CN211791401U - 一种双轴太阳能电池板追日系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种双轴太阳能电池板追日系统，包括底座、太阳能电池板、太阳能电池板驱动机构、图像追踪机构、显示屏、手动操作器、电源和单片机，所述太阳能电池板驱动机构包括装在电池板云台上的第一双轴舵机，太阳能电池板与第一双轴舵机相接，第一双轴舵机的驱动器与单片机电性连接，在太阳能电池板的四周均匀装有四个光敏电阻，光敏电阻通过光电转换电路与单片机相连；图像追踪机构包括摄像头、32位单片机和第二双轴舵机，摄像头与太阳能电池板面平行设置并实现同轴联动。本系统实现了对太阳光照射角度的双向跟踪，在光敏电阻追踪模式的基础上采用了图像追踪模式的方法，能够实现高精度跟踪效果，具有更好的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能电池板追日系统，特别是一种双轴太阳能电池板追日系统。
背景技术
太阳能电池板追日操作是为了使太阳能电池板能够更好的接受太阳光照。现有技术中常采用时控跟踪或者视日追踪系统。时控跟踪系统中时控匀速跟踪是根据地球按15°/h速度匀速自转的原理，采用时钟控制系统令太阳能板在水平方向上按照15°/h的速度匀速从东到西旋转，与太阳从东到西的运动保持基本同步。竖直方向上根据时间信息按照设定好的程序进行俯仰运动，近似追踪太阳高度角。设定的跟踪时间结束后进行匀速复位。时控匀速跟踪是根据地球按15°/h速度匀速自转的原理，采用时钟控制系统令太阳能板在水平方向上按照15°/h的速度匀速从东到西旋转，与太阳从东到西的运动保持基本同步。竖直方向上根据时间信息按照设定好的程序进行俯仰运动，近似追踪太阳高度角。设定的跟踪时间结束后进行匀速复位。
视日追踪系统中视日运动轨迹跟踪要求严格按照地平坐标系的要求安装整个跟踪系统，然后在坐标系下通过对经纬度信息、时间参数等数据进行计算，获取太阳的实时位置信息，驱动跟踪机构进行太阳位置定位和跟踪。这种跟踪方法是一种开环控制法，不需要反馈信息就可以高精度的进行跟踪。目前视日运动轨迹跟踪方法都是在太阳下山后停止跟踪，然后根据记录下的当天电池板运动情况反向移动返回起点。
视日跟踪的优点是不受天气影响，可以连续跟踪太阳位置，不会因阴雨或遮挡造成跟踪失败，理论上采用先进的计算方法和高精度的参数可以实现精确跟踪。其缺点是计算过程非常繁琐，编程十分困难追求高精度跟踪时温度、湿度、气压等信息的加入不仅会增加设备成本，还会使计算量大大增加，降低控制系统运行效率和可靠性。此外，这种开环系统对跟踪机构的安装要求很高，必须确保竖直方向和水平方向的精确性，跟踪精度也会受到输入信息的准确性的影响。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种系统结构简单、成本低廉、跟踪精度高、运行时误差小的双轴太阳能电池板追日系统。
本实用新型所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本实用新型是一种双轴太阳能电池板追日系统，其特点是：包括底座、太阳能电池板、太阳能电池板驱动机构、图像追踪机构、显示屏、手动操作器、电源和单片机，所述的显示屏、手动操作器、电源和单片机均装在底座上，所述太阳能电池板驱动机构包括装在电池板云台上的第一双轴舵机，太阳能电池板与第一双轴舵机相接，第一双轴舵机的驱动器与单片机电性连接，在太阳能电池板的四周均匀装有四个光敏电阻，光敏电阻通过光电转换电路与单片机相连；图像追踪机构包括摄像头、32位单片机和第二双轴舵机，摄像头与太阳能电池板面平行设置并实现同轴联动。
由光敏电阻实现对光强信息的采集，采集的数据传给单片机进行比较处理。4个光敏电阻分别设在检测装置东、南、西、北四个位置，东西光敏电阻用来检测太阳由东往西运动的偏转角度即方位角，南北光敏电阻用来检测太阳的视高度即高度角。使用第一双轴舵机采用两个电机对装置进行控制，一个电机控制太阳能电池板东西方向随日升日落转动，另一个电机控制太阳能电池板南北方向随季节更替转动。该追踪装置在电机驱动下即可实现对太阳的高度角和方位角的双轴跟踪。
显示屏为LCD显示屏，用于显示四个光敏电阻的实时电压。在显示的内容中，第一行表示用英文首字母表示的四个方位，而第二行数据表示所对应方位光敏电阻两端的电压。
本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述摄像头与32位单片机集成相连后与第二双轴舵机相接，第二双轴舵机装在摄像头云台上，第二双轴舵机和第一双轴舵机均与32位单片机电性连接。
因为光敏电阻精度相当有限，太阳能电池板较小，光敏电阻距离太近，对于一个远处的光源发出的光识别能力十分弱，当光源过远，加上周围环境光照的影响，系统会无法辨认光源。这样我们就增加了图像追踪模式，即通过摄像头得到当前光源即太阳在环境中的图像，识别当前图像中的太阳形状特征（圆形），并计算圆心与图像中心在x、y轴上的距离xd、yd，用xd、yd的值决定发送给第二双轴舵机的脉冲指令，以让太阳始终位于图像的正中心，从而实现对太阳的实时追踪。
本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的摄像头镜面上设有滤光膜。
本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述单片机为51单片机，所述显示屏和手动操作器均与单片机电性连接。
本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，手动操作器包括一个模式切换开关和五个手动操作按钮。模式切换开关用于切换手动操作模式、光敏电阻追踪模式和图像追踪模式。五个手动操作按钮包含四个旋转方向控制按钮和一个复位按钮。
本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述底座为箱体结构，单片机、显示屏和手动操作器设置箱体的上表面，电源装在底座内。
本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述电源包括蓄电池和变压器，单片机、第一双轴舵机和第二双轴舵机均与蓄电池电连接，所述太阳能电池板与蓄电池电输入端相连。
本系统可以实现自动追光操作和手动操作两种方式，自动追光操作又分为光敏电阻追踪模式和图像追踪模式。
与现有技术相比，本系统实现了对太阳光照射角度的双向跟踪，在光敏电阻追踪模式的基础上采用了图像追踪模式的方法，能够实现高精度跟踪效果，以单片机为控制核心，光敏电阻追踪模式和图像追踪模式方式结合的控制系统具有更好的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的一种结构示意图；
图2为图1的俯视结构示意图；
图3为本系统的控制模块框图。
具体实施方式
参照附图1-3，一种双轴太阳能电池板追日系统，包括底座4、太阳能电池板1、太阳能电池板驱动机构、图像追踪机构、LCD显示屏7、手动操作器6、电源5和51单片机3。太阳能电池板1可以选用18V，10W的大太阳能电池板1。所述底座4为箱体结构，51单片机3、LCD显示屏7和手动操作器6设置箱体的上表面，电源5装在底座4内。所述显示屏7和手动操作器6均与51单片机3电性连接。
所述太阳能电池板驱动机构包括装在电池板云台上的第一双轴舵机2，太阳能电池板1与第一双轴舵机2相接，第一双轴舵机2的驱动器与51单片机3电性连接，在太阳能电池板1的四周均匀装有四个光敏电阻10，光敏电阻10通过光电转换电路与51单片机3相连。
由光敏电阻10实现对光强信息的采集，采集的数据传给单片机3进行比较处理。4个光敏电阻10分别设在检测装置东、南、西、北四个位置，东西光敏电阻10用来检测太阳由东往西运动的偏转角度即方位角，南北光敏电阻10用来检测太阳的视高度即高度角。使用第一双轴舵机2采用两个电机对装置进行控制，一个电机控制太阳能电池板1东西方向随日升日落转动，另一个电机控制太阳能电池板1南北方向随季节更替转动。该追踪装置在电机驱动下即可实现对太阳的高度角和方位角的双轴跟踪。
显示屏7为LCD显示屏，用于显示四个光敏电阻10的实时电压。在显示的内容中，第一行表示用英文首字母表示的四个方位，而第二行数据表示所对应方位光敏电阻10两端的电压。
图像追踪机构包括摄像头9、32位单片机和第二双轴舵机8，摄像头9设在太阳能电池板1的后上方，摄像头9与太阳能电池板1面平行设置并实现同轴联动。摄像头9镜面上设有专门用于观看日食的滤光膜，这种滤光膜可以滤除一切非光源的事物，而只留下光源的形状。
所述摄像头9与32位单片机集成相连后与第二双轴舵机8相接，第二双轴舵机8装在摄像头云台上，第二双轴舵机8和第一双轴舵机2均与32位单片机电性连接。
手动操作器6包括一个模式切换开关和五个手动操作按钮。模式切换开关用于切换手动操作模式、光敏电阻10追踪模式和图像追踪模式。五个手动操作按钮包含四个旋转方向控制按钮和一个复位按钮。
所述电源5包括蓄电池和变压器，51单片机3、第一双轴舵机2和第二双轴舵机8均与蓄电池电连接，所述太阳能电池板1与蓄电池电输入端相连。
本系统可以实现自动追光操作和手动操作两种方式，自动追光操作又分为光敏电阻10追踪模式和图像追踪模式。
使用光敏电阻10追踪模式时，将图像追踪模式直接关掉，即切断第一双轴舵机2与32位单片机的连接，只用光敏电阻10、51单片机3和第一双轴舵机2完成追踪功能。追光时，打开打开51单片机3与第一双轴舵机2的电源5开关，四个方位的光敏电阻10检测光照强度。由光敏电阻10对光照强度的变化非常敏感，光照强度发生改变，其输出信号会发生变化。跟踪过程中，太阳位置不断发生变化，当阳光直射方向与任一光敏电阻10的主光轴偏离时，光敏电阻10的输出信号发生变化，这一变化经过AD转换等过程，传输给单片机，单片机程序根据不同的信号发出不同的控制命令，驱动第一双轴电机旋转，改变跟踪装置方位，直到光敏电阻10再次对准太阳才停止。
使用图像追踪模式时，通过开关调节，切断51单片机3与第一双轴舵机2的控制链接，第一双轴舵机2和第二双轴舵机8都是靠32位单片机控制的，打开32位单片机、第一双轴舵机2和第二双轴舵机的电源5，根据光源位置，摄像头9与太阳能电池板1实现同轴联动正对太阳。
手动操作时，打开单片机与第一双轴舵机2的电源开关，按动模式切换开关将模式切换至手动操作模式，根据太阳的位置按动相应旋转方向的控制按钮手动调节太阳能电池板1。不需要手动操作时，可以按复位按钮将太阳能电池板1进行复位。
本系统实现了对太阳光照射角度的双向跟踪，在光敏电阻10追踪模式的基础上采用了图像追踪模式的方法，能够实现高精度跟踪效果，具有更好的稳定性和可靠性。
Claims (7)
1.一种双轴太阳能电池板追日系统，其特征在于：包括底座、太阳能电池板、太阳能电池板驱动机构、图像追踪机构、显示屏、手动操作器、电源和单片机，所述的显示屏、手动操作器、电源和单片机均装在底座上，所述太阳能电池板驱动机构包括装在电池板云台上的第一双轴舵机，太阳能电池板与第一双轴舵机相接，第一双轴舵机的驱动器与单片机电性连接，在太阳能电池板的四周均匀装有四个光敏电阻，光敏电阻通过光电转换电路与单片机相连；图像追踪机构包括摄像头、32位单片机和第二双轴舵机，摄像头与太阳能电池板面平行设置并实现同轴联动。
2.根据权利要求1所述的双轴太阳能电池板追日系统，其特征在于：所述摄像头与32位单片机集成相连后与第二双轴舵机相接，第二双轴舵机装在摄像头云台上，第二双轴舵机和第一双轴舵机均与32位单片机电性连接。
3.根据权利要求2所述的双轴太阳能电池板追日系统，其特征在于：所述的摄像头镜面上设有滤光膜。
4.根据权利要求1所述的双轴太阳能电池板追日系统，其特征在于：所述单片机为51单片机，所述显示屏和手动操作器均与单片机电性连接。
5.根据权利要求4所述的双轴太阳能电池板追日系统，其特征在于：手动操作器包括一个模式切换开关和五个手动操作按钮。
6.根据权利要求1所述的双轴太阳能电池板追日系统，其特征在于：所述底座为箱体结构，单片机、显示屏和手动操作器设置箱体的上表面，电源装在底座内。
7.根据权利要求1所述的双轴太阳能电池板追日系统，其特征在于：所述电源包括蓄电池和变压器，单片机、第一双轴舵机和第二双轴舵机均与蓄电池电连接，所述太阳能电池板与蓄电池电输入端相连。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112650308A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-13 | 吉林大学 | 一种太阳能光跟踪装置及控制方法 |
| CN112865687A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-05-28 | 上海海事大学 | 双轴追光式风光互补发电装置 |
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| CN112650308B (zh) * | 2020-12-24 | 2022-02-15 | 吉林大学 | 一种太阳能光跟踪装置及控制方法 |
| CN112865687A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-05-28 | 上海海事大学 | 双轴追光式风光互补发电装置 |
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