CN208112545U - 基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置。该装置包括可折叠太阳能电池板转向模块，太阳光照入射角度检测模块、自动折叠伞状模块、风力风向监测模块、控制模块，蓄电模块及移动模块。该装置通过主太阳能电池板、附属太阳能电池板及自动折叠伞状模块的组合，以及框架底座等部件的设计，解决了现已有光伏发电装置转动不灵活、结构复杂、耗电量较大等问题，显著提升了对追踪测量太阳位置的准确性和快速性，保证了太阳能电池板发电效率时刻处于最佳状态。

Description

基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置

技术领域

本实用新型属于太阳能发电技术领域，具体为一种基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置。

背景技术

近些年，伴随着我国经济的持续高速发展，能源供应日趋紧张，能源需求的快速增长对资源的可供量、环境承担能力都面临着严峻的挑战。世界能源日趋枯竭,可再生能源的开发和利用前景广阔,成为未来能源的焦点。在此背景下，国家大力发展可再生能源发电，这一领域的地位也逐步提高。太阳能作为一种清洁无污染、可再生的新能源，具有非常广阔的发展前景，太阳能发电已成为全球发展最快的技术之一。与传统发电方式相比，有着取之不尽用之不竭、工作环保无污染、适用范围广阔且不会影响生态平衡等的优点，正在我国逐步普及。

但是，目前我国大多数太阳能发电是固定式太阳能电池板，固定式太阳能电池板虽然简单便捷、造价较低，但太阳能电池板只有在阳光直射时才能将发电效率最大化。所以固定式的光伏发电系统效率较低，难以充分利用太阳能，同时在一定程度上也不利于了太阳能发电的普及。所以，研制出一种可根据光照角度自动追踪太阳光的光伏发电装置，可以更有效提高太阳光的利用率，也可以增强该装置的工作效率，减少环境的污染，对我国的能源发展与太阳能发电的普及有着重大的意义。

目前，在太阳角度测试方面，已有的装置或专利有计算预测太阳的运行轨迹从而进行追踪的，有用光感传感器监测阳光的，还有的用图像识别技术识别太阳的。第一种装置虽然结构简单但是计算不精确、不同经纬度地区需要不断调试机器与程序来适应该区域太阳的运行轨迹；第二种装置虽然计算较为精确，但是易受天气环境等外部因素的影响，在光照弱于光敏传感器可接收光照信号强度时，该装置将不会移动，所以对传感器的应用条件较严苛；最后一种装置，也易受环境影响，图像接收更不精准。上述三种装置均不能精准自动追踪，提升对光照使用的效率。而当光能转化为电能期间，会损耗一部分电能，包括自动追踪装置损耗的电能，所以并不是太阳能电池板体积越大该装置的效率越高。在电池板转动装置或专利方面，有的只能进行稍微的转动，有的转动只能旋转太阳能电池板的朝向而不能改变电池板与地面的夹角，有的可以达到太阳能电池板跟踪太阳方位的要求但其使用电机较多导致装置本身耗电不可忽视，还有的装置过于复杂。例如在CN105553392A专利中，虽然计算精确，且纵向旋转与横向旋转可同时进行，但该专利中的装置中并未含有风力风向检测装置且没有设置外界保护措施，若遇风力过强等天气，装置易受损坏；CN106527504A专利中，虽然设有风力风向检测模块，但是力敏电阻等器件较多，装置昂贵，不适宜推广使用，且只说明遇到强风天气，太阳能板可转向，防止损害装置，但是本专利装置，设有自动折叠伞状保护装置，遭遇大风天气，可以收缩太阳能板，防止由于外界因素对装置的损害。所以，光伏发电装置不仅应考虑吸收光照效率还应考虑其安全性和便捷性。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有装置或方案的不足，提供一种基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置，通过主太阳能电池板、附属太阳能电池板及自动折叠伞状模块的组合，以及框架底座等部件的设计，解决了现已有光伏发电装置转动不灵活、结构复杂、耗电量较大等问题，显著提升了对追踪测量太阳位置的准确性和快速性，保证了太阳能电池板发电效率时刻处于最佳状态。

本实用新型技术方案为：

一种基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置，该装置包括可折叠太阳能电池板转向模块，太阳光照入射角度检测模块、自动折叠伞状模块、风力风向监测模块、控制模块，蓄电模块及移动模块；

所述可折叠太阳能电池板转向模块包括框架底座、横向转向齿轮、横向转向步进电机小齿轮、转向底座、支撑板、纵向转向齿轮、纵向转向步进电机小齿轮、固定片、转轴支柱、类球形万向头、滚珠轴承、螺栓、太阳能电池板架、主太阳能电池板、光感传感器、附属太阳能电池板；框架底座位于移动模块的顶部；横向转向齿轮通过滚珠轴承固定在框架底座的中部；横向转向步进电机小齿轮固定在框架底座的一角，且小齿轮与横向转向齿轮接触且咬合；两个相同的转向底座通过固定在横向转向齿轮的两端，每个转向底座上均竖直固定着一个支撑板；固定片的一端固定在纵向转向齿轮外侧，转轴支柱固定在固定片的另一端上；纵向转向齿轮通过螺栓悬挂在支撑板上，螺栓顶部与纵向转向齿轮内的凹槽形状切合；纵向转向步进电机小齿轮位于纵向转向齿轮内，与其内切，并且二者的齿轮咬合，纵向转向驱动电机也固定在支撑板上，与纵向转向步进电机小齿轮相连；在两个转轴支柱顶部通过类球形万向头与太阳能电池板架进行固定连接，位于主太阳能电池板最长直径的两端的正下方太阳能电池板架上；光感传感器放置在主太阳能电池板边缘上；

所述的太阳能电池板架包括主板架和6个附属板架，其中，位于中心的主板架为正六边形；附属板架的为正方形，其边长为主板架的边长，每一个附属板架安装在主板架的一个边上；主板架和附属板架上均安装有太阳能电池板；

所述太阳光照入射角度监测模块包括小型太阳能电池板、小型太阳能电池板支柱、半球形凸起底座和功率计量芯片，太阳光照入射角度监测模块嵌入可折叠太阳能电池板转向模块顶部；在半球形支撑底座，以球心为中心，呈放射状均匀分布有35～45个相同的小型太阳能电池板支柱，每个小型太阳能电池板支柱的末端都固定有一个相同的小型太阳能电池板；所述的电池板支柱均垂直于半球形支撑底座的圆心，每个电池板支柱上均固定有一个小型太阳能电池板；功率计量芯片放置在半球形凸起底座内，其输入端分别与每个小型太阳能电池板相连，其输出端与控制模块相连；

所述自动折叠伞状模块主要包括支撑杆、第二类球形万向头、弹簧开关、伞骨支架和上弹簧片；第二类球形万向头的下部固定在横向转向齿轮上，其上部与支撑杆相连，支撑杆的顶端与上弹簧片相连，上弹簧片直接与弹簧开关相连，弹簧开关再与伞骨支架相连，6根伞骨支架与附属板架相连；

所述风力风向监测模块固定在自动折叠伞状模块中的支撑杆的顶端，与控制模块相连；风力风向监测模块包括风力风向监测架、中心杆、监测气球、保护罩和电阻计量芯片；风力风向监测架外形为圆盘，以中心轴线为轴，拟沿任一半径切开风力风向监测架，内部为二级阶梯型斜平台结构，第一级斜平台在下，第二级斜平台在上,力敏电阻固定在风力风向监测架的两级斜平台内侧位置，第一级斜平台的斜面内均匀放置8个力敏电阻，第二级斜平台斜面内均匀放置16个力敏电阻；中心杆的一端固定在风力风向监测架的底部中心；监测气球连接在中心杆的顶端；保护罩与风力风向监测架的外层上端相连；电阻计量芯片固定在风力风向监测架内，所有力敏电阻均独立与电阻计量芯片相连；

所述移动模块包括一个万向轮和两个刹车轮，三个轮成等边三角形分布，位于框架底座的底部；

所述控制模块包括单片机、电压计量芯片和电阻计量芯片，电压计量芯片、电阻计量芯片分别和单片机相连；

所述蓄电模块包括一块蓄电池。

所述的可折叠太阳能电池板转向模块中的横向转向步进电机、纵向转向步进电机分别与单片机的输出端相连；光感传感器中的力敏电阻与电阻计量芯片连接；太阳光照入射角度监测模块中的小型太阳能电池板末端与控制模块中的电压计量芯片连接；风力风向检测模中的力敏电阻与控制模块中的电阻计量芯片连接，单片机的输出端与弹簧开关中的接收芯片连接；

所述的蓄电模块分别与太阳能电池板、横向/纵向转向步进电机、控制模块、太阳光照入射角度监测模块、风力风向检测模块相连。

所述的半球形支撑底座上，优选分布有41个相同的小型太阳能电池板支柱，具体分布为：半球形支撑底座的顶端，设置有一个电池板支柱，两条截面相互垂直的最长圆弧线交汇于此，每条最长圆弧线上均匀分布有9个小型太阳能电池板支柱，第一最长圆弧线上顶端处的电池板支柱两侧的第2-4个电池板支柱处，都设置有一条子圆弧线，每条子圆弧线均匀间隔分布着小型太阳能电池板支柱，数量以差值为2的等差数列递减。

所述的第一类球形万向头包括万向凸起和万向凹槽，万向凸起的底座连接着太阳能电池板架，万向凹槽的底部连接着转轴支柱，将万向凸起插入万向凹槽内，太阳能电池板架得以与转轴支柱连接。

本实用新型的实质性特点为：

1、在主太阳能电池板四周放置6个附属太阳能电池板，以伞状结构支撑，支柱上自动弹簧开关负责附属太阳能太阳板打开或关闭，在太阳光照不足时，关闭附属太阳能电池板，减少线路损耗，增加电力储能。

2、自动折叠弹簧开关，不需损耗电能，与自动折叠伞原理一样，里面装置中的高弹弹簧，在风力过大威胁到装置安全时，自动折叠伞状模块可接受控制模块的信号，根据风向走势，对附属太阳能电池板进行关闭与转向，减小风阻对装置的危害。

3、本装置底座安有一个万向轮与两个刹车轮，利用万向轮进行转向，更方便移动，增加了便捷性，该装置同样适用于城市中进行光伏发电。

4、太阳光照入射角度检测模块中小型太阳能板为圆柱体,由于圆柱体受光面积较大存在误差较小，且各部分之间相差20度，互不干扰，提高测光效率与准确性。

5、风力风向检测模块中，第一级斜平台升高，且力敏电阻只安装八个，省电省钱，第一级是为了测量风力方向与判断风力对装置的威胁程度；第二级斜平台安装16个力敏电阻，减少力敏电阻数量，可节约成本，但是不影响测量精度。测风模块与自动折叠伞状模块连接，只要风力吹到第二斜平台即被视为危险级，收缩附属太阳能板，根据16块力敏电阻传回的信号进行转向。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的太阳光照入射角度监测模块是由多个小型太阳能电池板放置在半球形底座上的，每个太阳能板之间相差20°，且该模块与可折叠太阳能电池板转向模块的太阳能电池板在同一平面上，与电池板一同转动，当半球形底座顶部的小太阳能电池板板接收光照效率最大时，阳光与太阳能板呈垂直关系。以此为依据判断太阳光的实际直射角度，误差小、不易受外界环境因素影响，有效地保证了太阳光直射角度检测的准确性和及时性。

2、本实用新型中可折叠太阳能电池板转向模块设计合理，利用步进电机对其余装置进行驱动，反应速度快，控制精度高，利用步进电机上安装的小齿轮带动大齿轮旋转运动，由于两种齿轮咬合，可准确按照控制模块预设的角度和圈数进行转动，使太阳能板时刻与光照呈现垂直状态，使得在控制本实用新型装置的纵向和横向旋转更加精准，提高了对于光照追踪的可靠性和发电效率。

3、本实用新型中转向模块的横向转向结构设计，包括了横向步进电机、小齿轮、横向转向齿轮、滚珠轴承等，横向转向结构放置在框架底座上，利用横向步进电机的小齿轮带动横向转向齿轮的运动，使太阳能电池板可以同时进行竖直与水平两个方向的运动，快速找准位置，在横向转向齿轮与框架底座之间利用滚珠轴承进行连接，有效的减少摩擦损耗，提高步进电机效率。

4、本实用新型中自动折叠伞状模块，利用全自动折叠弹簧开关、高回弹弹簧及伞骨，不需损耗电能，在开关处施加脉冲信号，四周附属太阳能板将自动打开关闭，更有效的减少在太阳光照强度不足时不必要的电能损耗，及增加在运输途中的便捷性。

5、本实用新型中的移动模块，是由车轴、固定螺栓、万向轮及刹车轮组成的结构模块，由于城市中高楼大厦较多，使用该装置有时会被遮挡光照，所以该模块可任意移动位置，寻找光源；在运输搬运过程中，也给该装置增加了便捷性，在使用区域方面，增加了更多可能性。

6、本实用新型中风力风向检测模块，平行放置在太阳能电池板的下侧，更准确的检测风力与风向，不易受雨水等条件的影响；该模块与自动折叠伞状模块相连，在遭遇大风沙尘天气时，可自行打开或关闭附属太阳能电池板，进行相应的自我保护，降低外界因素对该装置造成的影响，提高可靠性及实用性。

附图说明

图1是本实用新型基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置整体模块连接图；

图2是本实用新型基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置的太阳能电池板转向模块1结构连接图；

图3是本实用新型基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置的纵向转向装置细节图；

图4是本实用新型基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置的纵向转向齿轮及支撑板刨分细节图；

图5是本实用新型基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置的横向转向齿轮与框架底座的细节连接图；

图6是本实用新型基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置的太阳光照入射角度检测模块2结构连接图；

图7是本实用新型基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置的可折叠太阳能电池板转动模块1类球形万向头的细节图；其中，图7a为类球形万向头的凸起部分。图7b为类球形万向头的凹槽部分；

图8是本实用新型基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置的自动折叠伞状模块3结构连接图；

图9是本实用新型基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置的风力风向监测模块4结构连接图；

图10是本实用新型基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置的移动模块7的万向轮的结构连接图；

图11是本实用新型基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置的控制模块运行的流程图；

图中，1.可折叠太阳能电池板转向模块、2.太阳光照入射角度监测模块、3.自动折叠伞状模块、4.风力风向监测模块、5.移动模块、6.控制模块、7.蓄电模块；1-1.框架底座、1-2.横向转向齿轮、1-3.横向转向步进电机小齿轮、1-4.转向底座、1-5.支撑板、1-6.纵向转向齿轮、1-7.纵向转向步进电机小齿轮、1-8.固定片、1-9.转轴支柱、1-10.第一类球形万向头、1-10-1.万向凸起、1-10-2.万向凹槽、1-11.滚珠轴承、1-12.螺栓、1-13.太阳能电池板架、1-14.主太阳能电池板、1-15.光感传感器、1-16.附属太阳能电池板2-1.小型太阳能电池板、2-2.小型太阳能电池板支柱、2-3.半球形凸起底座、3-1.第二类球形万向头、3-2.弹簧开关、3-3.伞骨支架、3-4.上弹簧片、4-1.风力风向监测架、4-1-1.第一级斜平台、4-1-2.第二级斜平台、4-2.中心杆、4-3.监测气球、4-4.保护罩、5-1.万向轮。

具体实施方式

以下结合实施说明及其附图对本实用新型做进一步详述：

如图1所示，本实用新型为基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置，该装置包括可折叠太阳能电池板转向模块1，太阳光照入射角度检测模块2、自动折叠伞状模块3、风力风向监测模块4、控制模块6，蓄电模块7及移动模块5。

所述可折叠太阳能电池板转向模块1通过类球形万向头1-10和转轴支柱1-9连接，通过固定片1-8固定在纵向转向齿轮1-6上，由步进电机带动转向；太阳光照入射角度监测模块2通过半球形凸起底座2-3固定在太阳能电池板1-14上，与模块1一同进行转向；自动折叠伞状模块3和风力风向监测模块4放置在模块1底侧，利用转轴支柱1-9支撑；移动模块5在框架底座1-1底部，与地面接触；控制模块6分别与可折叠太阳能电池板转向模块1、太阳光照入射角度监测模块2、自动折叠伞状模块3和风力风向监测模块4相连，并在这四个模块工作时，对其进行信号采集和控制；蓄电模块7与可折叠太阳能电池板转向模块1、太阳光照入射角度监测模块2、风力风向监测模块4和控制模块5相连，收集储存主太阳能电池板1-14与附属太阳能电池板1-16所吸收转化发出的电能，并向可折叠太阳能电池板转向模块1、太阳光照入射角度监测模块2、风力风向监测模块4和控制模块6供电。

如图2所示，所述可折叠太阳能电池板转向模块1包括框架底座1-1、横向转向齿轮1-2、横向转向步进电机小齿轮1-3、转向底座1-4、支撑板1-5、纵向转向齿轮1-6、纵向转向步进电机小齿轮1-7、固定片1-8、转轴支柱1-9、类球形万向头1-10、滚珠轴承1-11、螺栓1-12、太阳能电池板架1-13、主太阳能电池板1-14、光感传感器1-15、附属太阳能电池板1-16；框架底座1-1位于移动模块5的顶部，用于支撑装置运转；横向转向齿轮1-2通过滚珠轴承1-11固定在框架底座1-1的中部，可减少横向转向时的摩擦力；横向转向步进电机小齿轮1-3固定在框架底座1-1的一角，且小齿轮与横向转向齿轮1-2接触且咬合，可使装置独立做横向转向运动，(即以垂直于地面的轴为Z轴，绕Z轴的运动，被称为横向转向运动)，通过做横向的旋转运动来调整太阳能电池板的方位角；两个相同的转向底座1-4通过固定螺栓固定在横向转向齿轮1-2的两端(即通过圆心的直径线的两端)；每个转向底座1-4上均竖直固定着一个支撑板1-5，两个支撑板1-5的外表面均在同一平面内；固定片1-8的一端固定在纵向转向齿轮1-6外侧，转轴支柱1-9固定在固定片1-8的另一端上；纵向转向齿轮1-6通过螺栓1-12悬挂在支撑板1-5上，螺栓顶部与纵向转向齿轮1-6内的凹槽形状切合；纵向转向步进电机小齿轮1-7位于纵向转向齿轮1-6内，与其内切，并且二者的齿轮咬合，纵向步进电机可控制装置做纵向转向运动，即绕X轴或绕Y轴转动，由于考虑到主太阳能电池板1-13与附属太阳能电池板1-16较重，设置了两个纵向转向驱动电机，纵向转向驱动电机也固定在支撑板1-5上，与纵向转向步进电机小齿轮1-7相连，纵向转向步进电机小齿轮1-7与纵向转向齿轮1-6咬合，带动纵向转向齿轮1-6转动，也会接连带动纵向转向齿轮1-6上的转轴支柱1-9的运动，来带动太阳能电池板进行纵向转向；在两个转轴支柱1-9顶部通过类球形万向头1-10与太阳能电池板架1-13进行固定连接，位于主太阳能电池板1-14最长直径的两端的正下方太阳能电池板架1-13上；光感传感器1-15放置在主太阳能电池板1-14边缘上，用于检测当前的光照强度是否符合太阳能电池板的需要。

所述的太阳能电池板架1-13包括主板架和6个附属板架，其中，位于中心的主板架为正六边形；附属板架的为正方形，其边长为主板架的边长，每一个附属板架安装在主板架的一个边上；主板架和附属板架上均安装有太阳能电池板；

如图3和图4所示，所述为可折叠太阳能电池板转向模块1中固定纵向转向齿轮1-6的细节刨分图，包括纵向转向齿轮1-6、支撑板1-5、螺栓1-11及挂钩；纵向转向齿轮1-6内部有凹槽，支撑板1-5上面的挂钩镶嵌入凹槽，支撑纵向转向齿轮。滚珠轴承1-11镶嵌在框架底座1-1中。

如图5所示，横向转向齿轮1-2固定穿过滚珠轴承1-11中间的孔洞，这样在在横向步进电机小齿轮1-3带动横向齿轮转动1-2时，改变太阳能板方位角时，可以减少框架支架1-1与横向转动齿轮1-2之间摩擦，减少横向转向步进电机的电能损耗。

如图6所示，所述太阳光照入射角度监测模块2包括小型太阳能电池板2-1、小型太阳能电池板支柱2-2、半球形凸起底座2-3和功率计量芯片，太阳光照入射角度监测模块2嵌入可折叠太阳能电池板转向模块1顶部；在主太阳能电池板1-14中心位置有一半球形凸起底座2-3，该底座半径为2厘米，主太阳能电池板1-14边长为50厘米。在半球形支撑底座2-3，以球心为中心，呈放射状均匀分布有41个相同的小型太阳能电池板支柱2-2，每个小型太阳能电池板支柱的末端都固定有一个相同的小型太阳能电池板2-3，半球形支撑底座2-3的顶端，设置有一个电池板支柱2-2，两条截面相互垂直的最长圆弧线交汇于此，每条最长圆弧线上均匀分布有9个小型太阳能电池板支柱2-2(交汇点处的那个电池板支柱2-2两条最长圆弧线共享)，第一最长圆弧线上顶端处的电池板支柱2-2两侧的第2-4个电池板支柱2-2处，都设置有一条子圆弧线(该圆弧线的截面平行于第二最长圆弧线的截面)，每条子圆弧线均匀间隔分布着小型太阳能电池板支柱2-2，并以差值为2的等差数列递减。(即7个，5个和3个，且数量包含位于第一最长圆弧线上的电池板支柱2-2)；所述的电池板支柱2-2均垂直于半球形支撑底座2-3的圆心，每个电池板支柱2-2上均固定有一个小型太阳能电池板2-3。这种结构的目的是用这些小型太阳能电池板2-1所组成的平面来近似半球形，争取使太阳无论处于何种位置，都有某个小型太阳能电池板2-1所产生的电能最大；功率计量芯片放置在半球形凸起底座内，其输入端分别与每个小型太阳能电池板2-1相连，其输出端与控制模块6相连。其作用是分别检测若干小型太阳能电池板所发出的电功率，并将其送入控制模块3中，判断出最适合的太阳能电池板的方位角和倾角。

如图7所示，第一类球形万向头1-10的细节为(主体为球形，上面一部分削去，作为和1-14的固定安装)：由万向凸起1-10-1和万向凹槽1-10-2两部分组成，万向凸起1-10-1是一个类似半球形的凸起，其底座连接着太阳能电池板架1-13，万向凹槽1-10-2是一个中空的类似半球形的凹槽，其底部连接着转轴支柱1-9，将万向凸起1-10-1插入万向凹槽1-10-2内，太阳能电池板架1-13得以与转轴支柱1-9连接，为太阳能板架1-13提供足够的支撑力，使太阳能电池板架1-13和太阳能电池板1-14在可调节范围内随意转动。

如图8所示，所述自动折叠伞状模块3主要包括支撑杆、第二类球形万向头3-1、弹簧开关3-2、伞骨支架3-3和上弹簧3-4片；第二类球形万向头3-1的下部固定在横向转向齿轮1-2上，其上部与支撑杆相连，支撑杆的顶端与上弹簧片3-4相连，上弹簧片3-4直接与弹簧开关3-2相连(弹簧开关3-2中有接收芯片)，弹簧开关3-2再与伞骨支架3-3相连，6根伞骨支架3-3与附属板架1-16相连。第二类球形万向头3-1的结构同第一类球形万向头，主要负责自动折叠伞状模块3的旋转移动；通过弹簧开关3-2内部的高弹弹簧打开或关闭伞骨支架3-3，用来调节附属太阳能电池板1-16的开关状态，上弹簧片3-4用于固定弹簧开关，防止在需要附属太阳能电池板的时候，伞骨支架关闭。

如图9所示，所述风力风向监测模块4主要包括风力风向监测架4-1、中心杆4-2、监测气球4-3、保护罩4-4和电阻计量芯片；将风力风向监测模块固定在自动折叠伞状模块3中的支撑杆的顶端，与控制模块相连；以风力风向监测架4-1的中心轴线为轴，拟沿任一半径切开风力风向监测架4-1，所得剖面为类阶梯型，此处所说的斜平台位置在每一级结构突出部分的倒角处，风力风向监测架4-1底部封闭，内部为两级斜平台结构斜度为20度,第一级斜平台4-1-1在下，第二级斜平台4-1-2在上,力敏电阻固定在风力风向监测架4-1的两级斜平台内侧位置，第一级斜平台4-1-1的斜面内均匀放置8个力敏电阻，第二级斜平台4-1-2斜面内均匀放置16个力敏电阻，虽然力敏电阻越多测量数据越精准，但是该风力风向监测模块只是大致测量风力风向，防止该装置在外界天气原因情况下损坏，本着节约成本的角度考虑，在不失准确度的情况下，选择了力敏电阻的数量；中心杆4-2的一端固定在风力风向监测架4-1的底部中心，其材质为聚乙烯，中心杆4-2可以随风力的大小在风力风向监测架4-1中进行偏移运动(竖直摆动)，在风力风向监测架4-1内转动时，在风力小于危险等级时，先压到第一级斜平台4-1-1位置的力敏电阻，并可以根据力敏电阻的位置判断风向；风向驱动力达到一定程度时，中心杆4-2弯曲，压到第二级斜平台力敏电阻；监测气球4-3连接在中心杆4-2的顶端，并且监测气球4-3能够用自身浮力带动中心杆4-2飘浮在空中；保护罩4-4与风力风向监测架4-1的外层上端相连，用于对风力风向监测模块4中的力敏电阻提供保护，以免外界干扰力敏电阻正常工作；电阻计量芯片固定在风力风向监测架4-1内，将这些力敏电阻的编号送入控制模块6中，控制模块6判断出当前的风力和风向；其中，所有力敏电阻均独立与电阻计量芯片相连。风力风向监测模块底部直径为5厘米高为3厘米。

如图10所示，所述移动模块5中万向轮，移动模块5包括一个万向轮5-1、固定螺栓、两个刹车轮；移动模块5中的万向轮、刹车轮，通过螺栓固定安装在框架底座1-1的底端，负责该装置整体的转向、移动等问题。万向轮5-1放置于框架底座1-1底部的中前端，两个刹车轮放置于框架底座1-1底部的中后部。三个车轮成等边三角形分布，其几何中心和框架底座中心重合。

如图11所示，本实用新型基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置的工作流程为：当光伏发电装置开始工作时，可折叠太阳能电池板转向模块1中的光感传感器1-15会监测当前环境下，太阳光强是否能够达到使主太阳能电池板1-14及附属太阳能电池板正常发电的强度；若当前环境中的光照强度不能达到太阳能电池板吸收转化的要求时，可折叠太阳能电池板转向模块1及太阳光照入射角度监测模块2将不进行自动追踪，延时15分钟后，继续测量，看光照强度是否达到要求，直到达到要求进入下一环节。当光强足够后，风力风向监测模块4会对当前风力及风俗进行监测，在无风或者微风情况下，监测气球4-3带动中心杆4-2微微摇动，中心杆4-2不会压到风力风向监测架4-1第一级斜平台4-1-1上的力敏电阻，电阻计量芯片不会向控制模块6输送数据；不会该装置产生影响的风速情况下，监测气球4-3带动中心杆4-2顺着风向转动，中心杆4-2压到风力风向监测架4-1第一级斜平台4-1-1上的力敏电阻，被压到的力敏电阻的阻值会减小，一定程度时电阻计量芯片会采集被压到的力敏电阻的位置编号以及其电阻值并向控制模块6输送数据；在风速较大对装置会产生威胁的情况下，监测气球4-3带动中心杆4-2顺着风向转动，中心杆4-2压到风力风向监测架4-1第一级斜平台4-1-1上的力敏电阻以及第二级斜平台4-1-2上的力敏电阻，被压到的力敏电阻的阻值会减小，此时若被压第一级斜平台上的力敏电阻已经达到测量极限，中心杆4-2有一定的韧性，且每一个力敏电阻的尾端都会连接一个电阻计量芯片，

这时电阻计量芯片采集到被压到的力敏电阻的位置编号以及其电阻值并向控制模块6输送数据，控制模块6根据由风力风向监测模块输送的数据给定自动折叠伞状模块3中的弹簧开关3-1中接收芯片一个电子信号，使自动折叠伞状模块3收起附属太阳能板1-16，并进项转动合适角度，进行自我保护，防止装置损坏；只有在控制模块6并未接收到风力风向监测模块4所输出的信号或受到信号，判定为安全情况下，自动折叠伞状模块3的弹簧开关3-1将会接收到一个安全信号，将附属太阳能电池板1-16打开，使主太阳能电池板1-14和附属太阳能电池板1-16一同工作。上述过程进行完后，太阳光照入射角度监测模块2中的若干小型太阳能电池板2-1对光照角度进行测定，功率计量芯片实时检测若干小型太阳能电池板2-1所发出的电功率，并将结果送入控制模块6，比较小型太阳能电池板2-1所产生电能的大小，判断并找出发出功率最大的小型太阳能电池板2-1,判定该小型太阳能板2-1的位置，得只该位置的方位角与倾角，由控制模块6分别控制纵向转向步进电机与横向转向步进电机进行转动，带动横向转向齿轮1-2和纵向转向齿轮1-6分别作纵向和横向旋转，使得太阳能电池板与发出最大功率的小型太阳能电池板2-1的方位角和倾角相同。太阳能电池板所发出的电能储存在蓄电模块7中。完成一次追踪后，延时15分钟再次重复上述步骤。

所述控制模块6主要由单片机、电压计量芯片和电阻计量芯片组成，电压计量芯片、电阻计量芯片分别和单片机相连；可折叠太阳能电池板转向模块1中光感传感器1-15的输出端与单片机的一组引脚相连；所述的太阳光照入射角度监测模块2中的小型太阳能电池板2-1末端均分别与控制模块6中的电压计量芯片相连，电压计量芯片将信号传回单片机进行处理；风力风向监测模块4中的电阻计量芯片输出端与单片机的一组引脚相连，自动折叠伞状模块3中弹簧开关的输入端与单片机的一组输出端引脚相连，单片机综合阳光强度、照射角度和风力风向数据对可折叠太阳能电池板转向模块1及自动折叠伞状模块3进行控制。

装置中涉及的电连接为：

所述的可折叠太阳能电池板转向模块1分别与控制模块6及蓄电模块7相连接；横向转向步进电机、纵向转向步进电机分别与单片机的输出端相连；光感传感器1-15中的力敏电阻与电阻计量芯片连接，电阻计量芯片将接收处理的信号传入单片机内；太阳光照入射角度监测模块2分别与控制模块6和可折叠太阳能电池板转向模块1连接，小型太阳能电池板2-1末端与控制模块6中的电压计量芯片连接，电压计量芯片将信号传回单片机进行处理；风力风向检测模块4分别与控制模块6和弹簧开关3-2相连接，风力风向检测模块4中的力敏电阻与控制模块6中的电阻计量芯片连接，将信号传回单片机进行处理，单片机的输出端与弹簧开关3-2中接收芯片连接，通过单片机向弹簧开关发送信号。蓄电模块7分别与太阳能电池板、横向/纵向转向步进电机、控制模块6、太阳光照入射角度监测模块2及风力风向检测模块4相连。

所述的可折叠太阳能电池板转向模块1分别与控制模块6及蓄电模块7相连接，可以带动主太阳能电池板1-14的转向，控制整体装置的开关状态；也可以将太阳能电池板产生的电能储存到蓄电池中。太阳光照入射角度监测模块2分别与控制模块6和可折叠太阳能电池板转向模块1连接，可对可折叠太阳能电池板转向模块1中的转动方向进行判定调整太阳能电池板的方位角。力风向检测模块4分别与控制模块6和弹簧开关3-2相连接，控制自动折叠伞状模块4的折叠状态。蓄电模块7为装置提供电能和存储太阳能。

装置运行时涉及的软件或协议均为公知技术。

本实用新型为基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置，所用的元器件和零部件均是本技术领域的技术人员所熟知的，可以通过相应商店购买获得或自己容易制作的，所有元器件之间的连接方式、零部件的安装方式以及电源线路的接线方式也是本技术领域的技术人员所熟知的。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本申请权利要求保护的范围。

本实用新型未述及之处为公知技术。

Claims (4)

1.一种基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置，其特征为该装置包括可折叠太阳能电池板转向模块，太阳光照入射角度检测模块、自动折叠伞状模块、风力风向监测模块、控制模块，蓄电模块及移动模块；

所述可折叠太阳能电池板转向模块包括框架底座、横向转向齿轮、横向转向步进电机小齿轮、转向底座、支撑板、纵向转向齿轮、纵向转向步进电机小齿轮、固定片、转轴支柱、类球形万向头、滚珠轴承、螺栓、太阳能电池板架、主太阳能电池板、光感传感器、附属太阳能电池板；框架底座位于移动模块的顶部；横向转向齿轮通过滚珠轴承固定在框架底座的中部；横向转向步进电机小齿轮固定在框架底座的一角，且小齿轮与横向转向齿轮接触且咬合；两个相同的转向底座通过固定在横向转向齿轮的两端，每个转向底座上均竖直固定着一个支撑板；固定片的一端固定在纵向转向齿轮外侧，转轴支柱固定在固定片的另一端上；纵向转向齿轮通过螺栓悬挂在支撑板上，螺栓顶部与纵向转向齿轮内的凹槽形状切合；纵向转向步进电机小齿轮位于纵向转向齿轮内，与其内切，并且二者的齿轮咬合，纵向转向驱动电机也固定在支撑板上，与纵向转向步进电机小齿轮相连；在两个转轴支柱顶部通过类球形万向头与太阳能电池板架进行固定连接，位于主太阳能电池板最长直径的两端的正下方太阳能电池板架上；光感传感器放置在主太阳能电池板边缘上；

所述的太阳能电池板架包括主板架和6个附属板架，其中，位于中心的主板架为正六边形；附属板架的为正方形，其边长为主板架的边长，每一个附属板架安装在主板架的一个边上；主板架和附属板架上均安装有太阳能电池板；

所述太阳光照入射角度监测模块包括小型太阳能电池板、小型太阳能电池板支柱、半球形凸起底座和功率计量芯片，太阳光照入射角度监测模块嵌入可折叠太阳能电池板转向模块顶部；在半球形支撑底座，以球心为中心，呈放射状均匀分布有35～45个相同的小型太阳能电池板支柱，每个小型太阳能电池板支柱的末端都固定有一个相同的小型太阳能电池板；所述的电池板支柱均垂直于半球形支撑底座的圆心，每个电池板支柱上均固定有一个小型太阳能电池板；功率计量芯片放置在半球形凸起底座内，其输入端分别与每个小型太阳能电池板相连，其输出端与控制模块相连；

所述自动折叠伞状模块主要包括支撑杆、第二类球形万向头、弹簧开关、伞骨支架和上弹簧片；第二类球形万向头的下部固定在横向转向齿轮上，其上部与支撑杆相连，支撑杆的顶端与上弹簧片相连，上弹簧片直接与弹簧开关相连，弹簧开关再与伞骨支架相连，6根伞骨支架与附属板架相连；

所述风力风向监测模块固定在自动折叠伞状模块中的支撑杆的顶端，与控制模块相连；风力风向监测模块包括风力风向监测架、中心杆、监测气球、保护罩和电阻计量芯片；风力风向监测架外形为圆盘，以中心轴线为轴，拟沿任一半径切开风力风向监测架，内部为二级阶梯型斜平台结构，第一级斜平台在下，第二级斜平台在上,力敏电阻固定在风力风向监测架的两级斜平台内侧位置，第一级斜平台的斜面内均匀放置8个力敏电阻，第二级斜平台斜面内均匀放置16个力敏电阻；中心杆的一端固定在风力风向监测架的底部中心；监测气球连接在中心杆的顶端；保护罩与风力风向监测架的外层上端相连；电阻计量芯片固定在风力风向监测架内，所有力敏电阻均独立与电阻计量芯片相连；

所述移动模块包括一个万向轮和两个刹车轮，三个轮成等边三角形分布，位于框架底座的底部；

所述控制模块包括单片机、电压计量芯片和电阻计量芯片，电压计量芯片、电阻计量芯片分别和单片机相连；

所述蓄电模块包括一块蓄电池。

2.如权利要求1所述的基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置，其特征为所述的可折叠太阳能电池板转向模块中的横向转向步进电机、纵向转向步进电机分别与单片机的输出端相连；光感传感器中的力敏电阻与电阻计量芯片连接；太阳光照入射角度监测模块中的小型太阳能电池板末端与控制模块中的电压计量芯片连接；风力风向检测模中的力敏电阻与控制模块中的电阻计量芯片连接，单片机的输出端与弹簧开关中的接收芯片连接；

所述的蓄电模块分别与太阳能电池板、横向/纵向转向步进电机、控制模块、太阳光照入射角度监测模块、风力风向检测模块相连。

3.如权利要求1所述的基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置，其特征为所述的半球形支撑底座上，分布有41个相同的小型太阳能电池板支柱，具体分布为：半球形支撑底座的顶端，设置有一个电池板支柱，两条截面相互垂直的最长圆弧线交汇于此，每条最长圆弧线上均匀分布有9个小型太阳能电池板支柱，第一最长圆弧线上顶端处的电池板支柱两侧的第2-4个电池板支柱处，都设置有一条子圆弧线，每条子圆弧线均匀间隔分布着小型太阳能电池板支柱，数量以差值为2的等差数列递减。

4.如权利要求1所述的基于单片机控制的太阳能自动追踪式光伏发电装置，其特征为所述的类球形万向头包括万向凸起和万向凹槽，万向凸起的底座连接着太阳能电池板架，万向凹槽的底部连接着转轴支柱，将万向凸起插入万向凹槽内，太阳能电池板架得以与转轴支柱连接。