CN205540300U - 自动追踪太阳的光纤照明系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动追踪太阳的光纤照明系统，其包括追踪器、控制器和聚光器，所述追踪器将所述聚光器的角度与太阳的角度进行比较，再通过所述控制器使所述聚光器对太阳追踪，从而使所述聚光器能够实时接收由直射的太阳光照射的高能量的光。本实用新型的自动追踪太阳的光纤照明系统能够精确追踪太阳且太阳能利用率、转化效率较高。

Description

自动追踪太阳的光纤照明系统

技术领域

本实用新型涉及光纤照明技术领域，特别涉及一种自动追踪太阳的光纤照明系统。

背景技术

目前世界上研究光纤照明最成功的有三个国家：日本、瑞典和美国。其中，日本商业化最成功，在九一年成立了有关光纤照明的公司。日本制作的光纤照明灯在疗养院、地铁、以及解决小区内某些住宅没有太阳光照明等方面都有广泛应用。瑞典在国际上声名不显，主要研究光纤照明在极端恶劣条件下室内照明的问题。美国的光纤照明依托实验室展开，目前还没有商业化的成品。中国目前在光纤照明还处于起步阶段，近两年有了突破性进展。在APEC会议上，光纤照明被首次应用于会议室内照明，但中国制作的光纤照明系统还不够完善，存在成本高，效率偏低的问题。

自然光照明不仅可以节约能源，更重要的是健康、自然与安全。光纤照明在家用、商业、军事都有很广泛的用途。家用方面可以做室内照明，这样比较环保又节能；商业方面在大型商场、会议室、地铁站、机场、隧道、疗养院都有应用，主要因为它绿色、节能；在军事方面一些地下军事设施或军工厂也有应用，原因是因为这些场所要避免电火花和电磁脉冲，不能用电。

目前太阳室内照明技术蓬勃发展，尤其是光纤照明方面具有更深远的发展潜力，这种照明方式不存在光电转换技术中太阳电池效率低，成本高和污染等问题，是一种自然安全的照明方式。然而太阳光线随着时间、地区的变化，使得对太阳光的准确追踪定位存在一定困难，导致太阳能转化效率不高，并且恶劣天气、强光干扰会影响太阳能的采集。

实用新型内容

本实用新型旨在克服以上技术问题，提出一种能够精确追踪太阳且太阳能利用率、转化效率较高的自动追踪太阳的光纤照明系统。

为解决上述技术问题，根据本实用新型的第一方面，提供一种自动追踪太阳的光纤照明系统，其包括追踪器、控制器和聚光器，所述追踪器将所述聚光器的角度与太阳的角度进行比较，再通过所述控制器使所述聚光器对太阳追踪，从而使所述聚光器能够实时接收由直射的太阳光照射的高能量的光。

根据本实用新型的第二方面，提供一种自动追踪太阳的光纤照明系统，其中，所述追踪器包括GPS模块、倾角传感器以及电子罗盘模块；所述控制器包括单片机模块、步进电机驱动器模块以及步进电机模块；并且，所述倾角传感器读取俯仰角，所述电子罗盘读取方位角，所述GPS模块测经纬度和时间，通过公式计算当地太阳的方位角俯仰角，将所述倾角传感器和电子罗盘测得的所述聚光器的角度与所述GPS模块通过公式算出来的太阳的角度进行比较，再利用步进电机调整方向，使所述聚光器的角度调到与太阳的角度相等，以对准太阳，其中，所述单片机模块通过编写程序实现接收所述追踪器传来的数据，并以此调整步进电机驱动器模块，所述步进电机驱动器模块控制步进电机并调节转速，而步进电机调节所述聚光器的高度角和方位角，以实现对太阳光的自动追踪。

根据本实用新型的第三方面，提供一种自动追踪太阳的光纤照明系统，其中，所述追踪器还包括四象限探测器，该四象限探测器的位于四象限的四个部分采集光强从而可以实时探测光强变化，通过四个部分光强的对比，所述单片机模块细微调整聚光器方向而更精确地追踪太阳光。

根据本实用新型的第四方面，提供一种自动追踪太阳的光纤照明系统，其中，还包括显示屏，所述显示屏与所述单片机模块连接，所述显示屏用于显示所述追踪器发送的实时数据。

根据本实用新型的第五方面，提供一种自动追踪太阳的光纤照明系统，其中，所述实时数据包括太阳所在方位的经纬度数据、时间信息，太阳的方位角信息，所述聚光器的高度角信息以及所述聚光器接收的太阳光的光强值。

根据本实用新型的第六方面，提供一种自动追踪太阳的光纤照明系统，其中，所述光纤照明系统还包括用于滤除有害射线的装置，由所述聚光器聚合后的太阳光先经过所述装置滤除有害射线，再通过光纤导入到室内照明。

根据本实用新型的第七方面，提供一种自动追踪太阳的光纤照明系统，其中，所述聚光器上与光纤接触的位置设置有螺纹结构，所述螺纹结构用于调节所述光纤的位置。

根据本实用新型的第八方面，提供一种自动追踪太阳的光纤照明系统，其中，所述单片机模块上设置有按键，通过所述按键来手动调节所述聚光器的高度角。

根据本实用新型的第九方面，提供一种自动追踪太阳的光纤照明系统，其中，所述步进电机模块上设置有拨码盒，所述拨码盒用于调节所述步进电机驱动器模块的脉冲大小和频率大小。

根据本实用新型的第十方面，提供一种自动追踪太阳的光纤照明系统，其中，所述聚光器为带有镜筒的透镜组。

本实用新型的自动追踪太阳的光纤照明系统相比于现有技术具有如下优点:能够对太阳光进行精确追踪，太阳能利用率、转化效率较高，并且具有机身小巧轻便，造型流畅的特点。

附图说明

图1为本实用新型的自动追踪太阳的光纤照明系统的结构示意图；

图2为本实用新型的自动追踪太阳的光纤照明系统的具体结构示意图。

附图标记说明：

1、追踪器 11、GPS模块

12、倾角传感器 13、电子罗盘模块

14、四象限探测器 2、控制器

21、单片机模块 22、步进电机驱动器模块

23、步进电机模块 3、聚光器

4、光纤 5、显示屏

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构及技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

图1为本实用新型的自动追踪太阳的光纤照明系统的结构示意图，图2为本实用新型的自动追踪太阳的光纤照明系统的具体结构示意图，如图1和图2所示，自动追踪太阳的光纤4照明系统包括追踪器1、控制器2、聚光器3与光纤4。其中，追踪器1包括GPS模块11、倾角传感器12、电子罗盘模块13与四象限探测器14，控制器2包括：单片机模块21、步进电机驱动器模块22与步进电机模块23。

GPS模块11用于实时获取太阳所在方位的经纬度以及时间信息，倾角传感器12用于实时探测聚光器3的高度角信息，电子罗盘模块13用于实时探测太阳的方位角信息，四象限探测器14用于实时探测太阳光的光强大小。单片机模块21、步进电机模块23分别与步进电机驱动器模块22连接，追踪器1与单片机模块21连接，单片机模块21用于接收追踪器1探测到的实时数据，单片机模块21根据接收到的实时数据来控制步进电机驱动器模块22，步进电机驱动器模块22用于驱动步进电机模块23，聚光器3用于实时接收太阳光，聚光器3与步进电机模块23连接，步进电机模块23用于调整聚光器3的高度角，光纤4用于将聚光器3实时接收的太阳光导入到室内进行照明。其中，在光纤4将太阳光导入到室内进行照明前需要先滤除有害射线。

需要说明的是，单片机模块21是通过编写程序方式来接收并处理追踪器1发送的实时数据。其中，实时数据可以包括太阳所在方位的经纬度数据、时间信息，太阳的方位角信息，聚光器3的高度角信息以及聚光器3接收的太阳光的光强值等信息。

另外，需要说明的是，四象限探测器14为ABCD四个部分进行采集光强，这样可以实时探测太阳光的光强变化，通过四个部分光强的对比，单片机模块21将细微调整聚光器3的角度或方向以实现对太阳光的精确追踪。

在本实用新型的进一步实施例中，自动追踪太阳的光纤4照明系统还包括显示屏5，该显示屏5与单片机模块21连接，显示屏5用于显示追踪器1发送的实时数据。优选地，显示屏5为LCD液晶显示屏5。

在本实用新型的进一步实施例中，聚光器3上与光纤4接触的位置设置有螺纹结构，该螺纹结构用于调节光纤4的位置，在使用时为了使得聚光器3接收到最大光强，一般会将光纤4的一端调节至透镜焦点位置处。优选地，聚光器3为带有镜筒的透镜组，其作用可以会聚太阳光，耦合入光纤4且可以增大光强。

在本实用新型的进一步实施例中，单片机模块21根据追踪器1发送的实时数据进行处理后可以控制步进电机驱动器模块22并发出指令，步进电机驱动器模块22根据指令会对步进电机模块23进行控制，同时可以调节步进电机模块23的转速，由于步进电机模块23可以调节聚光器3的高度角，从而实现对步进电机模块23的精确控制，进而实现对太阳光的高精度自动追踪。此外，单片机模块21上还可以设置有按键，在使用本实用新型的自动追踪太阳的光纤4照明系统时可以通过按键来手动调节聚光器3的高度角，以实现对太阳光的实时追踪。

在本实用新型的进一步实施例中，步进电机模块23上设置有拨码盒，该拨码盒用于调节步进电机驱动器模块22的脉冲大小和频率大小。

在本实用新型的进一步实施例中，光纤4为多模石英光纤4，或石英包层石英光纤4，或塑料包层石英光纤4。

本实用新型的自动追踪太阳的光线照明系统的使用方法及原理如下：

首先是追踪器1的数据采集工作。其中，GPS模块11由天线采集日期时间以及太阳所在位置的经纬度信息，将其传输到单片机模块21中，单片机模块21内通过程序处理得到的数据来计算太阳的高度角和方位角；倾角传感器12采集聚光器3的高度角和方位角信息，然后传输到单片机模块21中；四象限探测器14用于采集光强信息，传输到单片机模块21中。

数据采集完后是控制器2部分工作。首先单片机模块21根据采集的数据信息进行判断，当光强没有超过系统设定阈值时，单片机模块21选择GPS模块11工作，单片机模块21将太阳与聚光器3的角度进行比对，当二者不一致时，通过发送信号到步进电机驱动器模块22来控制步进电机模块23转动方向，以此来调节聚光器3的角度，使之对准太阳。当光强超过最大阈值或最小阈值时，单片机模块21选择四象限探测器14工作。本实用新型中使用的四象限探测器14为，ABCD四个部分的各个光强会进行比对，当ABCD四个部分光强大小不一致时，通过发送信号到步进电机驱动器模块22来控制步进电机模块23转动方向，使ABCD四个部分光强大小相等，此时太阳光必定垂直照射在四象限探测器14上，当四象限探测器14与聚光器3保持相同角度时，聚光器3也对准太阳。

控制器2调节完后是聚光器3部分对准太阳进行自动追踪。聚光器3前端的透镜会聚太阳光，聚光器3的尾端有带螺纹的孔，光纤4前端固定有螺母，可将光纤4调整到透镜的焦点上，增大光强。

当自动追踪完成后，若需要显示数据信息或手动调整聚光器3的角度，可以通过单片机模块21上的按键完成。由于单片机模块21外接LCD液晶显示屏5，当按键后，可通过按键上下选择显示GPS模块11信息、倾角传感器12信息、电子罗盘模块13信息或四象限探测器14光强信息，也可通过按键选择手动调整步进电机模块23转动方向来调整聚光器3的高角度。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神及范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围及边界、或者这种范围及边界的等同形式内的全部变化及修改例。

Claims (10)

1.一种自动追踪太阳的光纤照明系统，其特征在于，该光纤照明系统包括追踪器、控制器和聚光器，所述追踪器将所述聚光器的角度与太阳的角度进行比较，再通过所述控制器使所述聚光器对太阳追踪，从而使所述聚光器能够实时接收由直射的太阳光照射的高能量的光。

2.根据权利要求1所述的自动追踪太阳的光纤照明系统，其特征在于：

所述追踪器包括GPS模块、倾角传感器以及电子罗盘模块；

所述控制器包括单片机模块、步进电机驱动器模块以及步进电机模块；

所述倾角传感器读取俯仰角，所述电子罗盘读取方位角，所述GPS模块测经纬度和时间，通过公式计算当地太阳的方位角俯仰角，将所述倾角传感器和电子罗盘测得的所述聚光器的角度与所述GPS模块通过公式算出来的太阳的角度进行比较，再利用步进电机调整方向，使所述聚光器的角度调到与太阳的角度相等，以对准太阳，

其中，所述单片机模块通过编写程序实现接收所述追踪器传来的数据，并以此调整步进电机驱动器模块，所述步进电机驱动器模块控制步进电机并调节转速，而步进电机调节所述聚光器的高度角和方位角，以实现对太阳光的自动追踪。

3.根据权利要求2所述的自动追踪太阳的光纤照明系统，其特征在于：

所述追踪器还包括四象限探测器，该四象限探测器的位于四象限的四个部分采集光强从而可以实时探测光强变化，通过四个部分光强的对比，所述单片机模块细微调整聚光器方向而更精确地追踪太阳光。

4.根据权利要求2或3所述的自动追踪太阳的光纤照明系统，其特征在于，还包括显示屏，所述显示屏与所述单片机模块连接，所述显示屏用于显示所述追踪器发送的实时数据。

5.根据权利要求2或3所述的自动追踪太阳的光纤照明系统，其特征在于，所述数据包括太阳所在方位的经纬度数据、时间信息，太阳的方位角信息，所述聚光器的高度角信息以及所述聚光器接收的太阳光的光强值。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的自动追踪太阳的光纤照明系统，其 特征在于，所述光纤照明系统还包括用于滤除有害射线的装置，由所述聚光器聚合后的太阳光先经过所述装置滤除有害射线，再通过光纤导入到室内照明。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的自动追踪太阳的光纤照明系统，其特征在于，所述聚光器上与光纤接触的位置设置有螺纹结构，所述螺纹结构用于调节所述光纤的位置。

8.根据权利要求2或3所述的自动追踪太阳的光纤照明系统，其特征在于，所述单片机模块上设置有按键，通过所述按键来手动调节所述聚光器的高度角。

9.根据权利要求2或3所述的自动追踪太阳的光纤照明系统，其特征在于，所述步进电机模块上设置有拨码盒，所述拨码盒用于调节所述步进电机驱动器模块的脉冲大小和频率大小。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的自动追踪太阳的光纤照明系统，其特征在于，所述聚光器为带有镜筒的透镜组。