CN112269402A

CN112269402A - 一种家用定日镜和定日方法

Info

Publication number: CN112269402A
Application number: CN202010961244.1A
Authority: CN
Inventors: 梁天惠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2021-01-26

Abstract

本发明提供了一种家用定日镜和定日方法，包括反射镜；第一驱动机构，包括：第一驱动装置和俯仰旋转编码器；第一驱动装置包括：减速电机和第一力矩限制器，减速电机通过第一力矩限制器与反射镜连接；第二驱动机构，包括：第二驱动装置和方位旋转编码器；第二驱动装置包括：电机、减速机和第二力矩限制器，电机通过减速机及第二力矩限制器与反射镜连接；控制机构，与减速电机、俯仰旋转编码器、电机和方位旋转编码器连接。本发明中通过控制机构、第一驱动机构、第二驱动机构实现精确的对太阳的光的追踪，将太阳光精准的反射在目标位置。本发明充分考虑该设备的居家用途，具有安装简洁、使用方便、成本低廉的特点。

Description

一种家用定日镜和定日方法

技术领域

本发明涉及家用电器技术领域，具体涉及一种家用定日镜和定日方法。

背景技术

方位为北向的住宅，室内常年光照差。即使方位为南向的住宅，室内有些角落也是太阳光照射不到的。随着太阳能光热电站的商业化运行，定日镜在工业领域应用日臻成熟，家用定日镜正在逐步走进千家万户。

目前，国内销售的家用定日镜基本都是工业定日镜的简化版，安装和使用都很不方便。美国的Wikoda公司推出solenica的CAIA，是一款适用于居家环境的定日镜产品，该产品光线方向传感器是定日镜必不可少的一个部件，该传感器通过弧形支架固定安装在定日镜的前面，由于传感器离反射镜的距离较近，会遮挡部分入射光和反射光，效率较低，另外，CAIA的这种设计方式不利于降低家用定日镜的成本。

本发明的家用定日镜的光伏部件及光线方向传感器是作为辅件提供给用户的，在没有辅件的情况下，用电源变压器为定日镜供电，控制器自主计算定日镜的目标位置，驱动定日镜跟踪太阳。在有辅件的情况下，可以将定日镜安装在没有市电供电的地方，并且，可以与光线方向传感器构成闭环控制，定日镜的定位精度更高。

发明内容

根据本发明实施例的第一方面提供的一种家用定日镜，包括：

反射镜；

第一驱动机构，其包括：第一驱动装置和俯仰旋转编码器；

所述第一驱动装置包括：减速电机和第一力矩限制器，所述减速电机通过第一力矩限制器与所述反射镜连接，驱动所述反射镜在俯仰方向转动；所述俯仰旋转编码器与反射镜的俯仰旋转轴连接，用于反馈所述反射镜在俯仰方向的俯仰角的角度；

第二驱动机构，其包括：第二驱动装置和方位旋转编码器；

所述第二驱动装置包括：电机、减速机和第二力矩限制器，所述电机通过所述减速机和所述第二力矩限制器与所述反射镜连接，驱动所述反射镜在水平方向转动，所述电机通过所述第二力矩限制器与所述减速机连接；所述方位旋转编码器与所述减速机连接，用于反馈所述反射镜在水平方向的水平角的角度；

控制机构，与所述减速电机、所述俯仰旋转编码器、所述电机和所述方位旋转编码器连接。

进一步地，所述的家用定日镜中，还包括：支撑机构；

所述支撑机构包括：支架和底座，所述支架设置在所述底座上部，所述反射镜可转动的设置在所述支架上。

进一步地，所述的家用定日镜中，还包括：光路检测机构，其包括：

四象限光电传感器，设在所述反射镜反射光线的光路上；所述四象限光电传感器与所述控制机构连接。

进一步地，所述的家用定日镜中，所述光路检测机构还包括：

伸缩支杆，所述四象限光电传感器设置在所述伸缩支杆的一端；

基座，所述伸缩支杆的另一端与所述基座连接；

光伏电池单元，设置在所述基座上，与所述四象限光电传感器和所述控制机构连接。

进一步地，所述的家用定日镜中，所述控制机构根据所述四象限光电传感器传输的光强数据，驱动所述减速电机和所述电机，使所述反射镜反射的太阳光照射在目标位置。

根据本发明实施例的第二方面提供的一种定日方法，用于家用定日镜，包括：

获取反射镜到目标位置的角度；

根据当前的时间、时区、经纬度计算出当前时刻太阳位置的俯仰角的角度和方位角的角度；

根据反射镜到所述目标位置的角度和所述太阳位置的俯仰角的角度和方位角的角度，确定所述反射镜的法线的目标角度，控制机构控制所述反射镜旋转，使所述反射镜的当前角度与所述反射镜的法线的目标角度相等，即可将太阳光反射到目标位置；

以上所述角度包括：俯仰角的角度和方位角角度。

进一步地，所述定日方法中，在使所述反射镜的当前角度与所述反射镜的法线的目标角度相等之前，还包括：

当所述反射镜跟踪到位仍存在跟踪偏差时，通过调整所述反射镜的当前角度，使太阳光准确地反射到目标位置，控制机构记录该次调整的时间和角度偏差数据，所述反射镜的多个时刻的角度偏差数据与所述反射镜的当前角度拟合，得到校正后的所述反射镜的当前角度；

其中，将所述反射镜的多个时刻的角度偏差数据与所述反射镜的当前角度拟合的拟合方法为：每个时刻的角度偏差数据由前后相邻两个时间点的角度偏差角度在时间轴上按照线性变化计算得到，角度偏差数据加上当前角度即为调整后的当前角度。

进一步地，所述定日方法中，控制机构与四象限光电传感器构成闭环控制系统，在反射镜跟踪到位后，根据四象限传感器反馈的偏离方向，修正反射镜的当前角度，使反射镜将太阳光线反射到目标位置。

具体地，包括：

1)获取反射镜的初始俯仰角的角度和初始方位角的角度：在启用家用定日镜前，先要进行反射镜的角度初始化工作，即：确定反射镜的方位旋转编码器和俯仰旋转编码器(俯仰方向和水平方向)读数与实际角度的差值。方法为：先将反射镜按照底座上的方向标识箭头，将反射镜的底座上的箭头指向北方，将底座水平放置；用手旋转反射镜(因为安装有第一、第二力矩限制器，因此，反射镜允许手动拔转)，将所述反射镜的法线水平指向北方，控制机构记录该时刻俯仰旋转编码器和方位旋转编码器的读数，记为初始俯仰角的角度和初始方位角的角度，控制机构初始化完成。在家用定日镜的运行过程中，反射镜的当前角度为当前时刻方位旋转编码器和俯仰旋转编码器的读数减去对应的初始俯仰角的角度和初始方位角角度；

2)控制机构根据当前的时间、时区、经纬度计算出当前时刻太阳的俯仰角的角度和方位角度；

3)手动旋转反射镜，将太阳光反射到目标位置，控制机构根据反射镜的法线的角度(包括俯仰角的角度和方位角的角度，下同)和太阳入射光的角度，即可以计算出太阳反射光的角度，也就是反射镜旋转中心到目标位置中心连线的俯仰角的角度和方位角的角度，控制机构记录这两个角度的数据。

4)根据计算得到的太阳的俯仰角的角度和方位角的角度以及反射镜旋转中心到目标位置中心连线的俯仰角的角度和方位角的角度，即可以计算出反射镜的法线的目标俯仰角的角度和方位角的角度。

5)控制机构控制第一驱动机构、第二驱动机构驱动反射镜旋转到反射镜的目标角度，以使所述反射镜将太阳光线反射至所述目标位置；

进一步地，所述定日方法中，

在使所述反射镜的当前角度与所述反射镜的法线的目标角度相等之前，还包括：

当反射镜跟踪到位(当前角度与目标角度近似相等)仍存在跟踪偏差时，通过调整反射镜的当前角度，使太阳光准确地反射到目标位置，控制机构记录这次调整的时间和角度偏差数据(目标角度与当前角度的差值)，所述反射镜多个时刻的角度偏差数据与所述反射镜的当前角度拟合，得到校正后的所述反射镜的当前角度。拟合方法为：每个时刻的角度偏差数据由前后相邻两个时间点的角度偏差角度在时间轴上按照线性变化计算得到，角度偏差数据加上当前角度即为调整后的当前角度。这样，反射镜就可以准确地将太阳光反射到目标位置了。

进一步地，所述定日方法中，控制机构可以与四象限光电传感器构成闭环控制系统：在反射镜跟踪到位(当前角度近似等于目标角度)后，根据四象限传感器反馈的偏离方向，逐步修正反射镜的当前角度，可使反射镜更精确地将太阳光线反射到目标位置。

本发明实施例具有如下优点：

1.本发明提供的一种家用定日镜，包括反射镜；第一驱动机构，其包括：第一驱动装置和俯仰旋转编码器；所述第一驱动装置包括：减速电机和第一力矩限制器，所述减速电机通过第一力矩限制器与所述反射镜连接，驱动所述反射镜在俯仰方向转动；所述俯仰旋转编码器与所述反射镜的俯仰旋转轴连接，用于反馈所述反射镜在俯仰方向的俯仰角的角度；第二驱动机构，其包括：第二驱动装置和方位旋转编码器；所述第二驱动装置包括：电机、减速机和第二力矩限制器，所述电机通过减速机和第二力矩限制器与所述反射镜水平旋转轴连接，驱动所述反射镜在水平方向转动。所述第二力矩限制器与所述减速机连接；所述方位旋转编码器与所述减速机连接，用于反馈所述反射镜在水平方向的水平角的角度；控制机构，与所述减速电机、所述俯仰旋转编码器、所述电机和所述方位旋转编码器连接。本发明中通过控制机构、第一驱动机构、第二驱动机构实现精确的对太阳的光的追踪，将太阳光精准的反射在目标位置。进一步，本发明定日镜可以不带辅件精确跟踪太阳，由于定日镜安放的水平度等系统误差的存在，定日镜在跟踪太阳一段时间后，光斑可能会偏离目标位置，因此，当发生偏离开需要由用户校准，控制系统可以根据用户的校正数据自动调整跟踪参数，达到精确跟踪太阳的目的。当带有辅件时，所述定日镜可以由辅件的光伏供电，同时，控制机构与四象限光电传感器构成闭环控制机构系统，不需要人为调整跟踪参数即可达到精确跟踪太阳的目的。

这种将光伏供电及四象限光线传感器作为辅件的设计方法，既可以为普通用户提供价格低廉的家用定日镜产品，又可以为高端用户提供跟踪精度更高，操作更方便的家用定日镜产品。

2.本发明提供的一种定日方法，用于家用定日镜，当反射镜跟踪到位(当前角度近似等于目标角度)仍旧存在跟踪偏差时，通过调整反射镜的当前角度，使太阳光准确地反射到目标位置，所述反射镜多个时刻的角度偏差数据与所述反射镜的当前角度拟合，得到校正后的所述反射镜的当前角度。这样，反射镜就可以准确地把太阳光反射到目标位置了。

本发明所采用的旋转编码器为绝对式旋转编码器，调整反射镜的当前角度的方法可以是用手直接拔动反射镜旋转；也可以通过设置在底座上的键盘控制反射镜旋转；也可以通过与控制机构蓝牙连接的手机APP软件控制反射镜旋转。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明所述的一种定日镜的结构示意图；

图2为本发明所述的光路检测机构侧视图；

图3为本发明所述的光路检测机构主视图。

图中：

1-反射镜；2-俯仰旋转编码器；3-减速电机；4-支架；5-减速机；6-电机；7-方位旋转编码器；8-底座；9-控制机构；10-四象限光电传感器；11-电缆；12-伸缩支杆；13-接线盒；14-光伏电池单元；15-基座。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例一

本实施例提供了一种家用定日镜，如图1-2所示，包括：反射镜1；在本实施例中，所述反射镜1可以采用光学反射镜。

支撑机构，包括支架4和底座8，所述支架4设置在所述底座8上部，所述反射镜1可转动的设置在所述支架4上。

第一驱动机构，其包括：第一驱动装置和俯仰旋转编码器2；所述第一驱动装置包括：减速电机3和第一力矩限制器；所述减速电机3通过第一力矩限制器与所述反射镜1连接，驱动所述反射镜1在俯仰方向转动；所述俯仰旋转编码器2与所述反射镜1的俯仰旋转轴连接，用于反馈所述反射镜1在俯仰方向的俯仰角的角度；在本实施例中，优选但不限于此方式，减速电机优选为减速直流电机，减速电机的转动轴和俯仰旋转轴的一端连接，俯仰旋转轴的另一端与俯仰旋转编码器2连接，反射镜1与俯仰旋转轴连接。所述减速电机3通过驱动俯仰旋转轴沿俯仰方向转动，进而驱动所述反射镜1在俯仰方向运动，从而实现驱动反射镜1在俯仰方向上运动。

第二驱动机构，其包括：第二驱动装置和方位旋转编码器7；所述第二驱动装置包括：电机6、减速机5和第二力矩限制器；所述电机6通过减速机5及第二力矩限制器与所述反射镜1连接，驱动所述反射镜1在水平方向转动，所述减速机5和所述第二力矩限制器与所述电机6连接；所述方位旋转编码器7与所述减速机5连接，用于记录所述反射镜在水平方向的水平角的角度。

控制机构9，与所述减速电机3、俯仰旋转编码器2、电机6和方位旋转编码器7连接。在本实施例中，控制机构9的核心控制单元优选为单片机，所述控制机构9控制所述减速电机3和电机6运行。其中，所述控制机构9和所述电机6设置在所述底座8中。

其中，在本实施例中，第一力矩限制器与在减速电机3的转动轴连接，可以在减速电机3不运行时，实现手动对反射镜1的角度调整，避免了对反射镜1或减速电机3损坏；第二力矩限制器与减速机5的转动轴连接，可以在电机6不运行时，实现手动对反射镜1的角度调整，避免了对反射镜1或电机6损坏。

本发明中通过控制机构、第一驱动机构、第二驱动机构实现精确的对太阳的光的追踪，将太阳光精准的反射在目标位置。进一步，本发明定日镜所用元器件价格低廉，有效的降低了定日镜的成本。

作为一种实施方式，如图1-3所示，所述的定日镜，还包括：光路检测机构。所述光路检测机构包括：

四象限光电传感器10，设在所述反射镜1反射光线的光路上；所述四象限光电传感器10与所述控制机构9连接；伸缩支杆12，所述四象限光电传感器10设置在所述伸缩支杆12的一端；基座15，所述伸缩支杆12的另一端与所述基座15连接；光伏电池单元14，设置在所述基座15上，与所述四象限光电传感器10和所述控制机构9连接。在本实施例中，光路检测机构还包括：传通讯电缆11，接线盒13，四象限光电传感器10通过通讯电缆11将光强数据传输至控制机构9，接线盒中收纳连接线缆。光伏电池单元用于向控制机构、第一驱动装置、第二驱动装置和四象限光电传感器提供电源。

实施例二

本实施例提供了一种定日方法，应用于实施例一所述家用定日镜，包括：：

获取反射镜到目标位置的角度；

以上所述角度包括：俯仰角的角度和方位角角度。

在本实施中，具体包括如下步骤：

S101：获取反射镜的初始俯仰角的角度和初始方位角的角度：在启用定日镜前，先要进行反射镜角度初始化工作，即：确定反射镜的俯仰旋转编码器和方位旋转编码器(俯仰方向和水平方向)读数与实际角度的差值。方法为：先将反射镜按照底座上的方向标识箭头，将反射镜的底座上的箭头指向北方，将底座水平放置；用手旋转反射镜(因为安装有第一、第二力矩限制器，因此，反射镜允许手动拔转)，将所述反射镜的法线水平指向北方，控制机构记录该时刻俯仰旋转编码器的读数和方位旋转编码器的读数，记为初始俯仰角的角度和初始方位角的角度，控制机构初始化完成。在家用定日镜的运行过程中，反射镜的当前角度为当前时刻俯仰旋转编码器和方位旋转编码器的读数减去对应的初始俯仰角的角度和初始方位角的角度；

S102：控制机构根据当前的时间、时区、经纬度计算出当前时刻太阳的俯仰角的角度和方位角度的角度；

S103：手动旋转反射镜，将太阳光反射到目标位置，控制机构根据反射镜法线的角度(包括俯仰角的角度和方位角角度，下同)和太阳入射光的角度，即可以计算出太阳反射光的角度，也就是反射镜旋转中心到目标位置中心连线的俯仰角的角度和方位角角度，控制机构记录这两个数据。

S104：根据计算得到的太阳的俯仰角的角度和方位角度的角度以及反射镜旋转中心到目标位置中心连线的俯仰角的角度和方位角的角度，即可以计算出反射镜的法线的目标俯仰角的角度和目标方位角的角度。

S105：控制机构控制第一驱动机构、第二驱动机构驱动反射镜旋转到反射镜的目标角度(目标俯仰角的角度和目标方位角的角度)，以使所述反射镜将太阳光线反射至所述目标位置；

S106：在本实施例中，可以建立手机APP与定日镜控制机构之间的蓝牙通讯，通过蓝牙实现手机APP对定日镜的控制。手机APP发送所述反射镜所在当地的经纬度数据及时钟信号(时刻)到控制机构，从控制机构获取反射镜的目标俯仰角、目标方位角以及实际俯仰角、实际方位角等数据。

当用户观测到反射镜反射的太阳光没有准确地照射在目标位置，通过手机APP调整反射镜的角度，并记录这次调整的时间和角度偏差数据(目标角度与当前角度的差值)。

S107：所述反射镜多个时刻的角度偏差数据与所述反射镜的当前角度拟合，得到校正后的所述反射镜的当前角度。拟合方法为：每个时刻的角度偏差数据由前后相邻两个时间点的角度偏差角度在时间轴上按照线性变化计算得到，角度偏差数据加上当前角度即为调整后的当前角度。这样，反射镜就可以准确地将太阳光反射到目标位置了。

实施例三

本实施例可以单独使用，也可以和以上实施例结合使用，该实施例提供了一种定日方法，包括如下步骤：

控制机构与四象限光电传感器构成闭环控制系统，在反射镜跟踪到位后，根据四象限传感器反馈的偏离方向，修正反射镜的当前角度，使反射镜将太阳光线反射到目标位置。

具体地，

S100：四象限光电传感器设置在反射镜反射光线的光路上，实时检测反射在其上的太阳光的光强，并将检测到的光强数据传输至控制系统；

S200：所述控制机构根据所述四象限光电传感器传输的光强数据，驱动所述第一驱动装置和所述第二驱动装置，使所述反射镜反射的太阳光照射在目标位置；具体地，控制机构接收光强数据，并根据接收到的光强数据判断反射镜反射的太阳光是否偏离目标位置，并根据其调整反射镜的角度。本发明通过在四象限光电传感器与控制机构配合，实现了对反射光路实时检测，保证了太阳光更准确地反射到目标位置。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种家用定日镜，其特征在于，包括：

反射镜；

第一驱动机构，其包括：第一驱动装置和俯仰旋转编码器；

第二驱动机构，其包括：第二驱动装置和方位旋转编码器；

2.根据权利要求1所述的家用定日镜，其特征在于，还包括：支撑机构；

3.根据权利要求1所述的家用定日镜，其特征在于，还包括：光路检测机构，其包括：

4.根据权利要求3所述的家用定日镜，其特征在于，所述光路检测机构还包括：

基座，所述伸缩支杆的另一端与所述基座连接；

5.根据权利要求3所述的家用定日镜，其特征在于，所述控制机构根据所述四象限光电传感器传输的光强数据，驱动所述减速电机和所述电机，使所述反射镜反射的太阳光照射在目标位置。

6.一种定日方法，用于家用定日镜，其特征在于，包括：

获取反射镜到目标位置的角度；

以上所述角度包括：俯仰角的角度和方位角角度。

7.根据权利要求6所述定日方法，其特征在于，在使所述反射镜的当前角度与所述反射镜的法线的目标角度相等之前，还包括：

8.根据权利要求6所述定日方法，其特征在于，控制机构与四象限光电传感器构成闭环控制系统，在反射镜跟踪到位后，根据四象限传感器反馈的偏离方向，修正反射镜的当前角度，使反射镜将太阳光线反射到目标位置。