CN207516835U - 基于fpga的太阳能自动追踪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于FPGA的太阳能自动追踪装置，包括底座、滑轨和保护装置，底座外表面上方左侧固定连接有木杆，木杆外表面上方固定连接有光敏传感器，光敏传感器内部下方固定连接有恒压电源，木杆内部下方固定连接有电路通断控制器，底座内部左侧固定连接有电压比较器，电压比较器右侧设置有FPGA处理器，FPGA处理器右侧设置有电机驱动器，底座外表面上方右侧固定连接有步进电机A，步进电机A通过转动杆A活动连接有步进电机B，步进电机B转动杆B活动连接有太阳能板；保护装置下方固定连接有行走轮，保护装置上方中间固定连接有雨滴传感器；通过此装置能够解决现有技术太阳能利用率较低并且没有保护装置的问题。

Description

基于FPGA的太阳能自动追踪装置

技术领域

本实用新型涉及能源利用技术领域，更具体地说，涉及基于FPGA的太阳能自动追踪装置。

背景技术

太阳无时无刻不在向宇宙释放能量，虽然其中只有极微小的部分到达地球，即便如此，每分钟地球表面接受到的太阳辐射能量仍高达80×1012千瓦，相当于60亿吨标准煤；由于太阳辐射的供给可以说是源源不断的，所以太阳能相对而言可以说是取之不尽，用之不竭；利用太阳能发电，不会造成环境污染，利用清洁能源替代传统的化石能源是维持可持续发展道路的最佳选择。太阳能的开发和利用受到越来越多国家的重视，我国的光伏设备制造业已逐渐形成规模，为光伏产业的发展提供了强大的支撑。

但是，太阳能也存在着如能量密度低、不易收集、不稳定、随季节气候和天气昼夜变化而变化等缺点，使太阳能的利用具有间歇性、光照方向和强度随时间不断变化等问题，由此对太阳能的吸收和利用提出了更高的要求；目前很多太阳能电池板基本上都是固定放置的，无法保证太阳光的垂直照射，不能充分利用太阳能资源，使其发电效率低下，据实验得知，在太阳能发电中，相同条件下，采用自动追踪发电设备要比固定角度的发电设备的发电量提高35%，因此对太阳追踪成为了太阳能利用中的必要工作。

1994年《太阳能》杂志介绍的单轴液压自动跟踪器，完成了单向跟踪,单轴跟踪只是在方位角跟踪太阳，完成了东西方向的自动跟踪，而南北方向则还是固定不动的,太阳能利用率较低。

实用新型内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的太阳能自动追踪装置，问题如下：

太阳能利用率较低并且没有保护装置。

2.技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

基于FPGA的太阳能自动追踪装置，包括底座、滑轨和保护装置，所述的底座外表面上方左侧固定连接有木杆，所述的木杆外表面上方固定连接有光敏传感器，所述的光敏传感器内部下方固定连接有恒压电源，所述的恒压电源上方固定连接有分压电阻，所述的光敏传感器内部上方固定连接有光敏电阻，所述的木杆内部下方固定连接有电路通断控制器，所述的底座内部左侧固定连接有电压比较器，所述的电压比较器右侧设置有FPGA处理器，所述的FPGA处理器右侧设置有电机驱动器，所述的FPGA处理器和电机驱动器与底座固定连接，所述的底座外表面上方右侧固定连接有步进电机A，所述的步进电机A上方通过输出轴A活动连接有转动杆A的一端，所述的转动杆A另一端固定连接有步进电机B，所述的步进电机B通过输出轴B活动连接有转动杆B的一端，所述的转动杆B另一端固定连接有太阳能板；所述的底座位于滑轨左侧之间，所述的保护装置下方固定连接有行走轮，所述的保护装置通过行走轮与滑轨活动连接，所述的保护装置上方中间固定连接有雨滴传感器，所述的保护装置内表面右侧下方固定连接驱动装置，所述的驱动装置上方设置有电源，所述的电源与保护装置固定连接；所述的光敏电阻通过分压电阻与恒压电源电性连接，所述的光敏电阻与电路通断控制器电性连接，所述的电路通断控制器与电压比较器电性连接，所述的电压比较器与FPGA处理器电性连接，所述的FPGA处理器与电源电性连接，所述的步进电机A和步进电机B通过电机驱动器与FPGA处理器电性连接，所述的雨滴传感器通过驱动装置与电源电性连接，所述的雨滴传感器与FPGA处理器电性连接。

优选的，所述的电压比较器内部设置有四通道电压比较器 LM393 芯片，因角度差会造成两两对应的光敏传感器上所接受的光强不同，从而产生微弱的压差，该压差与标准压差送入四通道电压比较器 LM393 芯片中进行比较输出，得出四路高低电平的信号变化，该变化信号就是太阳方位的实时反应。

优选的，所述的电机驱动器内部设置有锁相环PLL宏模块电路和脉冲分配电路，锁相环PLL宏模块电路可达到改变步进电机A和步进电机B速度的目的，脉冲分配电路控制步进电机A和步进电机B是顺时针转动还是逆时针转。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的优点在于：

本实用新型通过在木杆外表面上方设置有光敏传感器，实现对各个方向的光进行光电检测，经过处理之后用来判断是白天还是黑夜，如果是黑夜，使电路通断控制器处于中断状态，进入等待状态；如果是白天，则使电路通断控制器处于通路状态，检测太阳光并精确定位；通过光照强度的变化，照射在光敏电阻上，阻值也会发生相应的变化，阻值的变化会导致光敏电阻在电路中电压的变化，电压比较器将电压值与设定值相比较，因角度差会造成两两对应的光敏电阻上所接受的光强不同，从而产生微弱的压差，该压差与标准压差送入四通道电压比较器 LM393 芯片中进行比较输出，得出四路高低电平的信号变化，该变化信号就是太阳方位的实时反应，此信号与太阳能板的姿态信号在FPGA处理器内进行比较后输出电机动作信号到电机驱动器，进而通过步进电机A来调节太阳能板在水平方向转动，通过步进电机B来调节太阳能板在垂直方向转动，最终达到太阳能板与太阳光垂直的目的，这样太阳能板不仅能在东西方向上追踪太阳，也能在南北方向上随着太阳转动，进而最大化的接收太阳能；同时，在极端的天气下如下雨天，雨滴传感器接受到下雨信号，就会将信号传送到FPGA处理器，进而使驱动装置启动，驱动保护装置向左运动，保护太阳能板。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的俯视图结构示意图；

图3为本实用新型保护装置的结构示意图；

图4为本实用新型光敏传感器的结构示意图；

图5为本实用新型的电路图。

图中标号说明：

1、底座；2、木杆；3、光敏传感器；4、恒压电源；5、分压电阻；6、电路通断控制器；7、电压比较器；8、FPGA处理器；9、电机驱动器；10、步进电机A；11、输出轴A；12、转动杆A；13、步进电机B；14、输出轴B；15、转动杆B；16、太阳能板；17、滑轨；18、保护装置；19、行走轮；20、雨滴传感器；21、驱动装置；22、电源；23、光敏电阻。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图；对本实用新型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实用新型一部分实施例；而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例；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；都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-5，基于FPGA的太阳能自动追踪装置，包括底座1、滑轨17和保护装置18，底座1外表面上方左侧固定连接有木杆2，木杆2外表面上方固定连接有光敏传感器3，光敏传感器3内部下方固定连接有恒压电源4，恒压电源4上方固定连接有分压电阻5，光敏传感器3内部上方固定连接有光敏电阻23，木杆2内部下方固定连接有电路通断控制器6，底座1内部左侧固定连接有电压比较器7，电压比较器7右侧设置有FPGA处理器8，FPGA处理器8右侧设置有电机驱动器9，FPGA处理器8和电机驱动器9与底座1固定连接，底座1外表面上方右侧固定连接有步进电机A10，步进电机A10上方通过输出轴A11活动连接有转动杆A12的一端，转动杆A12另一端固定连接有步进电机B13，步进电机B13通过输出轴B14活动连接有转动杆B15的一端，转动杆B15另一端固定连接有太阳能板16；底座1位于滑轨17左侧之间，保护装置18下方固定连接有行走轮19，保护装置18通过行走轮19与滑轨17活动连接，保护装置18上方中间固定连接有雨滴传感器20，保护装置18内表面右侧下方固定连接驱动装置21，驱动装置21上方设置有电源22，电源22与保护装置18固定连接；光敏电阻23通过分压电阻5与恒压电源4电性连接，光敏电阻23与电路通断控制器6电性连接，电路通断控制器6与电压比较器7电性连接，电压比较器7与FPGA处理器8电性连接，FPGA处理器8与电源22电性连接，步进电机A10和步进电机B13通过电机驱动器9与FPGA处理器8电性连接，雨滴传感器20通过驱动装置21与电源22电性连接，雨滴传感器20与FPGA处理器8电性连接。

电压比较器7内部设置有四通道电压比较器 LM393 芯片。

电机驱动器9内部设置有锁相环PLL宏模块电路和脉冲分配电路。

工作原理：

具体实施过程中，本实用新型通过在木杆2外表面上方设置有光敏传感器3，实现对东西南北各个方向的光进行光电检测，太阳照射到光敏电阻23，经过处理之后用来判断是白天还是黑夜，如果是黑夜，使电路通断控制器6处于中断状态，进入等待状态；如果是白天，则使电路通断控制器6处于通路状态，检测太阳光并精确定位，通过光照强度的变化，照射在光敏电阻23上，阻值也会发生相应的变化，阻值的变化会导致光敏电阻23在电路中电压的变化，电压比较器7将电压值与设定值相比较，因角度差会造成两两对应的光敏电阻23上所接受的光强不同，从而产生微弱的压差，该压差与标准压差送入四通道电压比较器LM393 芯片中进行比较输出，得出四路高低电平的信号变化，该变化信号就是太阳方位的实时反应，此信号与太阳能板的姿态信号在FPGA处理器8内进行比较后输出电机动作信号到电机驱动器9，电机驱动器9内部设置有锁相环PLL宏模块电路和脉冲分配电路，锁相环PLL宏模块电路可达到改变步进电机A10和步进电机B13速度的目的，脉冲分配电路控制步进电机A10和步进电机B13是顺时针转动还是逆时针转动，进而通过步进电机A10带动转动杆A12来调节太阳能板16在水平方向转动，通过步进电机B13带动转动杆B15来调节太阳能板16在垂直方向转动，最终达到太阳能板16与太阳光垂直的目的，这样太阳能板16不仅能在东西方向上追踪太阳，也能在南北方向上随着太阳转动，进而最大化的接收太阳能；通过设置有滑轨17和保护装置18，在极端的天气下如下雨天，雨滴传感器20接收到下雨信号，就会将信号传送到FPGA处理器8，进而使驱动装置21启动，驱动保护装置18向左运动，保护太阳能板16，降低太阳能板16损坏的可能，当雨停后，雨滴传感器20将信号传送到FPGA处理器8，进而使驱动装置21驱动保护装置18向右运动，使太阳能板16继续接收太阳能。

本实用新型结构简单，结构合理，采用FPGA处理器8，它是一种可编程器件，具有性能好、可重复编程、灵活性高、开发周期的特点，具有较高的性价比，同时采用影子追踪来检测光照强度的原理，在太阳能板16旁的等高位置处放置一个垂直于底座1的木杆2；根据太阳光照角度运动规律：在同一天里，太阳从东边升起，西边落下，中午12时升至最高点，但是太阳并不是每天都从正东升起，正西落下，在不同的季节里，日出、日落的方向变化较大；所以我们利用影子变化规律，影子的180度方向为太阳光照射的方向来确定太阳入射的位置，使定位更加精确、科学；除此之外，本实用新型设置保护装置18，下雨时，会保护太阳能板16。

以上所述；仅为本实用新型较佳的具体实施方式；但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内；根据本实用新型的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.基于FPGA的太阳能自动追踪装置，包括底座（1）、滑轨（17）和保护装置（18），其特征在于：所述的底座（1）外表面上方左侧固定连接有木杆（2），所述的木杆（2）外表面上方固定连接有光敏传感器（3），所述的光敏传感器（3）内部下方固定连接有恒压电源（4），所述的恒压电源（4）上方固定连接有分压电阻（5），所述的光敏传感器（3）内部上方固定连接有光敏电阻（23），所述的木杆（2）内部下方固定连接有电路通断控制器（6），所述的底座（1）内部左侧固定连接有电压比较器（7），所述的电压比较器（7）右侧设置有FPGA处理器（8），所述的FPGA处理器（8）右侧设置有电机驱动器（9），所述的FPGA处理器（8）和电机驱动器（9）与底座（1）固定连接，所述的底座（1）外表面上方右侧固定连接有步进电机A（10），所述的步进电机A（10）上方通过输出轴A（11）活动连接有转动杆A（12）的一端，所述的转动杆A（12）另一端固定连接有步进电机B（13），所述的步进电机B（13）通过输出轴B（14）活动连接有转动杆B（15）的一端，所述的转动杆B（15）另一端固定连接有太阳能板（16）；所述的底座（1）位于滑轨（17）左侧之间，所述的保护装置（18）下方固定连接有行走轮（19），所述的保护装置（18）通过行走轮（19）与滑轨（17）活动连接，所述的保护装置（18）上方中间固定连接有雨滴传感器（20），所述的保护装置（18）内表面右侧下方固定连接驱动装置（21），所述的驱动装置（21）上方设置有电源（22），所述的电源（22）与保护装置（18）固定连接；所述的光敏电阻（23）通过分压电阻（5）与恒压电源（4）电性连接，所述的光敏电阻（23）与电路通断控制器（6）电性连接，所述的电路通断控制器（6）与电压比较器（7）电性连接，所述的电压比较器（7）与FPGA处理器（8）电性连接，所述的FPGA处理器（8）与电源（22）电性连接，所述的步进电机A（10）和步进电机B（13）通过电机驱动器（9）与FPGA处理器（8）电性连接，所述的雨滴传感器（20）通过驱动装置（21）与电源（22）电性连接，所述的雨滴传感器（20）与FPGA处理器（8）电性连接。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的太阳能自动追踪装置，其特征在于：所述的电压比较器（7）内部设置有四通道电压比较器 LM393 芯片。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的太阳能自动追踪装置，其特征在于：所述的电机驱动器（9）内部设置有锁相环PLL宏模块电路和脉冲分配电路。