CN202694157U - 一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了太阳能跟踪装置设计领域的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置。技术方案是，所述装置包括固定底座、旋转云台、电池板、滑轨、步进电机、控制电路、锥齿轮和凸轮；所述固定底座上还包括锥齿；所述步进电机还包括电机轴；所述转动云台还包括支架；所述控制电路包括电源模块、单片机、计时模块和电机驱动模块。本实用新型在实现双轴跟踪的同时，还降低了太阳能跟踪平台的功耗，提高跟踪平台的可靠性和稳定性，且控制电路简洁，效率高。

Description

一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置

技术领域

本实用新型属于太阳能跟踪装置设计领域，尤其涉及一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置。

背景技术

当今世界，由于煤炭、石油等非可再生资源日益减少，以及非可再生能源在使用过程中对生态环境造成的不利影响，可再生能源得到越来越多的关注。而太阳能无污染、资源普遍的特点使得太阳能发电具有广阔的利用前景和发展空间。

目前受限于太阳能电池板的光伏转换效率，太阳能发电技术的能源利用率并不高。虽然现有研究多采用太阳能跟踪技术提高太阳能利用效率的方法，跟踪技术多为单轴跟踪或双轴跟踪，但是单轴跟踪效率低，而双轴跟踪的成本和系统功耗较高，因此，寻找一种既有效提高太阳能利用效率，又减少系统功耗和成本的跟踪方法就显得非常重要。

发明内容

针对上述技术背景中描述的目前普遍使用的太阳能跟踪装置，在跟踪效率、成本和功耗方面存在的不足，本实用新型提出了一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置。

本实用新型的技术方案是，一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置，其特征在于，所述装置包括固定底座、旋转云台、电池板、滑轨、步进电机、控制电路、锥齿轮和凸轮；所述固定底座上包括锥齿；所述步进电机包括电机轴；所述旋转云台包括支架；

其中，所述步进电机固定在所述旋转云台上；

所述电机轴分别与所述凸轮和锥齿轮连接；

所述滑轨分别与所述凸轮和电池板相切；

所述电池板与所述旋转云台通过支架铰接；

所述锥齿轮与所述固定底座上的锥齿啮合；

所述控制电路与所述步进电机连接。

所述控制电路包括电源模块、单片机、计时模块和电机驱动模块；所述电源模块分别与所述单片机和电机驱动模块连接；所述单片机分别与所述电源模块、计时模块、电机驱动模块和步进电机连接。

所述计时模块还包括时钟芯片和电池；所述时钟芯片分别与所述电池和单片机连接；所述电池与所述时钟芯片连接。

所述电机驱动模块包括电位器、第一驱动芯片和第二驱动芯片；所述电位器分别与所述单片机和步进电机连接；所述第一芯片与第二芯片连接；所述第一驱动芯片分别与所述单片机和第二驱动芯片连接；所述第二驱动芯片分别与所述第一芯片和步进电机连接。

本实用新型的效果在于，在实现双轴跟踪的同时，还降低了太阳能跟踪平台的功耗，提高跟踪平台的可靠性和稳定性，且控制电路简洁，效率高。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置的机械结构图；

图2是本实用新型提供的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置的控制电路示意图；

图3是本实用新型提供的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置的工作流程图；

图4是本实用新型提供的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置的电源模块的电路原理图；

图5是本实用新型提供的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置的电机驱动模块的电路原理图；

图6是本实用新型提供的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置的单片机最小系统及时钟芯片的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

图1是本实用新型提供的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置的机械结构图。图1中，一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置包括固定底座、旋转云台、电池板、滑轨、步进电机、控制电路、锥齿轮和凸轮；所述固定底座上包括锥齿；所述步进电机包括电机轴；所述旋转云台包括支架；所述步进电机固定在旋转云台上，步进电机轴端部连接锥齿轮，锥齿轮与固定底座上的锥齿啮合；电机轴中部连接有凸轮，凸轮与电池板通过滑轨相切，电池板与旋转云台上的支架铰接。当步进电机通电转动时，旋转云台连同步进电机一起绕中心轴转动，实现电池板的水平方向转动；同时凸轮也随着步进电机转动，凸轮与滑轨切点的变化实现竖直方向倾角的改变。

图2是本实用新型提供的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置的控制电路示意图。图2中，一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置的控制电路包括电源模块、单片机、计时模块和电机驱动模块；所述计时模块还包括时钟芯片和电池；所述电机驱动模块包括电位器、第一驱动芯片和第二驱动芯片；所述电源模块分别与所述单片机和电机驱动模块连接，用于给步进电机、单片机及其外围电路供电；所述单片机分别与所述电源模块、计时模块、电机驱动模块和步进电机连接，用于对整个电路进行控制和信号的处理；所述电机驱动模块分别与步进电机、电源模块和单片机连接，用于驱动步进电机；所述时钟芯片分别与所述电池和单片机连接；所述电池与所述时钟芯片连接，用于给单片机提供时钟信息。

图3是本实用新型提供的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置的工作流程图。具体步骤是：

步骤1：开机整个系统先进行自检；

步骤2：对工作部分的状态进行检测，如果状态正常，则系统开始工作，并执行步骤3，否则关机进行调试；

步骤3：系统检查当前的时间，如果检查到的时间为白天，则执行步骤4；否则系统执行步骤7；

步骤4：采用定时跟踪模式，单片机采集电位器的电压信号，换算出当前旋转云台位置；

步骤5：单片机采集时钟芯片给出的时间信息，换算出当前时间太阳的高度角和方位角与旋转云台倾角的偏差信号；

步骤6：依据根据步骤5所得到的偏差信号驱动步进电机转动相应角度，使电池板正对太阳；

步骤7：开启定时芯片，开始定时，同时系统进入休眠状态，等待定时结束后被唤醒；当定时结束，则返回执行步骤3。

图4是本实用新型提供的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置的电源模块的电路原理图。一部分是给步进电机部分供电，另一部分给单片机及其外围电路供电。如图4所示，系统主要由外部12V电源供电，12V电源接入后，经电解电容和陶瓷电容滤除高次和低次谐波后，送入LM7805，由7805稳压至5V。作为备用，5V电源VCC也留有接口，同样可经电解电容和陶瓷电容滤除高次和低次谐波。12V的电源主要给两路步进电机供电，5V电源为单片机及其外围电路供电。

图5是本实用新型提供的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置的电机驱动模块的电路原理图。图5中，驱动模块主要由L297和L298组成，L297/298驱动器方式驱动，每相电流可达2A。其中L297是步进电机控制器，适用于双极性两相步进电机或单极性四相步进电机的控制。用L297输出信号可控制L298双桥驱动集成电路，用来驱动电压最高为46V，总电流为4A以下的步进电机。L297也可用来控制由达林顿管组成的分立电路，以驱动更高电压，更大电流的步进电机。L297只需要时钟、方向和模式输入信号，相位由内部产生，从而减轻了微处理器和程序设计的负担。L297采用固定斩波频率的PWM恒流斩波方式工作。L297主要由译码器，两个固定斩波频率的PWM恒流斩波器以及输出控制逻辑组成。L298是用来驱动步进电机的集成电路，采用双全桥接方式驱动，由于是双极性驱动，步进电机的定子励磁绕组线圈可以完全利用，使步进电机达到最佳的驱动。

图6是本实用新型提供的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置的单片机最小系统及时钟芯片的电路原理图。图6中，单片机最小系统主要由AVR ATmega8组成，该单片机是ATMEL公司生产的8位精简指令集单片机，本实用新型的主要控制部分由该芯片完成。时钟芯片选用DS1337。本设计需要使用单片机的两个I/O端口作为时钟芯片DS1337的命令和数据操作端口，并将DS1337的中断输出口接到ATmega8的外部中断INT1上，以作单片机进入休眠状态后唤醒单片机的中断输入。为驱动步进电机，还需要两个单片机I/O口控制电机正反转和全速/半速转动，另外还需ATmega8的一路PWM输出端口作为步进电机的驱动信号。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置，其特征在于，所述装置包括固定底座、旋转云台、电池板、滑轨、步进电机、控制电路、锥齿轮和凸轮；所述固定底座上包括锥齿；所述步进电机包括电机轴；所述旋转云台包括支架；

其中，所述步进电机固定在所述旋转云台上；

所述电机轴分别与所述凸轮和锥齿轮连接；

所述滑轨分别与所述凸轮和电池板相切；

所述电池板与所述旋转云台通过支架铰接；

所述锥齿轮与所述固定底座上的锥齿啮合；

所述控制电路与所述步进电机连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置，其特征在于，所述控制电路包括电源模块、单片机、计时模块和电机驱动模块；所述电源模块分别与所述单片机和电机驱动模块连接；所述单片机分别与所述电源模块、计时模块、电机驱动模块和步进电机连接。

3.根据权利要求2所述的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置，其特征在于，所述计时模块还包括时钟芯片和电池；所述时钟芯片分别与所述电池和单片机连接；所述电池与所述时钟芯片连接。

4.根据权利要求2所述的一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置，其特征在于，所述电机驱动模块包括电位器、第一驱动芯片和第二驱动芯片；所述电位器分别与所述单片机和步进电机连接；所述第一芯片与第二芯片连接；所述第一驱动芯片分别与所述单片机和第二驱动芯片连接；所述第二驱动芯片分别与所述第一芯片和步进电机连接。

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