一种太阳自动追踪系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种太阳自动追踪系统，包括光电式追踪机构和辅助该光电式追踪机构追踪太阳方位的视日运动轨迹算法追踪模块，所述光电式追踪机构包括检测太阳方位的四象限探测器，太阳光通过聚光镜头汇聚于所述四象限探测器，由四象限探测器检测太阳方位并且输出光电流，所述光电流的电流电压经过信号调理模块转换和放大，再经过模数转换模块数字化转换并传输给中央处理器，经过中央处理器的计算得出太阳光斑在四象限探测器上的坐标，再对比视日运动轨迹算法追踪模块所提供的数据从而控制执行机构调整整个系统的姿态追踪太阳方位。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种太阳自动追踪系统，具体涉及一种驱动太阳能电池板实时朝向太阳转动的系统。
技术介绍
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性以及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中成为了首选的可再生能源。由于太阳能照射的能量密度分布小，还受到昼夜、季节、纬度、海拔和天气因素的影响具有不稳定性和不连续性。再者太阳能利用装置效率低和成本高等特点制约着太阳能的利用。太阳自动追踪系统为上述问题提供了解决的技术途径，已广泛运用于全自动太阳 光度计和太阳能发电中。太阳自动追踪系统广泛应用于太阳灶、太阳能光伏发电系统，包括平板或聚光、太阳能聚焦热水器系统、太阳光导入系统、太阳能制氢、太阳能集能器和太阳光度计等需要对太阳进行实时精确跟踪的应用领域。太阳自动追踪系统根据工作原理不同主要分为纯机械式追踪、光电式追踪和视日运动轨迹算法追踪。但是由于纯机械式追踪系统精度低，并不能实现时时刻刻追踪太阳；光电式因为其设计简单、精度高而被广泛运用，却又容易受到天气的影响；视日运动轨迹算法追踪系统因其无需探测器成本低廉深受欢迎，但是因为系统中的经纬度理论值和实际地理情况存在偏差，往往存在不能精确定位的问题。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本技术的目的在于提供一种太阳自动追踪系统，该系统追踪精度高，性能可靠，并且不受天气的制约。为了达到上述目的，本技术一种太阳自动追踪系统，包括光电式追踪机构和辅助该光电式追踪机构追踪太阳方位的视日运动轨迹算法追踪模块，所述光电式追踪机构包括检测太阳方位的四象限探测器，太阳光通过聚光镜头汇聚于所述四象限探测器，由四象限探测器检测太阳方位并且输出光电流，所述光电流的电流电压经过信号调理模块转换和放大，再经过模数转换模块数字化转换并传输给中央处理器，经过中央处理器的计算得出太阳光斑在四象限探测器上的坐标，再对比视日运动轨迹算法追踪模块所提供的数据从而控制执行机构调整整个系统的姿态追踪太阳方位。进一步，所述中央处理器采用MCU。进一步，所述执行机构包括和MCU电连接的电动机驱动模块，该电动机驱动模块驱动有太阳高度角步进电机和太阳方位角步进电机。进一步，所述MCU电连接有时钟芯片，该时钟芯片给MUC提供日期、时间数据供MCU判断待机或启动，该时钟芯片同时为视日运动轨迹算法追踪模块提供日期、时间数据。进一步，所述MCU电连接有作为人机交互接口的显示模块和输入模块。进一步，所述MCU电连接有监控平台，所述监控平台采用PC机。进一步，所述执行机构包括安放太阳能电池板的支架，该支架由太阳高度角步进电机和太阳方位角步进电机驱动做追踪太阳方位的转动。进一步，所述四象限探测器、信号调理模块、模数 转换模块安装在探测板背向太阳光的一面，该探测板的同一面还安装有电源稳压模块。进一步，所述MCU、时钟芯片安装在控制板上，该控制板同时安装有LCD显示屏、电源模块、输入模块所使用按键、地址锁存器、译码器。本技术综合设置光电式追踪机构和视日运动轨迹算法追踪模块，具有以下优点，(I)采用光电跟踪和算法跟踪相结合跟踪精度高；有效日照时间内全程自动跟踪控制；(2)本太阳自动跟踪系统采用低功耗控制芯片功耗低；(3)适用于各种天气，由算法和光电强度自动识别天气状况，智能控制太阳能设备的跟踪模式；(4)抗干扰能力强，由算法消除干扰光源对跟踪系统的影响，如闪电，信号弹等，并且聚光镜头经过氧化处理提高探测器对太阳光源的敏感度；(5) 一天跟S示完成后，自动回到初始设定位直；(6)性能稳定可靠，具有错误识别，可以自动修复错误数据功能；(7)具有串口通信接口，支持485通信功能，可以与计算机等主机组成通信网络；(8)自动监控跟踪器运行状态，具有自行学习能力，达到全程自动可靠控制的要求；(9)输出具有过流保护功能，正常工作驱动电流2A，保护电流为4A，过流0. 3秒钟启动保护功能，并且自锁，排除外部故障后重新断电启动系统并可自动启动跟踪状态；(10)支持多种驱动机构，支持直流有刷电机驱动，支持步进电机驱动，支持交流电机驱动；(11)有手动控制功能，方便太阳跟踪系统调试，维护。附图说明图I为本技术结构视图；图2为本技术作业流程图；图3为本技术执行机构的结构视图。图中1.太阳能电池板支架、2.高度角转轴、3.支架、4.方位角转轴、5.方位角步进电机、6.减速器、7.传动齿轮组、8.高度角步进电机、9.减速器、10.传动齿轮组。具体实施方式为更进一步阐述本技术为达到预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图和较佳实施例，对本技术的结构、特征以及功效详细说明如后。系统结构设计如图I、图2、图3所示为本技术所设计实施例之一，在该实施例中，本设计的太阳自动追踪系统总体结构包括电子电路硬件设计、双轴执行机构设计、算法设计、控制软件和监控软件设计等。电子电路部分包括探测板、控制板和驱动板。双轴执行机构由机械座、机械夹、齿轮组和步进电机组成。算法设计主要包括视日运动轨迹算法和日出日落时间算法。控制软件包括模式判断，步进电机控制，时钟芯片通信程序、模数转换器控制程序和串口通信程序。监控软件设计包括发送命令、接受数据并且显示等。本设计的太阳自动追踪系统总体结构如图I所示，将平行的太阳光通过聚光镜头中的滤光镜片和凸透镜片后相汇于四象限探测器上，再由四象限探测器检测太阳位置从而输出光电流，经过信号调理模块的转换和放大电流电压，再经过模数转换模块传输给MCU,经过计算得出太阳光斑在四象限探测器上的坐标，进而控制执行机构调整整个系统的姿态去追踪太阳方位。本太阳自动追踪系统时刻将系统工作参数、工作模式和工作状态通过串口传送给PC机上的监控界面。信号调理模块主要是对微弱的光电流信号转换为电压信号，然后再放大。模数转换模块主要将放大后的电压信号进行数字化。显示模块主要是在系统初始化阶段，作为系统的人机交互接口，根据系统提示可以设置系统的经度、纬度、日期和时间，并且可以实时显示当前的工作模式和工作状态等信息。输入模块就是输入系统所需 的工作参数。电机驱动模块是接受MCU的控制信号，根据控制信息输出驱动步进电机所需的电流。硬件设计本设计的太阳自动追踪系统硬件部分包括聚光镜头、探测板、控制板和驱动板。聚光镜头上安装了滤光镜片和凸透镜片，目的是将平行太阳光滤除一部分后经凸透镜片相聚于凸透镜片的焦点，即四象限探测器的中心。探测板包括四象限探测器、放大器即信息调理模块、数模转换模块和电源稳压模块。四象限探测器根据四个象限上光强的不同输出光电流，放大器将光电流进行电流到电压转化并且放大，数模转换模块将放大后的模拟电压信号转化为MCU能够计算和处理的数字化信号，电压稳压模块起保护四象限探测器以免光电流过大烧坏。控制板包括MCU、时钟芯片、IXD、独立式按键、地址锁存器、3-8译码器、与门以及非门。控制板接受来自探测板的太阳光位置信息，经过计算后输出控制信息驱动步进电机转动。MCU是整个系统的控制和计算核心。时钟芯片为系统实时提供时间、日期数据。LCD显示系统的工作模式和工作参数，其中工作参数包括当地的经度和纬度，日期和时间。独立式按键是初始化系统时输入工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳自动追踪系统，其特征在于，包括光电式追踪机构和辅助该光电式追踪机构追踪太阳方位的视日运动轨迹算法追踪模块，所述光电式追踪机构包括检测太阳方位的四象限探测器，太阳光通过聚光镜头汇聚于所述四象限探测器，由四象限探测器检测太阳方位并且输出光电流，所述光电流的电流电压经过信号调理模块转换和放大，再经过模数转换模块数字化转换并传输给中央处理器，经过中央处理器的计算得出太阳光斑在四象限探测器上的坐标，再对比视日运动轨迹算法追踪模块所提供的数据从而控制执行机构调整整个系统的姿态追踪太阳方位。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾行发，陈继平，余涛，宁开放，李家国，高海亮，
申请(专利权)人：中国科学院遥感应用研究所，
类型：实用新型
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