CN109945515A - 一种半自动追光太阳灶及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半自动追光太阳灶及其工作方法，半自动追光太阳灶包括太阳灶灶体，太阳灶灶体与太阳光线相对的表面设置有光线接收装置，所述半自动追光太阳灶还包括信号处理装置、语音控制装置、光线检测装置；光线检测装置固定连接在太阳灶灶体表面，光线检测装置与光线接收装置均通过信号处理装置与语音控制装置连接；其调节方法包括以下步骤：S1、将半自动太阳灶放置在空旷场地上；S2、让半自动太阳灶的反射面朝向太阳；S3、打开语音控制装置的电池供电开关；S4、根据语音控制装置中的语音模块播放出的语音提示对太阳灶灶体进行调节；S5、听到语音模块播放出“调节完成”的提示后，关闭语音控制装置的电池供电开关，完成调节操作。

Description

一种半自动追光太阳灶及其调节方法

技术领域

本发明涉及新能源应用领域，尤其涉及一种半自动追光太阳灶及其调节方法。

背景技术

太阳能作为一种可再生的清洁能源，在我国西部地区如甘肃、西藏等地区储量大，西藏地区是我国太阳能辐射最多的地区，年平均日照在3000小时以上，年平均辐射总量为6000-8000MJ/m²，直接辐射占总辐射的56％-78％，是世界上太阳能资源最丰富的地区之一，但是目前西部地区农牧民对太阳能还不能做到高效利用；此外，西部地区燃料短缺并且能源限制了西部地区的发展导致西部地区经济普遍落后。为了解决当地人民能源不足的问题，高效清洁的太阳能显得尤为重要。据统计，一台采光面积为2m²的聚光太阳灶，其功率相当于一个2000瓦的电炉，它可以满足西部地区农牧民正常烧水、煮、蒸等日常生活需求。据计算，一台太阳灶一年可以使一户农牧民少用牛羊粪3吨，柴草2.5吨，近1000平方米草原免遭砍伐。由此看出太阳灶节省了大量能源的使用并且利用太阳能能减少对外界的污染。

目前西部地区如甘肃、西藏等地的农牧民应用太阳能主要通过太阳灶实现，现有的纯机械式太阳灶需要纯人为操作进行调整抛物面，而人为调整抛物面存在精度低的问题，聚光太阳灶很难达到预想的温度，因而满足不了农牧民正常的生活需求。而现有的自动跟踪式太阳灶存在结构复杂、成本高等缺点，对于经济水平落后的西部地区农牧民来说经济压力大，不易推广，并且其感光装置受到温度影响后会导致太阳灶的角度调节不够精准，达不到所需效果。因此，研发一种经济简易的半自动追光太阳灶来减低能耗高度利用太阳能资源势在必行。

发明内容

本发明目的是解决上述问题，提供一种结构简单、可以提高太阳灶调节精准度的半自动追光太阳灶及其调节方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种半自动追光太阳灶，包括底座、太阳灶灶体，底座与太阳灶灶体底面连接，太阳灶灶体与太阳光线相对的表面设置有光线接收装置，所述半自动追光太阳灶还包括信号处理装置、语音控制装置、光线检测装置；光线检测装置固定连接在太阳灶灶体表面，光线检测装置与光线接收装置均通过信号处理装置与语音控制装置连接；所述光线接收装置包括光敏电阻A、光敏电阻B、光敏电阻C、光敏电阻D、两个隔板，光敏电阻A、光敏电阻B、光敏电阻C、光敏电阻D在太阳灶灶体表面呈上、下、左、右的位置设置且光敏电阻底面与太阳灶灶体表面固定连接，两个隔板相互交叉呈十字形且其底端与太阳灶灶体表面垂直连接，两个隔板底端位于四个光敏电阻之间且将四个光敏电阻相对隔开，四个光敏电阻分别通过导线连接信号处理装置；所述信号处理装置包括双电压比较器；双电压比较器分别与四个光敏电阻线路连接且双电压比较器与语音控制装置线路连接；所述语音控制装置包括单片机、语音模块、电池，电池分别线路连接单片机、语音模块，单片机与语音模块的引脚连接且单片机线路连接双电压比较器；所述光线检测装置包括光敏电阻E、遮光筒，遮光筒上、下两端开口且其底端与太阳灶灶体表面垂直连接，光敏电阻E底面固定连接在位于遮光筒内的太阳灶灶体表面，光敏电阻E通过导向与双电压比较器连接。

进一步的，所述双电压比较器包括第一双电压比较器、第二双电压比较器、第三双电压比较器；第一双电压比较器通过导线连接光敏电阻A、光敏电阻B，第二双电压比较器通过导线连接光敏电阻C、光敏电阻D，第三双电压比较器线路连接光敏电阻E，第一双电压比较器、第二双电压比较器、第三双电压比较器均与语音控制装置线路连接。

进一步的，所述两个隔板的高度均为3cm。

进一步的，所述遮光筒的内径为0.8cm，高度为3cm。

一种半自动追光太阳灶的调节方法，包括以下步骤：

S1、将半自动太阳灶放置在光照充足且无遮挡物的空旷场地上；

S2、将半自动太阳灶固定连接光线接收装置的一面朝向太阳；

S3、打开语音控制装置的电池供电开关；

S4、根据语音控制装置中的语音模块播放出的语音提示对太阳灶灶体进行调节；

S5、听到语音模块播放出“调节完成”的提示后，关闭语音控制装置的电池供电开关，完成调节操作。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明基于现有的机械式太阳灶上增加单片机和语音模块的设计，使得在对太阳灶的角度进行调节时，利用单片机控制语音模块输出具体语音提示，使得人们对太阳灶角度的调节可以更加迅速，提高了本发明的调节效率，并且利用四象限光敏电阻比较法对光线进行定位和光线检测装置进行检测的设计，将光线照射在不同光敏电阻上的面积和强度产生的电压差信号输入单片机，从而控制与语音模块的语音提示，提高了太阳灶的调节准确率，使其可以满足人们的使用需求，另一方面，本发明相较于全自动跟踪式太阳灶，设计结构简单、实现难度小，故更利于家庭使用。面对纯机械式太阳灶精准度低、自动跟踪式太阳灶结构复杂且成本高的问题，本发明装置可介于手动与全自动之间，不仅结构简单、方便操作使用，而且成本较低，用简单易行的方法解决了以上问题，能够在西部光照量充足的地区得以很好的推广和使用，具有较好的经济、环境及社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为太阳灶灶体与光线接收装置、光线检测装置的连接结构图；

图2为本发明的连接框架图；

图3为双电压比较器的电路示意图；

图4为语音模块的引脚示意图；

图5为语音模块的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，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。

如图1至图5所示，半自动追光太阳灶，包括太阳灶灶体1、采用双电压比较器LM393N、单片机STC89C52、语音模块BY8301以及光敏电阻GL5537组成，其工作的热源是太阳能，通过语音提示来调控半自动追光太阳灶。

1)四象限光敏电阻比较法

利用四象限光敏电阻比较法可以准确追踪太阳光线方位，工作原理是利用太阳光线在四个光敏电阻上照射的光照强度的不同产生电压差，单片机会接收电压差信号控制语音模块BY8301进行语音输出，然后根据语音的提示人工进行调节，从而找到合适的聚光位置。光敏电阻的排列方式如图1所示：光敏电阻A2，光敏电阻B7，光敏电阻C8，光敏电阻D3，光敏电阻E5是五个型号为GL5537的光敏电阻，其中光敏电阻A，B，C，D按照上下左右的顺序进行排列，并用两个相互垂直且高为3cm的隔板6、9将四个同型号光敏电阻隔开，隔板主要用来挡太阳光。如果光线垂直照射太阳灶时，四个光敏电阻接收到的光照强度相同不产生电压差，此时语音不进行提示。当光线相对于太阳灶本体是倾斜的，则接收光强较多的光敏电阻阻值减小，此时光敏电阻AB之间会有电压差U_AB，此信号用于判断上下调节；光敏电阻CD之间会有电压差U_CD，此信号用于判断左右调节。

具体调节过程如下所示：

比较光线照射在光敏电阻产生的电压差采用双电压比较器LM393N，该比较器可以将输入的两处电压根据电压大小转化为高电平或低电平并将该信号输入单片机内。单片机控制输出的语音模块使用语音芯片BY8301，该芯片是一种MP3主控芯片，可以通过数据线连接电脑自由更换FLASH的音频内容，内置3W功放，可以直接驱动3W喇叭，使用较为方便，封装引脚如图4所示，该结构中通过电池为单片机和语音模块供电，且电池与单片机、语音控制模块的连接线路上设置有供电开关。

通过光敏电阻AB电压差进行上下调节的双电压比较器的内部电路如图3所示，当光线照射在光敏电阻A上面积和光照强度比光敏电阻B大时，光敏电阻A阻值下降比B大，点6的电位比点5小，双电压比较器输出高电平信号，此时单片机接收信号后对语音模块进行控制输出语音：“请向上调节”，此时通过语音提示人工进行不断向上调节；并且优先使用光敏电阻CD用于进行左右调节，方法和原理与光敏电阻AB相同。

2)附加判断型光敏电阻提高精度

由于光敏电阻易受温度影响以及其时延特性，有可能会出现光线垂直照射时依旧会产生电压差进行语音提示，为了再次改进精准度，添加一个和太阳灶平行的进行辅助定位的光敏电阻E5(如图1所示)，型号和其余光敏电阻相同，用高为3cm直径为0.8cm的遮光筒4遮挡太阳光，当太阳光垂直照射太阳灶时，光敏电阻E阻值减小，双电压比较器输出高电平信号，单片机收到信号直接控制语音模块输出：“调节完成”。

工作流程

将太阳灶放置于光照充足无遮挡物的空旷场地，打开语音控制装置的电池供电开关，根据语音提示，例如：“请向上调节”进行人工调节太阳灶的方向，在此装置中，直接转动太阳灶灶体可进行上下左右方向的调节，当调整到最佳聚光位置时会有“调节完成”的提示，之后关闭电池供电开关，即可正常使用太阳灶，关闭电池供电开关可以减小能量损耗。

本发明基于现有机械式太阳灶上增加语音模块，利用四象限光敏电阻比较法对光线进行定位，将光线照射在不同光敏电阻上的面积和强度产生的电压差信号输入单片机，利用单片机控制语音模块输出具体语音提示，目前语音提示系统的技术已较为成熟，无需进行高技术性研发。另外，将双电压比较器、单片机、语音模块等部件安装至现有太阳灶装置上无需做较大改动，不存在操作上的困难。

本发明相较于全自动跟踪式太阳灶，设计结构简单、实现难度小，故更利于家庭使用，针对纯机械式太阳灶精准度低、自动跟踪式太阳灶结构复杂且成本高的问题，本发明装置可介于手动与全自动之间，不仅结构简单、方便操作使用，而且成本较低，用简单易行的方法解决了以上问题，能够在西部光照量充足的地区得以很好的推广和使用，具有较好的经济、环境及社会效益。

Claims (5)

1.一种半自动追光太阳灶，包括底座、太阳灶灶体，底座与太阳灶灶体底面连接，太阳灶灶体与太阳光线相对的表面设置有光线接收装置，其特征在于：所述半自动追光太阳灶还包括信号处理装置、语音控制装置、光线检测装置；光线检测装置固定连接在太阳灶灶体表面，光线检测装置与光线接收装置均通过信号处理装置与语音控制装置连接；所述光线接收装置包括光敏电阻A、光敏电阻B、光敏电阻C、光敏电阻D、两个隔板，光敏电阻A、光敏电阻B、光敏电阻C、光敏电阻D在太阳灶灶体表面呈上、下、左、右的位置设置且光敏电阻底面与太阳灶灶体表面固定连接，两个隔板相互交叉呈十字形且其底端与太阳灶灶体表面垂直连接，两个隔板底端位于四个光敏电阻之间且将四个光敏电阻相对隔开，四个光敏电阻分别通过导线连接信号处理装置；所述信号处理装置包括双电压比较器；双电压比较器分别与四个光敏电阻线路连接且双电压比较器与语音控制装置线路连接；所述语音控制装置包括单片机、语音模块、电池，电池分别线路连接单片机、语音模块，单片机与语音模块的引脚连接且单片机线路连接双电压比较器；所述光线检测装置包括光敏电阻E、遮光筒，遮光筒上、下两端开口且其底端与太阳灶灶体表面垂直连接，光敏电阻E底面固定连接在位于遮光筒内的太阳灶灶体表面，光敏电阻E通过导向与双电压比较器连接。

2.如权利要求1所述的半自动追光太阳灶，其特征在于：所述双电压比较器包括第一双电压比较器、第二双电压比较器、第三双电压比较器；第一双电压比较器通过导线连接光敏电阻A、光敏电阻B，第二双电压比较器通过导线连接光敏电阻C、光敏电阻D，第三双电压比较器线路连接光敏电阻E，第一双电压比较器、第二双电压比较器、第三双电压比较器均与语音控制装置线路连接。

3.如权利要求1所述的半自动追光太阳灶，其特征在于：所述两个隔板的高度均为3cm。

4.如权利要求1所述的半自动追光太阳灶，其特征在于：所述遮光筒的内径为0.8cm，高度为3cm。

5.一种如权利要求1所述的半自动追光太阳灶的调节方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将半自动太阳灶放置在光照充足且无遮挡物的空旷场地上；

S2、将半自动太阳灶固定连接光线接收装置的一面朝向太阳；

S3、打开语音控制装置的电池供电开关；

S4、根据语音控制装置中的语音模块播放出的语音提示对太阳灶灶体进行调节；

S5、听到语音模块播放出“调节完成”的提示后，关闭语音控制装置的电池供电开关，完成调节操作。