串口通信模块以及电源与太阳能充电模块；处理器模块分别连接传感器模块、无线通信模块、太阳追踪模块、串口通信模块；电源与太阳能充电模块分别连接处理器模块、传感器模块、无线通信模块、太阳追踪模块以及串口通信模块，电源与太阳能充电模块能够为系统各个模块提供电能。采用两种追踪方案结合，使其优势互补，避免各自的缺点，从而更精准的控制太阳能板的角度，使杆塔安全监测系统发电装置的发电效率最大。

Description

一种太阳方位跟踪供电装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及太阳能应用与无线传感器网络领域，更具体地，涉及一种太阳方位跟踪供电装置及其控制方法。

背景技术

随着我国输电系统的逐步完善，电力杆塔的数量也越来越多。绝大部分电力杆塔建在人烟稀少、交通不便的野外。电力杆塔对于输电线路来说是十分重要的，因此有必要监测杆塔的安全状态。由于受地理环境等因素的影响，人工监测杆塔安全状态的效率低下，而引入杆塔倾斜无线监测网络是一个极好的选择。

维持无线传感器网络节点的正常工作需要供给电能，采用太阳能发电板供电板可以很好的满足监测系统的用电需求。目前我国绝大部分太阳能发电装置采用固定式安装，采用该方式安装的太阳能板不能根据太阳位置的变化调整太阳能板的角度，导致太阳能发电效率降低，尤其在早晨和傍晚，太阳与太阳能板的板面接近平行，导致太阳能的利用率极低。本发明针对电力杆塔安全监测系统，提出了一种较普通太阳能发电板提高发电效率30%的太阳方位跟踪供电方案。

目前存在的太阳追踪装置主要有光感追踪装置和植入日轨迹追踪装置。光感追踪装置主要是根据几组光敏传感器实时接收到的光信号，输出几组电信号，根据电信号的差异，判断当前太阳相对于太阳能板的方位角，从而对伺服机制做出指令，调整太阳能板与当前光线方向垂直。利用光敏追踪，反应灵敏。但是在阴天持续一段时间的情况下，当太阳再次出现时，此时太阳的方向如果超出了感光系统的角度范围，多组光敏元件将不会感知到光线的差异，从而使追踪装置失效。植入日轨迹追踪装置是根据太阳能板安装的地理位置信息，提前计算出该地的太阳高度角和方位角，将该信息提现植入到追踪装置中，装置根据提前植入的信息对伺服机构发出指令，调整太阳能板角度，从而保持板面与阳光垂直。但这种装置在长期使用的情况下容易产生误差累积，不利于太阳能板效率最大化的实现。

发明内容

本发明为克服上述现有技术至少一种缺陷，提供一种太阳方位跟踪供电装置及其控制方法，采用两种追踪方案结合，使其优势互补，避免各自的缺点，从而更精准的控制太阳能板的角度，使杆塔安全监测系统发电装置的发电效率最大。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种太阳方位跟踪供电装置，该装置应用于杆塔倾斜信息采集无线节点上，该装置包括：处理器模块、传感器模块、无线通信模块、太阳追踪模块、串口通信模块以及电源与太阳能充电模块；处理器模块分别连接传感器模块、无线通信模块、太阳追踪模块、串口通信模块；电源与太阳能充电模块分别连接处理器模块、传感器模块、无线通信模块、太阳追踪模块以及串口通信模块，电源与太阳能充电模块能够为系统各个模块提供电能；太阳能充电模块包括太阳能板；处理器模块能够综合传感器模块与太阳追踪模块给出的信号信息判断是否需要充电以及是否需要调整太阳能板，从而发出信号控制太阳能板进行自动调整。

进一步的，太阳追踪模块包括：光感追踪装置和植入日轨迹追踪装置，光感追踪装置包括多组光敏传感器，光感追踪装置能够根据多组光敏传感器实时接收到的光信号，输出多组电信号，根据电信号的差异，判断当前太阳相对于太阳能板的方位角，从而将信号传递给处理器模块，处理器模块控制调整太阳能板与当前光线方向垂直；植入日轨迹追踪装置能够根据太阳能板安装的地理位置信息，提前计算出该地的太阳高度角和方位角，将该信息提现植入到追踪装置中，装置根据提前植入的信息对伺服机构发出指令，调整太阳能板角度，从而保持板面与阳光垂直。

进一步的，太阳追踪模块包括感光二极管、单片机、步进电机、双轴云台、时钟芯片、蓄电池、杆塔安全监测系统，单片机分别连接感光二极管、时钟芯片、步进电机，步进电机连接云台，太阳能办安装在云台上，太阳能板连接蓄电池，蓄电池连接杆塔安全监测系统；感光二极管能够感受光的强弱，并能够把光信号转化为电信号；单片机能够根据电信号判断太阳方位，并控制驱动步进电机转动一定角度调整云台姿势；当单片机根据电信号判断为阴天时，单片机根据时钟芯片反馈的时间判断当前太阳位置，并控制驱动步进电机调整云台姿态；太阳能电池板将电能储存在蓄电池中，杆塔安全监测系统能够通过蓄电池获得电能。

一种太阳方位跟踪供电装置的控制方法，具体包括以下步骤：

S01：测量电池电压，判断电池是否需要充电，若判断需要充电，则进行下一步；若判断为不需要充电，则结束；

S02：测量太阳光强度，判断电池是否适合充电，若判断适合充电，则进行下一步；若判断为不适合充电，则结束；

S03：调整云台方向，判断阳光照射方向是否与太阳能板方向垂直，如果垂直则执行结束，如果不垂直，则继续调整，直至结束；

进一步的，步骤S01中判断电池是否需要充电是通过处理器模块测试电池电压来进行判断的，如果测试的电池电压低于预设的电压，则判断为需要充电。

进一步的，步骤S02中判断是否适合充电是通过处理器模块测试太阳光强度来进行判断的，如果测试的太阳光强度低于某设定值时，则判断为不适合充电。

与现有技术相比，有益效果是： 本发明不需要外接电源，采用清洁能源的太阳能为监测系统提供电能。与目前太阳跟踪发电装置相比，本发明具有不受阴天影响和避免长期累积误差的优点。通过精准调节太阳能板的角度，来实现光电转换效率最大化，从而更科学、有效的开发和利用绿色能源，为杆塔安全监控系统的正常工作提供持续不断的电能。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明控制方法整体流程示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例一：

如图1所示， 一种太阳方位跟踪供电装置，该装置应用于杆塔倾斜信息采集无线节点上，该装置包括：处理器模块、传感器模块、无线通信模块、太阳追踪模块、串口通信模块以及电源与太阳能充电模块；处理器模块分别连接传感器模块、无线通信模块、太阳追踪模块、串口通信模块；电源与太阳能充电模块分别连接处理器模块、传感器模块、无线通信模块、太阳追踪模块以及串口通信模块，电源与太阳能充电模块能够为系统各个模块提供电能；太阳能充电模块包括太阳能板；处理器模块能够综合传感器模块与太阳追踪模块给出的信号信息判断是否需要充电以及是否需要调整太阳能板，从而发出信号控制太阳能板进行自动调整。由于处理器模块与无线通信模块需要3.3V电源供电，而倾斜传感器模块与太阳追踪模块需要5V电源供电，所以节点电源采用双电源系统，其中1节锂电池为节点主电路（控制器模块+无线通信模块）供电，2节锂电池串联后经电压转换芯片降压至5V为传感器电路（传感器模块与太阳追踪模块）供电。

实施例二：

本实施例其他部分与实施例一相同，进一步的，太阳追踪模块包括：光感追踪装置和植入日轨迹追踪装置，光感追踪装置包括多组光敏传感器，光感追踪装置能够根据多组光敏传感器实时接收到的光信号，输出多组电信号，根据电信号的差异，判断当前太阳相对于太阳能板的方位角，从而将信号传递给处理器模块，处理器模块控制调整太阳能板与当前光线方向垂直；植入日轨迹追踪装置能够根据太阳能板安装的地理位置信息，提前计算出该地的太阳高度角和方位角，将该信息提现植入到追踪装置中，装置根据提前植入的信息对伺服机构发出指令，调整太阳能板角度，从而保持板面与阳光垂直。

实施例三：

本实施例其他部分与实施例一或二相同，进一步的，太阳追踪模块包括感光二极管、单片机、步进电机、双轴云台、时钟芯片、蓄电池、杆塔安全监测系统，单片机分别连接感光二极管、时钟芯片、步进电机，步进电机连接云台，太阳能办安装在云台上，太阳能板连接蓄电池，蓄电池连接杆塔安全监测系统；感光二极管能够感受光的强弱，并能够把光信号转化为电信号；单片机能够根据电信号判断太阳方位，并控制驱动步进电机转动一定角度调整云台姿势；当单片机根据电信号判断为阴天时，可以唤醒植入日轨迹控制，单片机根据时钟芯片反馈的时间运用现有技术中的算法判断当前太阳位置，并将位置信息传送给单片机，由单片机并控制驱动步进电机调整云台姿态；太阳能电池板将电能储存在蓄电池中，杆塔安全监测系统能够通过蓄电池获得电能。保证夜晚也可以处于工作状态，从而时刻监测杆塔的安全状态。

与现有杆塔安全监控系统相比，本发明不需要外接电源，采用清洁能源的太阳能为监测系统提供电能。与目前太阳跟踪发电装置相比，本发明具有不受阴天影响和避免长期累积误差的优点。通过精准调节太阳能板的角度，来实现光电转换效率最大化，从而更科学、有效的开发和利用绿色能源，为杆塔安全监控系统的正常工作提供持续不断的电能。

实施例四：

如图2，一种太阳方位跟踪供电装置的控制方法，具体包括以下步骤：S01：测量电池电压，判断电池是否需要充电，若判断需要充电，则进行下一步；若判断为不需要充电，则结束；S02：测量太阳光强度，判断电池是否适合充电，若判断适合充电，则进行下一步；若判断为不适合充电，则结束；S03：调整云台方向，判断阳光照射方向是否与太阳能板方向垂直，如果垂直则执行结束，如果不垂直，则继续调整，直至结束；

进一步的，步骤S01中判断电池是否需要充电可以是通过处理器模块测试电池电压来进行判断的，如果测试的电池电压低于预设的电压，则判断为需要充电。

进一步的，步骤S02中判断是否适合充电可以是通过处理器模块测试太阳光强度来进行判断的，如果测试的太阳光强度低于某设定值时，则判断为不适合充电。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种太阳方位跟踪供电装置，该装置应用于杆塔倾斜信息采集无线节点上，其特征在于，该装置包括：处理器模块、传感器模块、无线通信模块、太阳追踪模块、串口通信模块以及电源与太阳能充电模块；处理器模块分别连接传感器模块、无线通信模块、太阳追踪模块、串口通信模块；电源与太阳能充电模块分别连接处理器模块、传感器模块、无线通信模块、太阳追踪模块以及串口通信模块，电源与太阳能充电模块能够为系统各个模块提供电能；太阳能充电模块包括太阳能板；处理器模块能够综合传感器模块与太阳追踪模块给出的信号信息判断是否需要充电以及是否需要调整太阳能板，从而发出信号控制太阳能板进行自动调整。

2.根据权利要求1太阳方位跟踪供电装置，其特征在于，太阳追踪模块包括：光感追踪装置和植入日轨迹追踪装置，光感追踪装置包括多组光敏传感器，光感追踪装置能够根据多组光敏传感器实时接收到的光信号，输出多组电信号，根据电信号的差异，判断当前太阳相对于太阳能板的方位角，从而将信号传递给处理器模块，处理器模块控制调整太阳能板与当前光线方向垂直；植入日轨迹追踪装置能够根据太阳能板安装的地理位置信息，提前计算出该地的太阳高度角和方位角，将该信息提现植入到追踪装置中，装置根据提前植入的信息对伺服机构发出指令，调整太阳能板角度，从而保持板面与阳光垂直。

3.根据权利要求1或2太阳方位跟踪供电装置，其特征在于：太阳追踪模块包括感光二极管、单片机、步进电机、双轴云台、时钟芯片、蓄电池、杆塔安全监测系统，单片机分别连接感光二极管、时钟芯片、步进电机，步进电机连接云台，太阳能办安装在云台上，太阳能板连接蓄电池，蓄电池连接杆塔安全监测系统；感光二极管能够感受光的强弱，并能够把光信号转化为电信号；单片机能够根据电信号判断太阳方位，并控制驱动步进电机转动一定角度调整云台姿势；当单片机根据电信号判断为阴天时，单片机根据时钟芯片反馈的时间判断当前太阳位置，并控制驱动步进电机调整云台姿态；太阳能电池板将电能储存在蓄电池中，杆塔安全监测系统能够通过蓄电池获得电能。

4.根据权利要求1-3任意一项太阳方位跟踪供电装置的控制方法，其特征在于具体包括以下步骤：

S01：测量电池电压，判断电池是否需要充电，若判断需要充电，则进行下一步；若判断为不需要充电，则结束；

S02：测量太阳光强度，判断电池是否适合充电，若判断适合充电，则进行下一步；若判断为不适合充电，则结束；

S03：调整云台方向，判断阳光照射方向是否与太阳能板方向垂直，如果垂直则执行结束，如果不垂直，则继续调整，直至结束。

5.根据权利要求4太阳方位跟踪供电装置的控制方法，其特征在于，步骤S01中判断电池是否需要充电是通过处理器模块测试电池电压来进行判断的，如果测试的电池电压低于预设的电压，则判断为需要充电。

6.根据权利要求4太阳方位跟踪供电装置的控制方法，其特征在于，步骤S02中判断是否适合充电是通过处理器模块测试太阳光强度来进行判断的，如果测试的太阳光强度低于某设定值时，则判断为不适合充电。