基于GPS和光感元件的观光系统技术方案

本发明专利技术的基于GPS和光感元件的观光系统，属于光伏技术领域，包括有供电模块、控制元件、传感器元件、跟踪器模块、GPS数据通信模块、A/D转换模块、电动传动模块、单片机、聚光系统、计算机、视日运动轨迹跟踪模块、光电传感器跟踪模块以及通讯模块；所述传感器元件通过导线与控制元件连接，控制元件连接至电机传动模块，控制元件通过GPS数据通信模块至计算机，本发明专利技术具有高精度，探测范围大，高集成度，由于利用GPS获得精确的时间及地理位置数据，可准确地计算出太阳方位并进行跟踪，跟踪误差保持在0.5度以下，同时采用光感反馈信号在光照条件较好的情况下可进一步提高跟踪精度，能够适应户外尤其是西部地区的恶劣条件，具有良好的实用性。用性。用性。

【技术实现步骤摘要】
基于GPS和光感元件的观光系统


[0001]本专利技术涉及光伏
，具体讲是基于GPS和光感元件的观光系统。

技术介绍

[0002]国内外现有的太阳自动跟踪装置可以分为机械系统和电控系统两大类。机械系统包括压差式跟踪器和控放式跟踪器，压差式利用密闭容器两侧受光面不同导致内容液体温度不均从而产生压差对装置朝向进行调整，控放式则利用偏重力带动跟踪器缓慢匀速转动，这些机械跟踪系统结构较为简单，但是跟踪精度很低，且存在较大积累误差。电控系统包括匀速跟踪方式、角度计算跟踪方式和光感反馈跟踪方式，匀速跟踪方式利用时钟芯片获取时间信息，到了一定时间后驱动电机匀速转动，这种方式跟踪精度也不高，且时钟芯片存在累积误差，需要频繁校正。
[0003]基于GPS和光感元件的观光系统，属于物联网
，其结购包括:GPS定位模块、通讯模块、控制模块、传感器元件，其中光感元件通过导线与GPS控制模块连接，控制模块与GPS定位模块连接，GPS定位模块与通讯模块连接。当光感元器件感受到光线流明变化，输出信号给到控制模块，控制模块调整GPS定位模块工作逻辑，实现设备被拆除时，上报定位和感光信息，及时提醒用户设备被拆除。然而上述光感反馈跟踪则是利用光敏元件在不同光照条件下电阻不同的原理对光线入射角度进行调整，由于光感需要光强达到一定程度才有效因此使用时受到天气条件的影响较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供基于GPS和光感元件的观光系统，以解决上述
技术介绍
中提出上述光感反馈跟踪则是利用光敏元件在不同光照条件下电阻不同的原理对光线入射角度进行调整，由于光感需要光强达到一定程度才有效因此使用时受到天气条件的影响较大的问题。
[0005]本专利技术的技术方案是：包括有供电模块、控制元件、传感器元件、跟踪器模块、GPS数据通信模块、A/D转换模块、电动传动模块、单片机、聚光系统、计算机、视日运动轨迹跟踪模块、光电传感器跟踪模块以及通讯模块；
[0006]所述传感器元件通过导线与控制元件连接，控制元件连接至电机传动模块，控制元件通过GPS数据通信模块至计算机，电机传动模块与聚光系统连接，单片机向电机传动模块发出控制指令，驱使电机传动模块的转动，达到改变聚光装置偏向角度的目的，最终实现太阳的自动跟踪；
[0007]所述GPS数据通信模块采用了GPS的OEM模块，GPS模块主要有信号通道、数字信号处理器、GPS天线、变频器、存储器、串行通信接口、电源等部分，GPS上电后经过初始化，自动搜索视界内的卫星，接收GPS卫星发来的导航电文信号，经过一系列处理，测出信号从卫星到接收机之间的时间，计算出接收机所处的精度、纬度、日期、时间、海拔、速度等信息，接收机工作期间能不断地接收来自4颗以上的GPS卫星导航信息，再以串口通讯的方式输出给实
验样机进行后续信息处理；
[0008]所述视日运动轨迹跟踪模块，按照跟踪轴数可以分为单轴跟踪和双轴跟踪，双轴跟踪又根据坐标系的不同分为极轴跟踪和高度角方位角跟踪。
[0009]所述光电传感器跟踪模块包括前端结构设计和后端信号处理部分，结构部分由一根端面做匀光处理的中心光纤，类似照度计的探测端，其接受到的太阳光为环境的均匀光强围绕中心光纤放置了4根光纤，光纤端面与中心轴成一定角度a，两两相对放置，分别用于测量高度角、方位角的偏差；
[0010]进一步的，所述双轴跟踪能在二维方向上都进行跟踪，就能使接收面始终垂直对准太阳，获得最多的太阳能，形成全追踪模式即双轴跟踪，视日运动轨迹跟踪模块具有承重能力的高度角、方位角地平坐标的双轴跟踪模式。
[0011]进一步的，所述光电传感器跟踪模块，每根光纤的末端耦合一块光电池，太阳光的余弦分量通过光纤传导到光电池上，并且转化为电信号。当阳光倾斜入射时，根据余弦效应，一对光纤所对应的光电池会有不同的输出，一根光纤接收的能量在减少，而相对的另一根光纤接收的能量增加，因此它们的差值更为明显，所以，此结构设计对阳光的倾斜变化有较高的敏感度。
[0012]进一步的，在天气晴朗时，系统主要采用光电跟踪，当太阳倾斜入射时，光电传感器跟踪模块的两对光纤对应的差值与太阳入射角的呈余弦关系，来判断太阳的方位以及电动传动模块需要运行的方向。
[0013]进一步的，所述的供电模块，其结构包括空气开关，插线板，24V、100W供电电源；其中24V、100W供电电源为传感器、控制元件和驱动电机供电，插线板设置有扩展供电连接口，空气开关用于检修时关闭电源。
[0014]进一步的，所述的控制元件核心为STM32F103ZET6控制器，用于处理各传感器信号，并根据设计算法输出控制信号驱动无刷直流电机，实现跟踪系统的机械传动。
[0015]进一步的，所述传感器元件包括有GPS传感器、风速传感器、温度传感器、关照传感器、湿度传感器、角度位移传感器分别连接A/D转换模块，A/D转换模块调理电路连接至STM32F103ZET6控制器。
[0016]进一步的，所述的风速传感器用于检测实时风速，反馈信号至STM32F103ZET6控制器，从而判断风速的大小。
[0017]进一步的，GPS数据通信模块与通讯模块连接，当传感器元件感受到光线流，风速天气变化，输出信号给到控制元件，控制元件调整GPS数据通信模块工作逻辑上报定位和感光信息至通讯模块。
[0018]本专利技术通过改进在此提供基于GPS和光感元件的观光系统，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
[0019]本专利技术具有高精度，探测范围大，高集成度，由于利用GPS获得精确的时间及地理位置数据，可准确地计算出太阳方位并进行跟踪，跟踪误差保持在0.5度以下，同时采用光感反馈信号在光照条件较好的情况下可进一步提高跟踪精度，能够适应户外尤其是西部地区的恶劣条件，具有良好的实用性，通过采用视日运动轨迹跟踪模块以及光电传感器跟踪模块，实时切换减少能耗，提高精确度。
附图说明
[0020]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步解释:
[0021]图1为基于GPS和光感元件的观光系统系统示意图；
具体实施方式
[0022]下面将结合附图对本专利技术进行详细说明，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]本专利技术通过改进在此提供基于GPS和光感元件的观光系统，如所示，包括有供电模块、控制元件、传感器元件、跟踪器模块、GPS数据通信模块、A/D转换模块、电动传动模块、单片机、聚光系统、计算机、视日运动轨迹跟踪模块、光电传感器跟踪模块以及通讯模块；
[0024]传感器元件通过导线与控制元件连接，控制元件连接至电机传动模块，控制元件通过GPS数据通信模块至计算机，电机传动模块与聚光系统连接，单片机向电机传动模块发出控制指令，驱使电机传动模块的转动，达到改变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于GPS和光感元件的观光系统，其特征在于：包括有供电模块、控制元件、传感器元件、跟踪器模块、GPS数据通信模块、A/D转换模块、电动传动模块、单片机、聚光系统、计算机、视日运动轨迹跟踪模块、光电传感器跟踪模块以及通讯模块；所述传感器元件通过导线与控制元件连接，控制元件连接至电机传动模块，控制元件通过GPS数据通信模块至计算机，电机传动模块与聚光系统连接，单片机向电机传动模块发出控制指令，驱使电机传动模块的转动，达到改变聚光装置偏向角度的目的，最终实现太阳的自动跟踪；所述GPS数据通信模块采用了GPS的OEM模块，GPS模块主要有信号通道、数字信号处理器、GPS天线、变频器、存储器、串行通信接口、电源等部分，GPS上电后经过初始化，自动搜索视界内的卫星，接收GPS卫星发来的导航电文信号，经过一系列处理，测出信号从卫星到接收机之间的时间，计算出接收机所处的精度、纬度、日期、时间、海拔、速度等信息，接收机工作期间能不断地接收来自4颗以上的GPS卫星导航信息，再以串口通讯的方式输出给实验样机进行后续信息处理；所述视日运动轨迹跟踪模块，按照跟踪轴数可以分为单轴跟踪和双轴跟踪，双轴跟踪又根据坐标系的不同分为极轴跟踪和高度角方位角跟踪。所述光电传感器跟踪模块包括前端结构设计和后端信号处理部分，结构部分由一根端面做匀光处理的中心光纤，类似照度计的探测端，其接受到的太阳光为环境的均匀光强围绕中心光纤放置了4根光纤，光纤端面与中心轴成一定角度a，两两相对放置，分别用于测量高度角、方位角的偏差。2.根据权利要求1所述的基于GPS和光感元件的观光系统，其特征在于：所述双轴跟踪能在二维方向上都进行跟踪，就能使接收面始终垂直对准太阳，获得最多的太阳能，形成全追踪模式即双轴跟踪，视日运动轨迹跟踪模块具有承重能力的高度角、方位角地平坐标的双轴跟踪模式。3.根据权利要求1所述的基于GPS和光感元件的观光系统，其特征在于：所述光电传感器跟踪模块，每根光纤的末...

【专利技术属性】
技术研发人员：董广明，
申请(专利权)人：深圳聚瑞云控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：