專利名稱：太陽能電池板自動控制轉向裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種自動控制轉向裝置，具體涉及太陽能電池板自動控制轉向裝置。
背景技術：
目前，傳統的太陽能電池板大都采用固定式安裝，一年四季太陽光的照射角度隨著時間不斷變化，固定式安裝的太陽能電池板無法保證太陽光能夠長時間垂直照射到電池板，發電系統與太陽光線角度存在25。偏差,就會因垂直入射的輻射能減少而使光伏陣列的輸出功率下降10%左右，嚴重影響光電轉換效率。一般固定式安裝的太陽能電池板轉換效率只有大約10%左右，存在能源利用效率較低的問題。

實用新型內容本實用新型為了解決傳統的太陽能電池板存在光電轉換效率底和能源利用效率較低的問題，從而提出了太陽能電池板自動控制轉向裝置。太陽能電池板自動控制轉向裝置包括太陽能電池板、太陽能自動跟蹤器、驅動器、步進電機和驅動機構，所述的太陽能自動跟蹤器固定在太陽能電池板表面的中心位置，太陽能自動跟蹤器的控制信號輸出端連接驅動器的控制信號輸入端，驅動器的驅動信號輸出端與步進電機的驅動信號輸入端連接，步進電機的動力輸出端連接驅動機構的動力輸入端，所述動機驅動機構用于帶動太陽能電池板做二維轉動，太陽能自動跟蹤器包括:圓筒、第一光敏二極管、第二光敏二極管、第三光敏二極管、第四光敏二極管、第五光敏二極管、第六光敏二極管、第一反相放大器、第二反相放大器、第三反相放大器、第四反相放大器、第五反相放大器、第六反相放大器、第一差分放大電路、第二差分放大電路、第三差分放大電路、A/D轉換器、單片機、第七光敏二極管和第七反相放大器，圓筒A固定在太陽能電池板表面的中心位置，第一光敏二極管、第二光敏二極管、第三光敏二極管、第四光敏二極管、第五光敏二極管、第六光敏二極管和第七光敏二極管均固定在太陽能電池板表面，其中，第三光敏二極管、第四光敏二極管、第五光敏二極管和第六光敏二極管固定在圓筒內部，第一光敏二極管、第二光敏二極管和第七光敏二極管固定在圓筒外部，第一光敏二極管、第五光敏二極管、第六光敏二極管和第二光敏二極管位于第一直線上，并且該第一直線穿過圓筒的圓心，第三光敏二極管、第四光敏二極管和第一反相放大器位于第二直線上，并且該第二直線穿過圓筒的圓心，所述第一直線和第二直線相互垂直；所述的第一差分放大電路、第二差分放大電路和第三差分放大電路均有兩個電壓信號輸入端和一個電壓信號輸出端，[0011]A/D轉換器共有三個模擬電壓信號輸入端和一個數字信號輸出端，第一光敏二極管的電流信號輸出端與第一反相放大器的電流信號輸入端連接，第二光敏二極管的電流信號輸出端與第二反相放大器的電流信號輸入端連接，第一反相放大器的電壓信號輸出端與第一差分放大電路的第一電壓信號輸入端連接，第二反相放大器的電壓信號輸出端與第一差分放大電路的第二電壓信號輸入端連接，第一差分放大電路的電壓信號輸出端與A/D轉換器的第一模擬電壓信號輸入端連接，第三光敏二極管的電流信號輸出端與第三反相放大器的電流信號輸入端連接，第四光敏二極管的電流信號輸出端與第四反相放大器的電流信號輸入端連接，第三反相放大器的電壓信號輸出端與第二差分放大電路的第一電壓信號輸入端連接，第四反相放大器的電壓信號輸出端與第二差分放大電路的第二電壓信號輸入端連接，第二差分放大電路的電壓信號輸出端與A/D轉換器的第二模擬電壓信號輸入端連接，第五光敏二極管的電流信號輸出端與第五反相放大器的電流信號輸入端連接，第六光敏二極管的電流信號輸出端與第六反相放大器的電流信號輸入端連接，第五反相放大器的電壓信號輸出端與第三差分放大電路的第一電壓信號輸入端連接，第六反相放大器的電壓信號輸出端與第三差分放大電路的第二電壓信號輸入端連接，第三差分放大電路的電壓信號輸出端與A/D轉換器的第三模擬電壓信號輸入端連接，A/D轉換器的數字信號輸出端與單片機的采樣數據輸入端連接，第七光敏二極管的電流信號輸出端與第七反相放大器的電流信號輸入端連接，第七反相放大器的電壓信號輸出端與單片機的光強信號輸入端連接。本實用新型實現了太陽能電池板可以自動跟蹤太陽光，能夠跟蹤南北方向的高度角變化；能夠跟蹤大范圍的東西方向方位角變化；保證了保證太陽能實時垂直照射到太陽能電池板，太陽能自動跟蹤器，能根據天氣變化引起太陽光照射強度變化自動選擇太陽能跟蹤方式。達到了調高光電轉換效率和能源利用效率的目的。

圖1為太陽能電池板自動控制轉向裝置的電氣連接關系示意圖；圖2為太陽能自動跟蹤器的電氣原理示意圖；圖3為太陽能自動跟蹤器的俯視圖；圖4為圖3的B-B剖視圖；圖5為具體實施方式
一中太陽光的光線照射在太陽能自動跟蹤器的結構示意圖，圖中箭頭方向表示光線的入射方向。
具體實施方式
具體實施方式
一、結合圖1至圖4具體說明本實施方式，本實施方式所述的太陽能電池板自動控制轉向裝置包括太陽能電池板、太陽能自動跟蹤器、驅動器、步進電機和驅動機構，所述的太陽能自動跟蹤器固定在太陽能電池板表面的中心位置，太陽能自動跟蹤器的控制信號輸出端連接驅動器的控制信號輸入端，驅動器的驅動信號輸出端與步進電機的驅動信號輸入端連接，步進電機的動力輸出端連接驅動機構的動力輸入端，所述動機驅動機構用于帶動太陽能電池板做二維轉動，太陽能自動跟蹤器包括:圓筒A、第一光敏二極管1、第二光敏二極管2、第三光敏二極管3、第四光敏二極管4、第五光敏二極管5、第六光敏二極管6、第一反相放大器7、第二反相放大器8、第三反相放大器9、第四反相放大器10、第五反相放大器11、第六反相放大器12、第一差分放大電路13、第二差分放大電路14、第三差分放大電路15、A/D轉換器16、單片機17、第七光敏二極管18和第七反相放大器19，圓筒A固定在太陽能電池板表面的中心位置，第一光敏二極管1、第二光敏二極管
2、第三光敏二極管3、第四光敏二極管4、第五光敏二極管5、第六光敏二極管6和第七光敏二極管18均固定在太陽能電池板表面，其中，第三光敏二極管3、第四光敏二極管4、第五光敏二極管5和第六光敏二極管6固定在圓筒A內部，第一光敏二極管1、第二光敏二極管2和第七光敏二極管18固定在圓筒A外部，第一光敏二極管1、第五光敏二極管5、第六光敏二極管6和第二光敏二極管2位于第一直線C上，并且該第一直線C穿過圓筒A的圓心，第三光敏二極管3、第四光敏二極管4和第一反相放大器7位于第二直線D上，并且該第二直線D穿過圓筒A的圓心，所述第一直線C和第二直線D相互垂直；所述的第一差分放大電路13、第二差分放大電路14和第三差分放大電路15均有兩個電壓信號輸入端和一個電壓信號輸出端，A/D轉換器16共有三個模擬電壓信號輸入端和一個數字信號輸出端，第一光敏二極管I的電流信號輸出端與第一反相放大器7的電流信號輸入端連接，第二光敏二極管2的電流信號輸出端與第二反相放大器8的電流信號輸入端連接，第一反相放大器7的電壓信號輸出端與第一差分放大電路13的第一電壓信號輸入端連接，第二反相放大器8的電壓信號輸出端與第一差分放大電路13的第二電壓信號輸入端連接，第一差分放大電路13的電壓信號輸出端與A/D轉換器16的第一模擬電壓信號輸入端連接，第三光敏二極管3的電流信號輸出端與第三反相放大器9的電流信號輸入端連接，[0050]第四光敏二極管4的電流信號輸出端與第四反相放大器10的電流信號輸入端連接，第三反相放大器9的電壓信號輸出端與第二差分放大電路14的第一電壓信號輸入端連接，第四反相放大器10的電壓信號輸出端與第二差分放大電路14的第二電壓信號輸入端連接，第二差分放大電路14的電壓信號輸出端與A/D轉換器16的第二模擬電壓信號輸入端連接，第五光敏二極管5的電流信號輸出端與第五反相放大器11的電流信號輸入端連接，第六光敏二極管6的電流信號輸出端與第六反相放大器12的電流信號輸入端連接，第五反相放大器11的電壓信號輸出端與第三差分放大電路15的第一電壓信號輸入端連接，第六反相放大器12的電壓信號輸出端與第三差分放大電路15的第二電壓信號輸入端連接，第三差分放大電路15的電壓信號輸出端與A/D轉換器16的第三模擬電壓信號輸入端連接，A/D轉換器16的數字信號輸出端與單片機17的采樣數據輸入端連接，第七光敏二極管18的電流信號輸出端與第七反相放大器19的電流信號輸入端連接，第七反相放大器19的電壓信號輸出端與單片機17的光強信號輸入端連接。本實施方式中的太陽能自動跟蹤器用于檢測太陽光的照射方向，并根據檢測到的太陽光的照射方向發送控制信號給驅動器，該驅動器發送控制信號給步進電機，步進電機通過傳動機構調整太陽能電池板的姿態，使的太陽光能夠垂直照射太陽能電池板。本實施方式所述的太陽能自動跟蹤器實現的功能有光敏二極管采集的模擬量信號，單片機對電壓差動信號的處理比較，以及單片機控制步進電機朝太陽的位置轉動。太陽能自動跟蹤器，跟蹤范圍廣，結構簡單，便于推廣，光敏二極管靈敏度高、體積小、耐振動、方便使用，所以選用光敏二極管作為太陽光跟蹤系統的光電轉換元件，安裝于太陽能自動跟蹤器的表面。光敏二極管對較強的光和紅外線比較敏感，所以在太陽定位器上傳感器的外側安裝了紅色濾光玻璃，減少環境光的影響。如圖3和圖4所示七個相同的光敏二極管安裝在一個能夠屏蔽環境干擾的圓筒的內部和外部。在圓筒內部沿筒直徑方向將第五光敏二極管5和第六光敏二極管6對稱固定于太陽能電池板表面。在圓筒內部沿垂直于第五光敏二極管5和第六光敏二極管6所在直線方向將第三光敏二極管3和第四光敏二極管4對稱安裝于太陽能電池板表面。在圓筒外部沿第五光敏二極管5和第六光敏二極管6所在的直線方向將第一光敏二極管I和第二光敏二極管2對稱固定于太陽能電池板表面。在圓筒外部沿第三光敏二極管3和第四光敏二極管4所在的直線方向將第七光敏二極管18固定于太陽能電池板表面。方位角指的是太陽光線在地平面上的投影和當地子午線的夾角；高度角指的是太陽直射到當地的光線和當地水平面的夾角。第五光敏二極管5和第六光敏二極管6用于粗檢測太陽的方位角，快速找到太陽的位置；第三光敏二極管3和第四光敏二極管4用于檢測太陽的高度角；第五光敏二極管5和第六光敏二極管6用于精檢測跟蹤太陽的方位角，精確跟蹤太陽的位置；第七光敏二極管18起到實時檢測太陽光強的作用。光強信號大于所設閾值時，啟用自動跟蹤系統。在本實施方式中太陽能自動跟蹤器主要跟蹤的是方向角的變化。假設太陽光線垂直照射到定位器上面時，那么各光敏二極管接受的光伏量相同，那么通過差分放大電路輸出電壓差值應為零。當太陽光與太陽光電池板角度過大時由于圓筒筒壁的格擋，第五光敏二極管5和第六光敏二極管6接收不到太陽光輻射，而Λ ul、2古O差值Λ ul、2經過放大電路放大信號送到單片機控制器中，單片機17根據差值控制步進電機快速轉換方向跟蹤太陽方位角。當第五光敏二極管5和第六光敏二極管6接收到太陽光時，開始精確跟蹤。當太陽光與定位器基本垂直時，由于第一光敏二極管I和第二光敏二極管2所受的光福射量相同，因此輸出電壓差值Au1、2=0。檢測不到太陽的方位角變化。緣于圓筒的遮蔽，太陽光斜著照射使第五光敏二極管5和第六光敏二極管6接收的光輻射量不同，Λ u5.6古O。差值Λ u5.6經過放大電路放大信號發送到單片機控制器中，控制器根據差值控制步進電機轉換方向垂直于太陽光線。垂直時Λ u5.6=0控制器控制步進電機停止轉動。達到跟蹤太陽的目的。光線照射見圖5。本實施方式可以提高發電效率達20%，運行穩定，并能實現對蓄電池的過充保護、過放保護、自動充電等功能，蓄電池得到了良好的保護，使用壽命得到延長，應用效果明顯比固定式安裝的太陽能電池板更經濟實用。
具體實施方式
二、本實施方式與具體實施方式
一所述的太陽能電池板自動控制轉向裝置的區別在于，單片機17的型號為STC12C5410AD。本實用新型采用的宏晶科技公司推出的STC12C5410AD型號單片機。此單片機的指令代碼和傳統51完全兼容。與傳統的89c51單片機不同的是它結合了 A/D數模轉換器的功能。I個時鐘/周期，除此之外STC12C5410AD還有以下特點:I)加密性強，無法解密。2)超強抗干擾:1.高抗靜電。2.輕松過4KV快速脈沖干擾。3.寬電壓，不怕電源抖動。4.寬溫度范圍，_40°C 85°C。5.1/O 口經過特殊處理。6.單片機內部的電源供電系統經過特殊的處理。7.單片機內部的時鐘電路經過特殊的處理。8.單片機內部的復位電路經過特殊的處理。9.單片機內部的看門狗經過特殊的處理。3)超低功耗:1、掉電模式:典型功耗< 0.1 μ Α2、空閑模式:典型功耗< 1.3mA3、正常工作模式:典型功耗2.7mA - 7mA4、掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于電池供電系統，如水表、氣表、便攜設備等。4)在系統可編程，無需編輯器，無需仿真器，可遠程升級等。
具體實施方式
三、結合圖2具體說民本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一所述的太陽能電池板自動控制轉向裝置的區別在于，它還包括時鐘芯片20，所述的時鐘芯片20的時鐘信號輸出端與單片機17的時鐘信號輸入連接。
具體實施方式
四、本實施方式與具體實施方式
三所述的太陽能電池板自動控制轉向裝置的區別在于，時鐘芯片20的型號為DS1302。[0076]在本實施方式中由于本實用新型結合了光電式跟蹤與時鐘式跟蹤，跟蹤裝置只在8點到18點內跟蹤太陽。因此需要時鐘電路的采用，需要要提供時間信息以控制裝置判斷跟蹤的時間段。選用美國DALLAS公司生產的DS1302時鐘芯片。這款芯片性能高，功耗低，并且擁有閏年自動修正的功能。DS1302時鐘芯片采用串行時鐘線SCLK、數據線I/O、復位線RST三根控制線與CPU進行同步通信。芯片提供了年、月、星期、日、時、分、秒并且在小于31天的月份自動調整，閏年自動調整，節省了人工調制的缺陷。同時該芯片支持雙電源供電，斷電時能保證時鐘運行正常。有寫保護，抗干擾能力好的優點。
具體實施方式
五、結合圖2具體說民本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一或三所述的太陽能電池板自動控制轉向裝置的區別在于，它還包括復位電路21，所述的復位電路21的脈沖信號輸出端與單片機17的脈沖信號輸入端連接。在本實施方式中每天早8點跟蹤裝置都要啟動跟蹤，單片機17要重新上電工作，因此復位工作能夠保證控制器各部件有一個良好的初始啟動。因為單片機17沒有復位的功能，所以復位電路21實現了復位功能。
具體實施方式
六、本實施方式與具體實施方式
一所述的太陽能電池板自動控制轉向裝置的區別在于，太陽能電池板的型號為NE-170UCI。
具體實施方式
七、本實施方式與具體實施方式
一所述的太陽能電池板自動控制轉向裝置的區別在于，步進電機的型號為34H280-03A。本實用新型的有益效果在于以單片機17作為主控制器，以光電式跟蹤為主時序式跟蹤為輔，兩種跟蹤方式相互配合，克服了天氣對自動跟蹤系統的影響，節約了能源，削減了成本，精度高，使用靈活提高了太陽能的利用效率。
具體實施方式
八、本實施方式與具體實施方式
一所述的太陽能電池板自動控制轉向裝置的區別在于，圓筒A的高度為140mm,內徑為36mm,外徑為44mm。本實施方式中第一光敏二極管1、第二光敏二極管2、第三光敏二極管3、第四光敏二極管4、第五光敏二極管5、第六光敏二極管6和第七光敏二極管18的高度均為8_，圓筒內光敏二極管中心到圓筒內邊緣的距離為3mm，圓筒外光敏二極管中心到圓筒外邊緣的距離為9mm。
權利要求1.太陽能電池板自動控制轉向裝置，其特征在于:它包括太陽能電池板、太陽能自動跟蹤器、驅動器、步進電機和驅動機構， 所述的太陽能自動跟蹤器固定在太陽能電池板表面的中心位置，太陽能自動跟蹤器的控制信號輸出端連接驅動器的控制信號輸入端， 驅動器的驅動信號輸出端與步進電機的驅動信號輸入端連接， 步進電機的動力輸出端連接驅動機構的動力輸入端，所述動機驅動機構用于帶動太陽能電池板做二維轉動， 太陽能自動跟蹤器包括:圓筒(A)、第一光敏二極管(I)、第二光敏二極管(2)、第三光敏二極管(3)、第四光敏二極管(4)、第五光敏二極管(5)、第六光敏二極管(6)、第一反相放大器(7)、第二反相放大器(8)、第三反相放大器(9)、第四反相放大器(10)、第五反相放大器(11)、第六反相放大器(12)、第一差分放大電路(13)、第二差分放大電路(14)、第三差分放大電路(15)、A/D轉換器(16)、單片機(17)、第七光敏二極管(18)和第七反相放大器(19)， 圓筒(A)固定在太陽能電池板表面的中心位置，第一光敏二極管(I)、第二光敏二極管(2)、第三光敏二極管(3)、第四光敏二極管(4)、第五光敏二極管(5)、第六光敏二極管(6)和第七光敏二極管(18)均固定在太陽能電池板表面，其中，第三光敏二極管(3)、第四光敏二極管(4)、第五光敏二極管(5)和第六光敏二極管(6)固定在圓筒(A)內部，第一光敏二極管(I )、第二光敏二極管(2)和第七光敏二極管(18)固定在圓筒(A)外部，第一光敏二極管(I )、第五光敏二極管(5)、第六光敏二極管(6)和第二光敏二極管(2)位于第一直線(C)上，并且該第一直線(C)穿過圓筒(A)的圓心，第三光敏二極管(3)、第四光敏二極管(4)和第一反相放大器(7)位于第二直線(D)上，并且該第二直線(D)穿過圓筒(A)的圓心，所述第一直線(C)和第二直線(D)相互垂直； 所述的第一差分放大電路(13)、第二差分放大電路(14)和第三差分放大電路(15)均有兩個電壓信號輸入端和一個電壓信號輸出端， A/D轉換器(16)共有三個模擬電壓信號輸入端和一個數字信號輸出端， 第一光敏二極管(I)的電流信號輸出端與第一反相放大器(7)的電流信號輸入端連接， 第二光敏二極管(2)的電流信號輸出端與第二反相放大器(8)的電流信號輸入端連接， 第一反相放大器(7)的電壓信號輸出端與第一差分放大電路(13)的第一電壓信號輸入端連接， 第二反相放大器(8)的電壓信號輸出端與第一差分放大電路(13)的第二電壓信號輸入端連接， 第一差分放大電路(13)的電壓信號輸出端與A/D轉換器(16)的第一模擬電壓信號輸入端連接， 第三光敏二極管(3)的電流信號輸出端與第三反相放大器(9)的電流信號輸入端連接， 第四光敏二極管(4)的電流信號輸出端與第四反相放大器(10)的電流信號輸入端連接，第三反相放大器(9)的電壓信號輸出端與第二差分放大電路(14)的第一電壓信號輸入端連接， 第四反相放大器(10)的電壓信號輸出端與第二差分放大電路(14)的第二電壓信號輸入端連接， 第二差分放大電路(14)的電壓信號輸出端與A/D轉換器(16)的第二模擬電壓信號輸入端連接， 第五光敏二極管(5)的電流信號輸出端與第五反相放大器(11)的電流信號輸入端連接， 第六光敏二極管(6)的電流信號輸出端與第六反相放大器(12)的電流信號輸入端連接， 第五反相放大器(11)的電壓信號輸出端與第三差分放大電路(15)的第一電壓信號輸入端連接， 第六反相放大器(12)的電壓信號輸出端與第三差分放大電路(15)的第二電壓信號輸入端連接， 第三差分放大電路(15)的電壓信號輸出端與A/D轉換器(16)的第三模擬電壓信號輸入端連接， A/D轉換器(16)的數字信號輸出端與單片機(17)的采樣數據輸入端連接， 第七光敏二極管(18)的電流信號輸出端與第七反相放大器(19)的電流信號輸入端連接， 第七反相放大器(19)的電壓信號輸出端與單片機(17)的光強信號輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的太陽能電池板自動控制轉向裝置，其特征在于:單片機(17)的型號為 STC12C5410AD。
3.根據權利要求1所述的太陽能電池板自動控制轉向裝置，其特征在于:它還包括時鐘芯片(20)，所述的時鐘芯片(20)的時鐘信號輸出端與單片機(17)的時鐘信號輸入連接。
4.根據權利要求3所述的太陽能電池板自動控制轉向裝置，其特征在于:時鐘芯片(20)的型號為DS1302。
5.根據權利要求1或3所述的太陽能電池板自動控制轉向裝置，其特征在于:它還包括復位電路(21)，所述的復位電路(21)的脈沖信號輸出端與單片機(17)的脈沖信號輸入端連接。
6.根據權利要求1所述的太陽能電池板自動控制轉向裝置，其特征在于:太陽能電池板的型號為NE-170UCI。
7.根據權利要求1所述的太陽能電池板自動控制轉向裝置，其特征在于:步進電機的型號為 34H280-03A。
8.根據權利要求1所述的太陽能電池板自動控制轉向裝置，其特征在于:圓筒(A)的高度為140mm,內徑為36mm,夕卜徑為44mm。
專利摘要太陽能電池板自動控制轉向裝置，本實用新型涉及太陽能電池板自動控制轉向裝置。它為了解決傳統的太陽能電池板存在光電轉換效率底和能源利用效率較低的問題。本實用新型的太陽能自動跟蹤器固定在太陽能電池板表面的中心位置，太陽能自動跟蹤器的控制信號輸出端連接驅動器的控制信號輸入端，驅動器的驅動信號輸出端與步進電機的驅動信號輸入端連接，步進電機的動力輸出端連接驅動機構的動力輸入端，所述動機驅動機構用于帶動太陽能電池板做二維轉動。本實用新型適用于太陽能電池板領域。
文檔編號G05D3/12GK203054617SQ2013200716
公開日2013年7月10日 申請日期2013年2月7日 優先權日2013年2月7日
發明者李珺, 宋文龍 申請人:東北林業大學