锚泊浮标用太阳能自动跟踪控制器制造技术

一种锚泊浮标用太阳能自动跟踪控制器，包括传感器及其安装棱台、智能充电模块、微处理器、连接微处理器的按键、Ａ／Ｄ转换器、ＰＣ机、步进电机驱动器以及ＤＣ－ＤＣ转换器。传感器安装棱台为正十二边形的棱台，棱台侧板的倾角等于浮标安装处太阳的高度角，棱台的十二个侧板及上、下端面板的中心处各有一个通孔。棱台和被控制的太阳能电池板正确地固定在锚泊浮标上。棱台各侧板孔内传感器采集太阳光照强度，其输出信号经处理后送入微处理器比较，可确定太阳光与当前太阳能电池板受光面之间的相对位置，控制步进电机使太阳能电池板转动到最佳受光方位。棱台上端面板的中心孔内传感器用于检测太阳的辐照强度，根据辐照强度自动跟踪控制器输出关机或开机信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电源
，涉及一种能检测出太阳光方位，使锚泊浮标用太阳能电池板能自动跟踪太阳方位的锚泊浮标用太阳能自动跟踪控制器。
技术介绍
当今，浮标系统在海洋资源开发、环境预报、海上运动、防灾救灾、国防建设和科学 研究等领域发挥着重要作用。按系留方式区分，浮标系统可分为系留式和自由漂移式两种。 这两种系统本身又可分成水面和水下的浮标系统。不论何种浮标系统，浮标电源是浮标系 统的重要部分，浮标电源技术也是浮标技术重点攻关技术之一。目前，浮标系统使用的供 电方式有两种一是只用蓄电池，二是采用太阳能电池+蓄电池。只用蓄电池的供电方式， 蓄电池需要定期换回对其重新充电，这不仅给浮标管理带来较大的工作量，而且需要较大 的维持费用支持。采用太阳能电池+蓄电池的供电方式，晴天白昼利用太阳能电池供电系 统对浮标系统进行供电，并对蓄电池进行充电；夜晚或阴雨天由蓄电池对浮标系统供电，因 此，第二种供电方式克服了第一种供电方式的缺点，也正因此，第二种供电方式在浮标系统 中得到广泛的应用。目前，公知的浮标用太阳电池供电系统中电池板的安装方法有两种一是使用一 块电池板，并采用固定的安装方法；二是把几块太阳能电池板安装在一个棱台的侧板上，而 棱台是固定在浮标上的。浮标在海上，由于受风、浪、流的影响，其方向是不定的。显然，使 用一块固定安装的电池板，电池板会因风、浪、流的影响而偏离最佳的受光角度，并且不能 自动调节使之处于最佳的受光位置。把几块太阳能电池板安装在一个棱台的侧板上，虽然 能保证总有一块、或几块、或部分电池板朝向太阳光，但难以保证这些电池板都位于最佳的 受光角度，并且总有电池板位于阴影面，这大大地降低了太阳能电池板的利用率。陆上用的太阳能自动跟踪控制器在陆上太阳能装置中得到了广泛应用，但陆上用 太阳能装置中的电池板除了跟踪太阳的运动外，没有其它外力使之转动或漂动。而海上浮 标上的太阳能装置中的电池板则不一样，它会因海上风、浪、流的影响而使其采光面漂浮不 定，因而，陆上用太阳能自动跟踪控制器不能用于控制浮标上的太阳能装置中电池板。
技术实现思路
为了克服现有的浮标用太阳能电池供电系统中太阳能电池板不能自动调节或利 用率低的不足，以及克服陆上用太阳能自动跟踪控制器不能用于控制浮标上的太阳能装置 中电池板的缺点，本专利技术提供一种锚泊浮标用太阳能自动跟踪控制器，该控制器的输出控 制信号连接至一个驱动太阳能电池板的微型步进电机，使太阳能电池板能跟踪太阳，一旦 电池板因风、浪、流的影响而偏离最佳的受光角度，通过自动调节，整个太阳能电池板能调 节到最佳的受光方位。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种锚泊浮标用太阳能自动跟踪控 制器，包括太阳能传感器、太阳能传感器安装棱台、智能充电模块、微处理器、连接微处理器的按键、A/D转换器、PC机、步进电机驱动器以及DC-DC转换器；所述的太阳能传感器安装 棱台为用板材做成的正十二边形的棱台，棱台侧板的倾 角等于浮标安装地点太阳的高度角，棱台的十二个侧板及上、下端面板的中心处各有一个 通孔；所述的太阳能传感器包括筒体及设置在筒体内的一块横隔板、一个光敏电阻以及 信号放大与转换电路；所述的筒体为前端开口、后端带有端盖的壳体，并且后端盖的中心处 有一个通孔，在筒体的内腔中置有一横隔板，该横隔板上固定光敏电阻和布置信号放大与 转换电路，光敏电阻固定在横隔板的中心处，光敏电阻的检测面在筒体内朝向前端口，并从 前端口受光，光敏电阻的引脚和信号放大与转换电路连接；整个太阳能传感器的输出引脚 经筒体的后端盖中心孔引出筒体外，之后再经其安装棱台下端面板的中心孔引出棱台外；所述的正十二边形棱台各侧板孔内各放置一个太阳能传感器用于检测太阳光的 方位，每个侧板通孔外表孔口处贴装尺寸孔口相同的透光玻璃；所述的太阳光方位传感器 中的光敏电阻的检测面与其安装侧板的平面平行；所述的正十二边形棱台的上端面板的中 心孔内放置一个太阳能传感器用于检测太阳的辐照强度，当太阳的辐照度低于或高于工作 照度时，自动跟踪控制器就输出关机或开机信号，在上端面板的中心孔外表孔口处贴装尺 寸与孔口相同的透光玻璃。所述的太阳能传感器安装棱台固定在锚泊浮标上一个太阳光不被遮挡的水平面 上，其上、下端面与水平面平行；被控制的太阳能电池板安装在锚泊浮标上一个太阳光不被 遮挡的水平面上，其倾角与太阳能传感器安装棱台侧板的倾角等同，都等于浮标安装地点 太阳的高度角；太阳能传感器安装棱台各侧板上的太阳能传感器采集太阳光照强度，其输 出电压信号经A/D转换后送入微处理器，微处理器经过比较后可确定太阳光与当前太阳能 电池板受光面垂直线之间的夹角，微处理器控制步进电机驱动器驱动步进电机使太阳能电 池板转动到最佳受光方位。所述的微处理器的型号为PHILIPS公司推出的ARM7TDMI-S架构的LPC2148，其中 的固件完成电源控制、太阳能传感器信号的采样、太阳光与当前太阳能电池板受光面垂直 线之间夹角的计算、电机驱动；系统设计成完全中断驱动；严谨的串口通讯协议保证了通 讯的可靠性；将固件中的程序分为调试模式和正常工作模式；配合硬件实现了系统的极低 功耗；串口通讯软件采用LabVIEW编写，该通讯软件具有良好的可移植性和人机界面，另外 采用严谨的通讯协议及超时重发机制，用于设置参数，读取数据及调试信息；微处理器自带 实时时钟，其工作模式是整个系统在大部分时间都处于休眠状态，根据设定时间间隔唤醒 系统，实现光照采样及驱动电机转动，完成后，又重新转入休眠状态；控制系统采用太阳能 电池板供电，其光电池将太阳能转换成电能，存储于蓄电池中；在太阳落山后，将整个系统 休眠，以减少功耗，到第二天太阳升起时，才重新将系统唤醒。所述的DC-DC转换器的型号为美国国家半导体公司推出的LM-2596，它不但能提 供稳定的电压和大电流输出，而且具有低功耗特性，且可以开关转换。所述的智能充电模块的智能充电管理芯片的型号为美国德州仪器推出的UC3906。所述的步进电机驱动器采用美国德州仪器生产的微型电机驱动集成电路芯片 L293，结合固件程序，能够精确控制步进电机，形成准闭环控制。所述的A/D转换器的型号为微芯公司推出的MCP3208，具有12位转换精度，且可以通过SPI接口进行转换控制。电路中使用两个MCP3802进行总线式连接，可扩展16路A/D 转换通道。本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点一是把太阳能传感器安装在固定于浮 标上的正十二边形棱台的各侧板孔内，由于正十二边形棱台的对称性，即使浮标因风、浪、 流的影响转动或漂移，总能检测出太阳光与当前太阳能电池板受光面垂直线之间的夹角， 通过控制器的驱动操作，从而使太阳能电池板能自动跟踪太阳光；二是太阳能传感器及其 安装棱台、控制电路的结构简单、成本低，因此，本专利技术的性价比显然优越于把几块太阳能 电池板安装在一个棱台侧面上的技术。附图说明图1是本专利技术锚泊浮标用太阳能自动跟踪控制器的结构框图；图2是本专利技术太阳能传感器安装棱台示意图； 图3是本专利技术太阳能传感器8的结构的立体示意图；图4是本专利技术太阳能传感器8的俯视示意图；图5是本专利技术微处理器接口电路原理图；图6是本专利技术按键电路原理图；图7是本专利技术RS232通讯接口电路原理图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锚泊浮标用太阳能自动跟踪控制器，包括微处理器、按键、太阳能传感器安装棱台、太阳能传感器、Ａ／Ｄ转换器、步进电机驱动器、智能充电模块、ＤＣ－ＤＣ转换器；其特征在于：所述的太阳能传感器安装棱台（７）为用板材做成的正十二边形的棱台，棱台各侧板（７－３）的倾角等于浮标安装地点太阳的高度角，棱台各侧板（７－３）中心处各有一个通孔（７－４），上端面板（７－１）中心处有一个通孔（７－２），下端面板（７－５）中心处有一个通孔（７－６）；所述的太阳能传感器（８）包括筒体（８－４）及设置在筒体（８－４）内的一块横隔板（８－３）、一个光敏电阻（８－１）以及信号放大与转换电路（８－２）；所述的筒体（８－４）为前端开口、后端带有端盖的壳体，并且后端盖的中心处有一个通孔，在筒体（８－４）的内腔中置有一横隔板（８－３），该横隔板（８－３）上固定光敏电阻（８－１）和布置信号放大与转换电路（８－２），光敏电阻（８－１）固定在横隔板（８－３）的中心处，光敏电阻（８－１）的检测面在筒体（８－４）内朝向前端口，并从前端口受光，光敏电阻（８－１）的引脚和信号放大与转换电路（８－２）连接；整个太阳能传感器（８）的输出引脚经筒体（８－４）的后端盖中心孔引出筒体（８－４）外，之后再经其安装棱台（７）下端面板（７－５）的中心孔（７－６）引出棱台（７）外；所述的传感器安装棱台（７）各侧板（７－３）的通孔（７－４）内各放置一个太阳能传感器（８）用于检测太阳光的方位，每个侧板（７－３）的通孔（７－４）外表处贴装尺寸与通孔（７－４）相同的透光玻璃；所述的太阳光方位传感器（８）中的光敏电阻（８－１）的检测面与其安装侧板（７－３）的平面平行；所述的传感器安装棱台（７）的上端面板（７－１）的中心孔（７－２）内放置一个太阳能传感器（８）用于检测太阳的辐照强度，当太阳的辐照度低于或高于工作照度时，自动跟踪控制器就输出关机或开机信号，在上端面板（７－１）的中心孔（７－２）外表处贴装尺寸与通孔（７－２）相同的透光玻璃。...

【技术特征摘要】
1.一种锚泊浮标用太阳能自动跟踪控制器，包括微处理器、按键、太阳能传感器安装棱 台、太阳能传感器、A/D转换器、步进电机驱动器、智能充电模块、DC-DC转换器；其特征在 于所述的太阳能传感器安装棱台(7)为用板材做成的正十二边形的棱台，棱台各侧 板(7-3)的倾角等于浮标安装地点太阳的高度角，棱台各侧板(7-3)中心处各有一个通 孔(7-4)，上端面板(7-1)中心处有一个通孔(7-2)，下端面板(7-5)中心处有一个通孔 (7-6)；所述的太阳能传感器(8)包括筒体(8-4)及设置在筒体(8-4)内的一块横隔板(8-3)、 一个光敏电阻(8-1)以及信号放大与转换电路(8-2)；所述的筒体(8-4)为前端开口、后端 带有端盖的壳体，并且后端盖的中心处有一个通孔，在筒体(8-4)的内腔中置有一横隔板 (8-3)，该横隔板(8-3)上固定光敏电阻(8-1)和布置信号放大与转换电路(8-2)，光敏电 阻(8-1)固定在横隔板(8-3)的中心处，光敏电阻(8-1)的检测面在筒体(8-4)内朝向前 端口，并从前端口受光，光敏电阻(8-1)的引脚和信号放大与转换电路(8-2)连接；整个太 阳能传感器⑶的输出引脚经筒体(8-4)的后端盖中心孔引出筒体(8-4)夕卜，之后再经其 安装棱台(7)下端面板(7-5)的中心孔(7-6)引出棱台(7)外；所述的传感器安装棱台(7)各侧板(7-3)的通孔(7-4)内各放置一个太阳能传感器 (8)用于检测太阳光的方位，每个侧板(7-3)的通孔(7-4)外表处贴装尺寸与通孔(7-4) 相同的透光玻璃；所述的太阳光方位传感器(8)中的光敏电阻(8-1)的检测面与其安装侧 板(7-3)的平面平行；所述的传感器安装棱台(7)的上端面板(7-1)的中心孔(7-2)内放 置一个太阳能传感器(8)用于检测太阳的辐照强度，当太阳的辐照度低于或高于工作照度 时，自动跟踪控制器就输出关机或开机信号，在上端面板(7-1)的中心孔(7-2)外表处贴装 尺寸与通孔(7-2)相同的透光玻璃。2.根据权利要求1所述的锚泊浮标用太阳能自动跟踪控制器，其特征在于所述的太 阳能传感器安装棱台(7)固定在锚泊浮标上一个太阳光不被遮挡的水平面上，其上端面 (7-1)和下端面(7-5)与水平面平行；被控制的太阳能电池板(1)安装在锚泊浮标上一个 太阳光不被遮挡的水平面上，其倾角与太阳能传感器安装棱台(7)侧板(7-3)的倾角等同， 都等于浮标安装地点太...

【专利技术属性】
技术研发人员：王筱珍，吴振陆，刘璨，愈国燕，鄢奉林，杜健航，王贵，何真，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]