CN213019376U - 一种自动跟踪式太阳能路灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动跟踪式太阳能路灯，属于新能源的技术领域，包括灯柱、设于该灯柱上的灯体和太阳能光伏板，还包括跟踪控制器、倾角传感器、驱动器、北斗GPS和供电电源，所述跟踪控制器分别与倾角传感器、驱动器、北斗GPS和供电电源电连接，太阳能光伏板与供电电源电连接且供电电源分别与驱动器和灯体电连接；还包括设于该灯柱上的自动跟踪机构，该自动跟踪机构与驱动器电连接，且自动跟踪机构驱动所述太阳能光伏板跟随太阳所在角度作转动以实时对准太阳光线，以达到能够解决固定经纬度和采用光线传感器自动跟踪的缺点，在任何地方而无需改动程序便可实现太阳自动跟踪，具有抗干扰能力强且对太阳能的利用率高的优点。

Description

一种自动跟踪式太阳能路灯

技术领域

本发明属于新能源的技术领域，具体而言，涉及一种自动跟踪式太阳能路灯。

背景技术

传统的有线路灯安装麻烦，需要在地下埋很长的线缆，安装耗时又耗力。路灯的耗电量也很高，长期照明电费支出巨大。并且电缆长期埋在地下，容易腐烂，维护成本高。除此之外，一些偏远地区要么附近没有可以接入的电线，要么距离较远时，为了安装路灯而支出的线缆费用远超路灯费用，得不偿失。

为了节约用电和降低安装成本，太阳能路灯应运而生。市面上虽然存在很多太阳能路灯，但是均为固定朝向，无法根据太阳位置的变化实时调整光伏板的位置，一天中只有中午时分才能接收太阳光的垂直照射，其余时间无法追随太阳照射的位置而转动，导致收集到的太阳能不多，无法正常供应每天的照明用电量。同时，造成光能浪费，利用效率偏低，制约着太阳能利用的进一步发展。

为了提高光伏板的发电效率，目前，有的太阳能装置采用了自动跟踪技术，使光伏板能够跟随太阳转动，从而保证每天接收最大的光照量，采用的方式有以下：

(1)获取安装点的经纬度信息，然后根据经纬度计算一年中每一天的不同时刻太阳所在的角度，利用程序控制光伏板转动，以实现自动跟踪。但该方法将经纬度存储到PLC或单片机中，就只适用于该地点，不便移动，每次移动完就必须重新设定数据和调整各个参数，多应用于大型的太阳能发电站。

(2)在光伏板上安装光线传感器，然后控制器调整光伏板位置直到光线传感器接收到的光线最大，该方法应用更为普遍、广泛，但该方法十分依赖于光线传感器。由于户外条件恶劣，光线传感器容易被遮挡，从而导致整套设备失效；除此之外，光线传感器易受外界光源干扰，导致程序判断出错而无法与太阳光线保持垂直。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种自动跟踪式太阳能路灯以达到能够解决固定经纬度和采用光线传感器自动跟踪的缺点，在任何地方而无需改动程序便可实现太阳自动跟踪，具有抗干扰能力强且对太阳能的利用率高的优点。

本发明所采用的技术方案为：一种自动跟踪式太阳能路灯，包括灯柱、设于该灯柱上的灯体和太阳能光伏板，还包括跟踪控制器、倾角传感器、驱动器、北斗GPS和供电电源，所述跟踪控制器分别与倾角传感器、驱动器、北斗GPS和供电电源电连接，太阳能光伏板与供电电源电连接且供电电源分别与驱动器和灯体电连接；还包括设于该灯柱上的自动跟踪机构，该自动跟踪机构与驱动器电连接，且自动跟踪机构驱动所述太阳能光伏板跟随太阳所在角度作转动以实时对准太阳光线。

进一步地，所述自动跟踪机构包括套筒和设于该套筒一端的支撑支架，所述支撑支架的另一端铰接有承载支架，该承载支架上装有太阳能光伏板；还包括电动推杆，该电动推杆的两端分别铰接于承载支架和套筒上，电动推杆与所述驱动器电连接并通过电动推杆驱动承载支架绕支撑支架的铰接点作正反旋转，以通过电动推杆的方式实现对太阳能光伏板的旋转运动进行调节，进而，能够确保太阳能光伏板实时与太阳的光线相互垂直。

进一步地，所述承载支架设为呈“工”字型，承载支架上还设有传感器安装板，传感器安装板上装有倾角传感器且倾角传感器与太阳能光伏板之间作同步运动，实现对承载支架的轻量化设计。

进一步地，所述支撑支架呈U型状，且支撑支架的底部连接于所述套筒上，支撑支架的两支臂均铰接于所述承载支架上，以对承载支架提供稳定、可靠的支撑作用。

进一步地，所述承载支架上设有U形接口，U形接口上设有T型轴且T型轴上套有轴套，轴套套于所述支撑支架的支臂上，以确保承载支架相对支撑支架能够自由旋转，且结构设计简单。

进一步地，所述电动推杆的两端均通过旋转轴铰接连接有上耳座和下耳座，上耳座和下耳座分别设于承载支架和套筒上，以实现通过电动推杆的伸缩运动转换成对承载支架的旋转运动。

进一步地，所述跟踪控制器包括微控制器、分别与微控制器电连接的信号采集电路、驱动电路、GPS电路以及电源电路，所述信号采集电路、驱动电路、GPS电路以及电源电路分别与倾角传感器、驱动器、北斗GPS以及供电电源电连接，无需光线传感器，避免因为光线传感器被遮挡或者干扰光源而导致设备失效。

进一步地，所述跟踪控制器还包括与微控制器连接的报警电路，通过该报警电路连接有声光报警器，以在发生故障时，能够及时提醒维护人员进行检修。

进一步地，所述供电电源包括充放电控制器和蓄电池，所述充放电控制器分别与灯体、蓄电池、太阳能光伏板、跟踪控制器和驱动器电连接，以延长蓄电池的储电时间，进而，确保整个系统正常工作。

进一步地，所述灯柱的内部设有电控箱，且电控箱内布置有所述跟踪控制器、驱动器、北斗GPS和供电电源，通过电控箱对各个器件进行良好的防护；所述灯柱的底部设有底座且底座与灯柱之间布置有多个拉筋，提升灯柱在安装后的结构稳定性。

本发明的有益效果为：

1.采用本实用新型所提供的自动跟踪式太阳能路灯，在跟踪控制器配合自动跟踪机构的作用下，通过倾角传感器返回当前太阳能光伏板的角度信息，然后，自动跟踪机构在跟踪控制器的控制信号作用下，调整太阳能光伏板位置并确保太阳能光伏板的位置能够始终保持和太阳光线垂直，即可保证太阳能光伏板能够接收最大的光照亮，然后，将光能转化为电能存储到供电电源中，通过供电电源对路灯的灯体供电以进行照明，相较于现有技术，能够解决固定经纬度自动跟踪的缺点，让路灯能够安装在任何地方而无需改动程序，同时，还能解决采用光线传感器自动跟踪的缺点，避免因光线传感器被遮挡而导致设备失效。

附图说明

图1是本实用新型所提供的自动跟踪式太阳能路灯的整体结构示意图；

图2是图1的局部放大示意图；

图3是本实用新型提供的自动跟踪式太阳能路灯中自动跟踪机构的整体结构示意图；

图4是本实用新型提供的自动跟踪式太阳能路灯中自动跟踪机构的A处局部放大示意图；

图5是本实用新型提供的自动跟踪式太阳能路灯中自动跟踪机构的B处局部放大示意图；

图6是本实用新型提供的自动跟踪式太阳能路灯中自动跟踪机构的承载支架的结构示意图；

图7是本实用新型所提供的自动跟踪式太阳能路灯的系统电路连接框图；

图8是本实用新型所提供的自动跟踪式太阳能路灯中跟踪控制器的局部电路图Ⅰ；

图9是本实用新型所提供的自动跟踪式太阳能路灯中跟踪控制器的局部电路图Ⅱ；

图10是本实用新型所提供的自动跟踪式太阳能路灯中跟踪控制器的局部电路图Ⅲ；

图11是本实用新型所提供的自动跟踪式太阳能路灯中跟踪控制器的局部电路图Ⅳ；

图12是本实用新型所提供的自动跟踪式太阳能路灯中跟踪控制器的局部电路图Ⅴ；

图13是本实用新型所提供的自动跟踪式太阳能路灯中跟踪控制器的局部电路图Ⅵ；

附图中标注如下：

1-太阳能光伏板，2-承载支架，3-电动推杆，4-传感器安装板，5-支撑支架，6-套筒，7-U形接口，8-T型轴，9-上耳座，10-推杆旋转轴，11-下耳座，12-推杆支撑轴，13-LED灯，14-灯杆，15-灯柱本体，16-灯柱小门，17-底座。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

实施例1

太阳能是一种可再生清洁能源，取之不尽用之不竭，太阳能具有普遍性、无害、储量大、使用长久等优点；使用太阳能，有助于保护环境。为解决现有技术中，太阳能路灯在应用过程中的缺陷，在本实施例中具体公开了一种自动跟踪式太阳能路灯，旨在解决固定经纬度自动跟踪的缺点，让路灯能够安装在任何地方而无需改动程序，同时，还能解决采用光线传感器自动跟踪的缺点，避免因光线传感器被遮挡而导致设备失效。

如图1所示，包括灯柱、设于该灯柱上的灯体和太阳能光伏板1，其中，灯柱包括灯柱本体15和灯杆14，在灯杆14的端部上设有所述灯体，在本实施例中，灯体采用LED灯13或直流灯泡。在所述灯柱本体15的内部设有电控箱，在灯柱本体15上开设有灯柱小门16，通过灯柱小门16将电控箱置于灯柱本体15的内部。为提升该路灯在使用过程中的牢固度，在所述灯柱的底部设有底座17且底座17与灯柱之间布置有多个拉筋，以提升灯柱本体15与底座17之间的结构强度，且在路灯安装后，具有可靠的稳定性。

如图7所示，还包括跟踪控制器、倾角传感器、驱动器、北斗GPS和供电电源，所述跟踪控制器分别与倾角传感器、驱动器、北斗GPS和供电电源电连接，太阳能光伏板1与供电电源电连接，以通过太阳能光伏板1将光能转换成电能，并将电能存储于供电电源中，以实现供电电源的不间断供电。

同时，将供电电源分别与驱动器和灯体电连接，以确保驱动器能够驱动自动跟踪机构正常动作以及在夜间由供电电源为灯体供电，满足路灯的日常使用需求；还包括设于该灯柱上的自动跟踪机构，该自动跟踪机构作为对太阳能光伏板1进行调节的执行机构，该自动跟踪机构与驱动器电连接，且自动跟踪机构驱动所述太阳能光伏板1跟随太阳所在角度作相应转动以实时对准太阳光线，由于始终保持和太阳光线垂直，就能保证太阳能光伏板1每天能够接收最大的光照亮，然后，将光能转化为电能存储到供电电源中，通过供电电源对LED灯13供电以进行照明。

其工作原理如下：

(1)整个路灯安装完成之后，通过北斗GPS获取GPS信息(UTC、时间、经度以及纬度)，并计算出跟踪角Φ1；

(2)通过获取太阳能光伏板1当前的倾角传感器数据，并计算出太阳能光伏板1的当前角度Φ2；

(3)若|Φ1-Φ2|≥5°，经进入下一步，否则，返回；

(4)继续判断，若Φ1>Φ2，则向东驱动，并进入闭环控制流程；否则，向西驱动，并进入闭环控制流程；

所述闭环控制流程为：判断|Φ1-Φ2|≤0.5°，若为是，则停止驱动；否则，继续返回驱动，直至满足|Φ1-Φ2|≤0.5°。

通过上述原理，在跟踪控制器和倾角传感器的配合下，完成太阳的跟踪和太阳能光伏板1的角度调节，并将信号传送给自动跟踪机构进行角度驱动调节，以此，太阳能光伏板1跟随太阳所在角度作相应转动以实时对准太阳光线，由于始终保持和太阳光线垂直，就能保证太阳能光伏板1每天能够接收最大的光照亮。

●对于自动跟踪机构部分设计如下：

如图3所示，包括套筒6，该套筒6作为该自动跟踪机构的定位基座，还包括设于该套筒6一端的支撑支架5，支撑支架5呈U型状，且支撑支架5的底部连接于所述套筒6上并通过螺栓连接紧固，支撑支架5另一端的两支臂均铰接于承载支架2上，且该承载支架2上装有太阳能光伏板1。

还包括电动推杆3，该电动推杆3的两端分别铰接于承载支架2和套筒6上，并通过电动推杆3驱动承载支架2绕支撑支架5的铰接点作正反旋转，以调整太阳能光伏板1的位置，始终保持与太阳光线垂直，以保证太阳能光伏板1每天能够接收最大的光照亮，电动推杆3与驱动器电连接，以驱动电动推杆3作相应动作。

为实现轻量化设计的目的，如图4、图5以及图6所示，将所述承载支架2设为呈“工”字型，其包括上横杆、下横杆以及设于上横杆和下横杆之间的两平行竖杆，在两平行竖杆之间还设有一支杆，在两平行竖杆设有U形接口7，在支杆上设有上耳座9。其中，U形接口7与所述支撑支架5的支臂铰接连接，具体为：在U形接口7上设有T型轴8，T型轴8通过螺丝固定于U形接口7上且T型轴8上套有轴套，轴套套于所述支撑支架5的支臂上，以实现支撑支架5相对于承载支架2能够自由转动；上耳座9则与电动推杆3的端部铰接连接，具体为：在上耳座9上套有推杆旋转轴10，推杆旋转轴10与所述电动推杆3的端部活动套接，且在推杆旋转轴10的两端均安装有卡圈，以防止推杆旋转轴10出现松动或者掉落的情况。

同理，在电动推杆3的底端铰接连接有下耳座11，下耳座11固定于套筒6上，具体为：在下耳座11上转动套设有推杆支撑轴12，推杆支撑轴12与所述电动推杆3的下端部转动连接且在推杆支撑轴12的两端也设有卡圈，以防止推杆支撑轴12出现松动或者掉落的情况。

为确保该太阳能自动跟踪机构的正常运行，如图3所示，在所述承载支架2上还设有传感器安装板4，传感器安装板4位于相背于所述太阳能光伏板11的一侧上，且在实际应用时，在传感器安装板4上设有倾角传感器，且倾角传感器与太阳能光伏板1之间作同步运动，以通过倾角传感器实时检测该太阳能光伏板1的转动角度。

●对于跟踪控制器部分电路原理如下：

跟踪控制器包括微控制器、分别与微控制器电连接的信号采集电路、驱动电路、GPS电路以及电源电路，所述信号采集电路、驱动电路、GPS电路以及电源电路分别与倾角传感器、驱动器、北斗GPS以及供电电源电连接。其中，微控制器采用型号为TM4C的微控制器；还包括与微控制器连接的报警电路，通过该报警电路连接有声光报警器，以通过声光报警器及时报警以提醒工作人员解除故障。

各个部分的设计原理如下：如图10、图13所示，该TM4C的微控制器通过型号为XDS100的仿真器外接电脑，以作为对微控制器芯片进行软硬件调试的开发工具，配合集成开发环境使用仿真器可以对单片机程序进行单步跟踪调试，也可以使用断点、全速等调试手段，并可观察各种变量、RAM及寄存器的实时数据，跟踪程序的执行情况。

该微控制器的MC1引脚、MC2引脚连接有信号采集电路，如图12所示，信号采集电路中主要采用型号为TLP521的光耦合器件，光耦合器件的CW引脚、CCW引脚连接有端口J4，端口J4连接至倾角传感器，优选的，可采用GUC360倾角传感器、SCA61T-FA1H1G单轴倾角传感器、MMA7361角度传感器等，此处不作限制，可根据成本和实际场景选择。

如图9所示，该微控制器连接有驱动电路，微控制器的U0Rx引脚、U0ED/RE引脚以及U0Tx引脚通过485串口连接至端口J2，通过端口J2与驱动器连接，驱动器采用直流电机驱动器，直流电机驱动器连接至上述的电动推杆；优选的，可采用型号为：DRV8800RTYR、DRV8801等电机驱动器，此处不作限制，可根据成本和实际场景选择。

如图11所示，该微控制器连接有GPS电路，GPS电路包括三极管和北斗GPS芯片，且三极管和北斗GPS芯片分别与微控制器的GPSCT引脚和GNRMC引脚相连，优选的，北斗GPS芯片可采用M16M3北斗GPS模块、M10Z2北斗+GPS模块等等，此处不作限制，可根据成本和实际场景选择。

如图11所示，该微控制器还连接有报警电路，以微控制器的BUZZER引脚通过三极管连接有声光报警器。

如图8所示，太阳能跟踪装置还包括供电的电源电路，电源电路包括稳压器电路，稳压器电路采用LM2675M-5的稳压芯片和SD1040的二极管，二极管连接有接口J1，接口J1与供电电源中的蓄电池连接。

●对于供电电源部分的设计如下：

如图7所示，所述供电电源包括充放电控制器和蓄电池，所述充放电控制器分别与灯体(LED灯13或直流灯泡)、蓄电池、太阳能光伏板1、跟踪控制器和驱动器电连接。采用现有成熟的充放电控制器即可实现，充放电控制器可采用德姆达的DMD-20A/30A型号的充放电控制器，该充放电控制器连接至蓄电池、太阳能光伏板1，充放电控制器的输出端(放电端)连接负载，负载是跟踪控制器中的接口J1、直流电机驱动器以及LED路灯。

在所述灯柱的内部设有电控箱，且电控箱内布置有所述跟踪控制器、驱动器、北斗GPS和供电电源，由于，电控箱可通过灯柱小门16进行打开或关闭，便于工作人员定期进行检修或者更换损坏器件，同时，也可在日常使用过程中，对各个电气模组提供良好的保护作用，防止其受到外界雨水、灰尘等不良因素的影响。

本实施例所采用的自动跟踪式太阳能路灯，其工作原理如下：

如图2所示，安装时，通过转动套筒6以调整好太阳能光伏板1的方位，倾角传感器获取当前角度信息并反馈给跟踪控制器，跟踪控制器控制驱动器驱动电动推杆3进行运动，进而调整太阳能光伏板1的位置，以确保太阳能光伏板1与太阳光线实时保持垂直，以获得最大光照量，提高了光能利用率，太阳能光伏板1将光能转化为电能，并将电能存储在蓄电池中，在夜间给LED灯13进行供电照明。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种自动跟踪式太阳能路灯，包括灯柱、设于该灯柱上的灯体和太阳能光伏板，其特征在于，还包括跟踪控制器、倾角传感器、驱动器、北斗GPS和供电电源，所述跟踪控制器分别与倾角传感器、驱动器、北斗GPS和供电电源电连接，太阳能光伏板与供电电源电连接且供电电源分别与驱动器和灯体电连接；还包括设于该灯柱上的自动跟踪机构，该自动跟踪机构与驱动器电连接，且自动跟踪机构驱动所述太阳能光伏板跟随太阳所在角度作转动以实时对准太阳光线。

2.根据权利要求1所述的自动跟踪式太阳能路灯，其特征在于，所述自动跟踪机构包括套筒和设于该套筒一端的支撑支架，所述支撑支架的另一端铰接有承载支架，该承载支架上装有太阳能光伏板；还包括电动推杆，该电动推杆的两端分别铰接于承载支架和套筒上，电动推杆与所述驱动器电连接并通过电动推杆驱动承载支架绕支撑支架的铰接点作正反旋转。

3.根据权利要求2所述的自动跟踪式太阳能路灯，其特征在于，所述承载支架设为呈“工”字型，承载支架上还设有传感器安装板，传感器安装板上装有倾角传感器且倾角传感器与太阳能光伏板之间作同步运动。

4.根据权利要求2所述的自动跟踪式太阳能路灯，其特征在于，所述支撑支架呈U型状，且支撑支架的底部连接于所述套筒上，支撑支架的两支臂均铰接于所述承载支架上。

5.根据权利要求4所述的自动跟踪式太阳能路灯，其特征在于，所述承载支架上设有U形接口，U形接口上设有T型轴且T型轴上套有轴套，轴套套于所述支撑支架的支臂上。

6.根据权利要求2所述的自动跟踪式太阳能路灯，其特征在于，所述电动推杆的两端均通过旋转轴铰接连接有上耳座和下耳座，上耳座和下耳座分别设于承载支架和套筒上。

7.根据权利要求1所述的自动跟踪式太阳能路灯，其特征在于，所述跟踪控制器包括微控制器、分别与微控制器电连接的信号采集电路、驱动电路、GPS电路以及电源电路，所述信号采集电路、驱动电路、GPS电路以及电源电路分别与倾角传感器、驱动器、北斗GPS以及供电电源电连接。

8.根据权利要求7所述的自动跟踪式太阳能路灯，其特征在于，所述跟踪控制器还包括与微控制器连接的报警电路，通过该报警电路连接有声光报警器。

9.根据权利要求1或7所述的自动跟踪式太阳能路灯，其特征在于，所述供电电源包括充放电控制器和蓄电池，所述充放电控制器分别与灯体、蓄电池、太阳能光伏板、跟踪控制器和驱动器电连接。

10.根据权利要求1所述的自动跟踪式太阳能路灯，其特征在于，所述灯柱的内部设有电控箱，且电控箱内布置有所述跟踪控制器、驱动器、北斗GPS和供电电源；所述灯柱的底部设有底座且底座与灯柱之间布置有多个拉筋。

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