CN205581657U - 记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器，包括四象限太阳光探测器、检测信号处理电路、带有EEPROM的单片机控制器、跟踪模块，四象限太阳光探测器通过检测信号处理电路连接带有EEPROM的单片机控制器，带有EEPROM的单片机控制器连接有跟踪模块，跟踪模块分别连接有方位角步进电机驱动电路、高度角步进电机驱动电路，方位角步进电机驱动电路连接有方位角步进电机，高度角步进电机驱动电路连接有高度角步进电机；该控制器响应速度快，使用寿命长，使用后的偏差易于修正，结构简单，解决了传统跟踪存在累积误差的问题，跟踪精度得到提高，使得聚光碟的调整能够快速响应，采能效率得到大幅提高。

Description

记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器

技术领域

本实用新型涉及一种记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器。

背景技术

太阳能利用的关键在于太阳能装置能够时刻对准太阳。当太阳能装置能正面朝向阳光，使得阳光入射方向能垂直于阳光收集装置时，阳光的吸收效率将最高，因而使得太阳能利用装置的效率达到最大。由于太阳的变化具有随机性，需要装置能跟踪太阳的移动，因而存在对太阳能跟踪控制器的需求。

常用的太阳能聚光碟跟踪器主要有两种方式：

一是基于光线传感器的跟踪方式。专门设定一个用于检测太阳位置的传感器，当太阳光线和跟踪系统光轴之间的偏差超过一定值时，系统进行调节，实现对太阳的跟踪；

二是通过理论计算出太阳一年中不同时间的位置，然后通过控制系统实现跟踪太阳的位置，实现对太阳位置的跟踪。

这两种控制方式各有优缺点。光电式跟踪具有跟踪精度高的优点，但其易受天气的影响；而时钟式跟踪不受天气影响，但存在时钟累积误差不断增加，系统跟踪精度低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器，采用记忆跟踪代替传统的时钟跟踪方式，与光电跟踪相结合，能够在各种天气条件下有效地控制太阳能装置的朝向。

本实用新型的技术解决方案是：

一种记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器，包括四象限太阳光探测器、检测信号处理电路、带有EEPROM的单片机控制器、跟踪模块，四象限太阳光探测器通过检测信号处理电路连接带有EEPROM的单片机控制器，带有EEPROM的单片机控制器连接有跟踪模块，跟踪模块包括记忆跟踪单元、光电跟踪单元，跟踪模块分别连接有方位角步进电机驱动电路、高度角步进电机驱动电路，方位角步进电机驱动电路连接有方位角步进电机，高度角步进电机驱动电路连接有高度角步进电机。

进一步地，四象限太阳光探测器：获得光强、方位角和高度角检测信号，并将所得检测信号发送给检测信号处理电路；

检测信号处理电路：将四象限太阳光探测器所得检测信号进行比较处理后，发送给带有EEPROM的单片机控制器；

带有EEPROM的单片机控制器：依据获得检测信号中的光强，实现对记忆跟踪单元与光电跟踪单元的选择，在光强满足设定条件时，选择光电跟踪单元，否则选择记忆跟踪单元。

进一步地，记忆跟踪单元：按照当前时间每间隔时间t从储存器中按序读出记录下来的数据信号，送给方位角步进电机驱动电路和高度角步进电机驱动电路接收处理，驱动方位角步进电机和高度角步进电机运作调整装置朝向。

进一步地，光电跟踪单元：当太阳光线和跟踪系统光轴之间的偏差超过一定值时，进行调节实现对太阳的跟踪；每间隔时间t进行记录更新，具体为：统计该时间段内驱动方位角步进电机和高度角步进电机所走的步数并根据时间先后记录下来，计算单片机控制器的EEPROM扇区的地址，读取所在扇区的数据，修改读出的数据，扇区擦除并重新写入更新后的数据。

进一步地，四象限太阳光探测器包括两个用于测量方位角和/或光强的跟踪光敏传感器一、两个用于测量高度角和/或光强的跟踪光敏传感器二，跟踪光敏传感器一与跟踪光敏传感器二环绕不透明柱交替间隔设置，跟踪光敏传感器一与跟踪光敏传感器二设于底座上。

进一步地，相邻的跟踪光敏传感器一与跟踪光敏传感器二间设有不透明隔板。

进一步地，检测信号处理电路包括方位角电流信号模块、高度角电流信号模块、光强检测电流信号模块和供电电路模块，方位角电流信号模块包括依次连接的方位角测量电路、方位角比较电路和方位角传送电路，高度角电流信号模块包括依次连接的高度角测量电路、高度角比较电路和高度角传送电路，光强检测电流信号模块包括依次连接的光强测量电路、光强比较电路和光强传送电路，方位角传送电路、高度角传送电路、光强传送电路均连接至检测信号处理电路的信号输出端。

进一步地，方位角电流信号模块连接跟踪光敏传感器一，高度角电流信号模块连接跟踪光敏传感器二，光强检测电流信号模块连接有跟踪光敏传感器一或跟踪光敏传感器二。

本实用新型的有益效果是：该种记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器，响应速度快，使用寿命长，使用后的偏差易于修正，结构简单，解决了传统跟踪存在累积误差的问题，跟踪精度得到提高，使得聚光碟的调整能够快速响应，采能效率得到大幅提高。该控制器，采用的光电跟踪与记忆跟踪相结合的混合跟踪方式，在各种天气状况下能够更加精准的使聚光碟对准太阳；记忆跟踪解决了时钟跟踪存在累积误差的问题；电路性能稳定，体积小巧，因而该控制器更适用于聚光碟式太阳能利用，精度高，很大程度上提高了太阳能利用装置的利用效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器的说明框图。

图2是实施例中四象限太阳光探测器的结构示意图。

图3是记忆式太阳能聚光碟跟踪控制的程序流程图。

图4是实施例中检测信号处理电路的说明框图。

图5是实施例中检测信号处理电路的方位角电流信号模块的连接示意图。

图6是实施例中检测信号处理电路的高度角电流信号模块的连接示意图。

图7是实施例中检测信号处理电路的光强检测电流信号模块的连接示意图。

图8是实施例中检测信号处理电路的供电电路模块的连接示意图。

图2中，1-跟踪光敏传感器一，2-跟踪光敏传感器二，3-不透明隔板，4-不透明柱，5-底座。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

实施例

一种记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器，包括四象限太阳光探测器、检测信号处理电路、带有EEPROM的单片机控制器、记忆跟踪模块、光电跟踪模块，四象限太阳光探测器通过检测信号处理电路连接带有EEPROM的单片机控制器，带有EEPROM的单片机控制器连接有跟踪模块，跟踪模块包括记忆跟踪单元、光电跟踪单元。跟踪模块分别连接有方位角步进电机驱动电路、高度角步进电机驱动电路，方位角步进电机驱动电路连接有方位角步进电机，高度角步进电机驱动电路连接有高度角步进电机。

该种记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器，响应速度快，使用寿命长，使用后的偏差易于修正，结构简单，解决了传统跟踪存在累积误差的问题，跟踪精度得到提高，使得聚光碟的调整能够快速响应，采能效率得到大幅提高。该控制器，采用的光电跟踪与记忆跟踪相结合的混合跟踪方式，在各种天气状况下能够更加精准的使聚光碟对准太阳；记忆跟踪解决了时钟跟踪存在累积误差的问题；电路性能稳定，体积小巧，因而该控制器更适用于聚光碟式太阳能利用，精度高，很大程度上提高了太阳能利用装置的利用效率。

实施例为实现记忆跟踪，选用带EEPROM的单片机控制器，在光电跟踪模式下，将每隔时间t内的电机脉冲数储存在扇区地址内，用于记忆跟踪时采用，且跟踪数据能够实时更新，保证采用数据为最新、最优数据，跟踪效果最优，不存在累积误差，大大提高了跟踪精度。

实施例的实现过程如下：

四象限太阳光探测器：获得光强、方位角和高度角检测信号，并将所得检测信号发送给检测信号处理电路。

检测信号处理电路：将四象限太阳光探测器所得检测信号进行比较处理后，发送给带有EEPROM的单片机控制器。

带有EEPROM的单片机控制器：依据获得检测信号中的光强，实现对记忆跟踪单元与光电跟踪单元的选择，在光强满足设定条件时，选择光电跟踪单元，否则选择记忆跟踪单元。

记忆跟踪单元：按照当前时间每间隔时间t从储存器中按序读出记录下来的数据信号，送给方位角步进电机驱动电路和高度角步进电机驱动电路接收处理，驱动方位角步进电机和高度角步进电机运作调整装置朝向。

光电跟踪单元：当太阳光线和跟踪系统光轴之间的偏差超过一定值时，进行调节实现对太阳的跟踪；每间隔时间t进行记录更新，具体为：统计该时间段内驱动方位角步进电机和高度角步进电机所走的步数并根据时间先后记录下来，计算单片机控制器的EEPROM扇区的地址，读取所在扇区的数据，修改读出的数据，扇区擦除并重新写入更新后的数据。

图1是记忆式太阳能聚光碟跟踪控制装置的说明框图。光电跟踪单元的光电跟踪模式下，四象限太阳光探测器将电流信号传给检测信号处理电路，检测信号处理电路将处理过的信号传送给带有EEPROM的单片机控制器，带有EEPROM的单片机控制器根据相应的光强、方位角和高度角信号向方位角步进电机驱动电路、高度角步进电机驱动电路发送信号，驱动方位角步进电机和高度角步进电机，以调整太阳能装置的方位朝向。

与此同时，带有EEPROM的单片机控制器每隔时间t不断的读取步进电机的脉冲数，计算带有EEPROM的单片机控制器的EEPROM扇区的地址写入脉冲数据。在光强不足够时，记忆跟踪单元的记忆跟踪模式开启，按照当前时间每隔时间t从储存器中按序读出之前记录下来的数据信号，送给方位角步进电机驱动电路和高度角步进电机驱动电路接收处理，驱动方位角步进电机和高度角步进电机运作调整装置朝向。

实施例中，四象限太阳光探测器包括两个用于测量方位角和/或光强的跟踪光敏传感器一1、两个用于测量高度角和/或光强的跟踪光敏传感器二2，跟踪光敏传感器一1与跟踪光敏传感器二2环绕不透明柱4交替间隔设置。相邻的跟踪光敏传感器一1与跟踪光敏传感器二2间设有不透明隔板3，能够减少干扰，使得探测器的稳定性得到提高。

图2是实施例采用四象限太阳光探测器的优选示例。如图2，四象限太阳光探测器，四象限太阳光探测器由呈十字的4个光敏传感器组成。其中，左右相对的两个跟踪光敏传感器一1用于测量方位角并与方位角电流信号模块相连，上下相对的两个跟踪光敏传感器二2用于测量高度角并与高度角电流信号模块相连，而其中跟踪光敏传感器一1、跟踪光敏传感器二2都可用于测量光强并与光强检测模块相连。4个光敏传感器之间有不透明隔板3和近似正方不透明柱4进行隔开，并安装在底座5上。

图3是实施例中记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器的流程示意图，包括记忆跟踪模式和光电跟踪模式，控制器启动通过四象限探测器检测光强信号，在光强信号满足设定条件时，执行光电跟踪模式，驱动电机调整的同时记录下电机所走步数；在光强信号不满足设定条件时，执行记忆跟踪模式，从带有EEPROM的单片机控制器的EEPROM内读取扇区中的数据，返回给系统，控制电机驱动。

天气状况良好时，采用光电跟踪单元的光电跟踪模式，四象限太阳光探测器产生偏差的电信号通过处理电路传送给带有EEPROM的单片机控制器，驱动方位角步进电机和高度角步进电机动作，与其同时进行的，每隔一定时间t统计该时间段内方位角步进电机和高度角步进电机所走的步数并根据时间先后记录下来。

遇到阴天或阳光条件不好时控制器切换记忆跟踪单元的记忆跟踪模式，按照当前时间每隔t从储存器中按序读出之前记录下来的数据来控制方位角步进电机和高度角步进电机工作。

实施例的跟踪控制器，以记忆跟踪替代传统的时钟跟踪，能够更精确地对准太阳光，系统响应快，工作稳定性也得到提高，电路性能稳定，体积小巧。而且在任何天气条件下，都可正常稳定地使聚光碟跟踪太阳。因而该控制装置更适用于太阳能利用装置，跟踪精度高，不存在累积误差，很大程度上提高了太阳能设备的利用效率。

该种记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器，包括四象限太阳光探测器和检测信号处理电路，检测信号处理电路的输出端连接至驱动系统。如图4，检测信号处理电路包括方位角电流信号模块、高度角电流信号模块、光强检测电流信号模块和供电电路模块，方位角电流信号模块包括依次连接的方位角测量电路、方位角比较电路和方位角传送电路，高度角电流信号模块包括依次连接的高度角测量电路、高度角比较电路和高度角传送电路，光强检测电流信号模块包括依次连接的光强测量电路、光强比较电路和光强传送电路，方位角传送电路、高度角传送电路、光强传送电路均连接至检测信号处理电路的信号输出端。

实施例中，四象限太阳光探测器产生偏差的电信号通过检测信号处理电路传送给带有EEPROM的单片机控制器，驱动步进电机动作。检测信号处理电路的优选连接如图4-图7，检测信号处理电路进行优化改进，更好的处理了光敏传感器信号处理问题。图4至6示出了控制装置电路中的方位角电流信号模块、高度角电流信号模块、光强检测电流信号模块和供电电路模块。

方位角电流信号模块包括方位角测量电路2-1、方位角比较电路2-2和方位角传送电路2-3。方位角测量电路2-1的LM324(1A)和LM324(1B)输出端1和7引脚与方位角比较电路2-2的LM339(A)输入端4和5引脚电连接，方位角比较器LM339(A)的输出端1引脚与方位角传送电路2-3的LM324(2B)输入端5引脚电连接，方位角传送电路2-3输出端为传感器电路2的方位角检测电流信号输出端。

如图5所示，高度角电流信号模块包括高度角测量电路2-4、高度角比较电路2-5和高度角传送电路2-6。高度角测量电路2-4的LM324(1C)和LM324(1D)的输出端8和14引脚与高度角比较电路2-5的LM339(B)输入端6和7引脚电连接，高度角比较器(LM339)(B)的输出端2引脚与高度角传送电路2-6的LM324(2C)输入端9和10引脚电连接，高度角传送电路2-6的输出端为传感器电路2的高度角检测电流信号输出端。

如图6所示，光强检测电路2-7包括测量电路、比较电路、传送电路，测量电路的LM324(2A)输出端1引脚与比较电路的LM339(C)输入端8引脚电连接，比较电路的LM339输出端14引脚与传送电路的LM324(2D)输入端12引脚电连接，传送电路的输出端为传感器电路2的光强检测电流信号输出端。

如图7所示，供电电路模块2-8用来给所用到的芯片LM324、LM339提供电源和一些保护措施。供电电路模块2-8与电路制造成一体，以双绞线接出连接控制室电源给电路提供24V直流电。供电电路采用桥式电路，从而无需担心24V电源极性接反问题，具有安全保护作用。

由图4至6可见，实施例中的优选电路具有以下优点：在光敏传感器输出端串接发光二极管(LED1，LED2，LED3，LED4，LED5)可以辅助判断光敏传感器工作状况；在光敏测量电路反馈电阻中分别串接微调电阻R11、R12、R13、R14和R15，用来校准光敏工艺偏差；方位角比较电路与高度角比较电路中LM339输入端接入双向二极管保护电压比较器的输入，同时采用迟滞比较器(由LM339串并接电阻构成)用以设定有效动作阈值，避免系统一直响应；传感器电路中方位角传送电路和高度角传送电路信号输出采用0-20ma电流信号传输，可以适合远距离应用，信号不失真，同时节约成本；供电简单安全，只需要在控制室通过一根双绞线远距离给电路提供24V直流电，接到供电电路的二极管D44和D45上，采用桥式电路(D43，D44，D45，D46)也无需担心24V直流电源极性接反问题，具有安全保护作用；安装方便，整个传感器电路板可以封装在一个盒子里，只需将光敏传感器电流信号接入电路板即可使用，也可以起到防水防晒的效果。

方位角电流信号模块、高度角电流信号模块、光强检测电流信号模块的信号输出端连接至带有EEPROM的单片机控制器，其中各测量电路和传送电路利用LM324作为处理芯片，而各比较电路利用LM339作为处理芯片。

Claims (6)

1.一种记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器，其特征在于：包括四象限太阳光探测器、检测信号处理电路、带有EEPROM的单片机控制器、跟踪模块，四象限太阳光探测器通过检测信号处理电路连接带有EEPROM的单片机控制器，带有EEPROM的单片机控制器连接有跟踪模块，跟踪模块包括记忆跟踪单元、光电跟踪单元，跟踪模块分别连接有方位角步进电机驱动电路、高度角步进电机驱动电路，方位角步进电机驱动电路连接有方位角步进电机，高度角步进电机驱动电路连接有高度角步进电机。

2.如权利要求1所述的记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器，其特征在于：

四象限太阳光探测器：获得光强、方位角和高度角检测信号，并将所得检测信号发送给检测信号处理电路；

检测信号处理电路：将四象限太阳光探测器所得检测信号进行比较处理后，发送给带有EEPROM的单片机控制器；

带有EEPROM的单片机控制器：依据获得检测信号中的光强，实现对记忆跟踪单元与光电跟踪单元的选择，在光强满足设定条件时，选择光电跟踪单元，否则选择记忆跟踪单元。

3.如权利要求1所述的记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器，其特征在于：四象限太阳光探测器包括两个用于测量方位角和/或光强的跟踪光敏传感器一、两个用于测量高度角和/或光强的跟踪光敏传感器二，跟踪光敏传感器一与跟踪光敏传感器二环绕不透明柱交替间隔设置，跟踪光敏传感器一与跟踪光敏传感器二设于底座上。

4.如权利要求3所述的记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器，其特征在于：相邻的跟踪光敏传感器一与跟踪光敏传感器二间设有不透明隔板。

5.如权利要求1-4任一项所述的记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器，其特征在于：检测信号处理电路包括方位角电流信号模块、高度角电流信号模块、光强检测电流信号模块和供电电路模块，方位角电流信号模块包括依次连接的方位角测量电路、方位角比较电路和方位角传送电路，高度角电流信号模块包括依次连接的高度角测量电路、高度角比较电路和高度角传送电路，光强检测电流信号模块包括依次连接的光强测量电路、光强比较电路和光强传送电路；方位角传送电路、高度角传送电路、光强传送电路均连接至检测信号处理电路的信号输出端。

6.如权利要求5所述的记忆式太阳能聚光碟跟踪控制器，其特征在于：方位角电流信号模块连接跟踪光敏传感器一，高度角电流信号模块连接跟踪光敏传感器二，光强检测电流信号模块连接有跟踪光敏传感器一或跟踪光敏传感器二。