基于gps和光感元件的單軸太陽自動跟蹤控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光伏跟蹤控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于GPS和光感元件的單軸太陽自動跟蹤控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]國內(nèi)外現(xiàn)有的太陽自動跟蹤裝置可以分為機械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)兩大類。機械系統(tǒng)包括壓差式跟蹤器和控放式跟蹤器，壓差式利用密閉容器兩側(cè)受光面不同導致內(nèi)容液體溫度不均從而產(chǎn)生壓差對裝置朝向進行調(diào)整，控放式則利用偏重力帶動跟蹤器緩慢勻速轉(zhuǎn)動，這些機械跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單，但是跟蹤精度很低，且存在較大積累誤差。電控系統(tǒng)包括勻速跟蹤方式、角度計算跟蹤方式和光感反饋跟蹤方式，勻速跟蹤方式利用時鐘芯片獲取時間信息，到了一定時間后驅(qū)動電機勻速轉(zhuǎn)動，這種方式跟蹤精度也不高，且時鐘芯片存在累積誤差，需要頻繁校正，角度計算跟蹤方式多應用于光伏電池板雙軸跟蹤器，計算出太陽的高度角和方位角之后分別在兩個方位上對太陽進行追蹤，雙軸跟蹤器構(gòu)造比較復雜，且需要兩臺電機驅(qū)動，也不適用于槽式結(jié)構(gòu)的較大型聚光系統(tǒng)，光感反饋跟蹤則是利用光敏元件在不同光照條件下電阻不同的原理對光線入射角度進行調(diào)整，由于光感需要光強達到一定程度才有效因此使用時受到天氣條件的影響較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種基于GPS和光感元件的單軸太陽自動跟蹤控制系統(tǒng)；通過新開發(fā)的單軸太陽混合自動跟蹤算法，以單片機為控制單元實現(xiàn)了單軸槽式聚光系統(tǒng)的太陽自動跟蹤，無需人工再進行調(diào)整校正，且適用于單軸槽式聚光系統(tǒng)；且利用GPS獲得精確的時間及地理位置數(shù)據(jù)，可準確地計算出太陽方位并進行跟蹤，跟蹤角度誤差保持在0.5度以下；同時采用光感反饋信號在光照條件較好的情況下可進一步提高跟蹤精度，且具有大風保護功能，避免鏡面受到破壞，能夠適應戶外尤其是西部地區(qū)的惡劣條件，具有良好的實用性，提高光電轉(zhuǎn)化效率。
[0004]本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
基于GPS和光感元件的單軸太陽自動跟蹤控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)包括:供電模塊、控制元件、傳感器元件和電機傳動模塊，其中傳感器元件通過導線與控制元件的1引腳連接，控制元件通過CAN總線連接至電機傳動模塊，控制元件通過USB通信傳遞信號至計算機，電機傳動模塊與聚光系統(tǒng)連接，單片機通過CAN總線向電機傳動模塊發(fā)出控制指令，驅(qū)使電機傳動模塊的轉(zhuǎn)動，達到改變聚光裝置偏向角度的目的，最終實現(xiàn)太陽的自動跟蹤。
[0005]優(yōu)選的，所述的供電模塊，其結(jié)構(gòu)包括空氣開關，插線板，24V、100W供電電源；其中24V、100W供電電源為傳感器、控制元件和驅(qū)動電機供電，插線板設置有擴展供電連接口，空氣開關用于檢修時關閉電源。
[0006]優(yōu)選的，所述的控制元件核心為STM32F103ZET6控制器，用于處理各傳感器信號，并根據(jù)設計算法輸出控制信號驅(qū)動無刷直流電機，實現(xiàn)跟蹤系統(tǒng)的機械傳動。
[0007]優(yōu)選的，所述的傳感器元件，其結(jié)構(gòu)包括GPS-MN3801A模塊、光照傳感器及光敏二極管、溫度傳感器、風速傳感器、角度位移傳感器；其中GPS-MN3801A模塊連接至STM32F103ZET6控制器，光照傳感器及光敏二極管、溫度傳感器、風速傳感器、角度位移傳感器分別連接至AD采樣信號調(diào)理電路，AD采樣信號調(diào)理電路連接至STM32F103ZET6控制器。
[0008]進一步的，所述的GPS-MN3801A模塊用于接收GPS衛(wèi)星信號，獲得算法所需精確時間及地理位置信息。
[0009]進一步的，所述的光照傳感器及光敏二極管用于檢測光線偏差角度，反饋信號給控制器進行微調(diào)。
[0010]進一步的，所述的風速傳感器用于檢測實時風速，反饋信號至STM32F103ZET6控制器，從而判斷風速的大小。
[0011]優(yōu)選的，所述的電機傳動模塊，其由伺服電機驅(qū)動器，伺服電機，齒輪箱、回轉(zhuǎn)器，太陽聚光板機械傳動軸構(gòu)成，其中太陽聚光板機械傳動軸連接至角度位移傳感器，齒輪箱、回轉(zhuǎn)器連接至太陽聚光板機械轉(zhuǎn)動軸，且回轉(zhuǎn)器連接至伺服電機，伺服電機通過CAN總線連接至單片機。
[0012]進一步的，所述的回轉(zhuǎn)器，其設置有內(nèi)回轉(zhuǎn)裝置和外回轉(zhuǎn)裝置，外回轉(zhuǎn)裝置套接于太陽聚光板機械轉(zhuǎn)動軸上，內(nèi)回轉(zhuǎn)裝置與伺服電機連接。
[0013]本發(fā)明基于GPS和光感元件的單軸太陽自動跟蹤控制系統(tǒng)，其工作流程為:打開空氣開關通電后，控制元件開始工作，GPS-MN3801A模塊輸出所在地區(qū)的經(jīng)度、瑋度和時間日期信息信號至STM32F103ZET6控制器，STM32F103ZET6控制器經(jīng)過算法處理之后確定太陽方位及跟蹤角度，并從光照傳感器及光敏二極管處獲得光偏差信號，再對跟蹤角度進行微調(diào)，進而判斷所需跟蹤動作，經(jīng)過計算之后輸出控制信號至電機傳動模塊，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，電機轉(zhuǎn)動時帶動回轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)動，從而帶動太陽聚光板機械傳動軸一起旋轉(zhuǎn)，達到聚光系統(tǒng)的偏向角度的變化，完成跟蹤動作；當轉(zhuǎn)動至偏向角的東西極限位置處時停止跟蹤；在此過程中風速傳感器不斷采集實時風速并反饋給控制器，如果風速大于設定閾值時，STM32F103ZET6控制器發(fā)出保護動作控制信號，驅(qū)使電機轉(zhuǎn)動將整個系統(tǒng)帶動至安全位置。
[0014]由于采用了以上技術(shù)，本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)或產(chǎn)品相比，具有的有益效果如下:
O由于采用了 GPS元件和光照傳感器元件、單軸太陽混合自動跟蹤算法，以單片機為控制單元實現(xiàn)了單軸槽式聚光系統(tǒng)的太陽自動跟蹤，全部處理工作由單片機完成，無需人工再進行調(diào)整校正，且適用于單軸槽式聚光系統(tǒng)。
[0015]2)由于利用GPS獲得精確的時間及地理位置數(shù)據(jù)，可準確地計算出太陽方位并進行跟蹤，跟蹤誤差保持在0.5度以下。
[0016]3)同時采用光感反饋信號在光照條件較好的情況下可進一步提高跟蹤精度，因此具有良好的跟蹤準確性，能夠使聚光鏡面時刻對準太陽所在的方位，這對于提高整體聚光系統(tǒng)的發(fā)電效率具有重要意義。
[0017]4)本系統(tǒng)具有大風保護功能，在風力過大的情況下能夠自動應對，避免鏡面受到破壞，能夠適應戶外尤其是西部地區(qū)的惡劣條件，具有良好的實用性。
【附圖說明】
[0018]圖1、為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0019]圖2、為本發(fā)明的控制元件及供電模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖3、為本發(fā)明的太陽聚光板機械傳動軸結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]其中:圖2中:①-空氣開關；②-插線板；③-24V、100W供電電源；④-STM32F103ZET6控制器-GPS-MN3801A模塊-光照傳感器及風速傳感器?’⑦-伺服電機及回轉(zhuǎn)器。
[0022]圖3中:1-太陽聚光板機械傳動軸；2_回轉(zhuǎn)器；3_伺服電機；4_CAN總線。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作流程做進一步說明:
如圖1?2所示，基于GPS和光感元件的單軸太陽自動跟蹤控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)包括:供電模塊、控制元件、傳感器元件和電機傳動模塊，其中傳感器元件通過導線與控制元件的1引腳連接，控制元件通過CAN總線連接至電機傳動模塊，控制元件通過USB通信傳遞信號至計算機，電機傳動模塊與聚光系統(tǒng)連接，單片機通過CAN總線向電機傳動模塊發(fā)出控制指令，驅(qū)使電機傳動模塊的轉(zhuǎn)動，達到改變聚光裝置偏向角度的目的，最終實現(xiàn)太陽的自動跟足示O
[0024]優(yōu)選的，所述的供電模塊，其結(jié)構(gòu)包括空氣開關，插線板，24V、100W供電電源；其中24V、100W供電電源為傳感器、控制元件和驅(qū)動電機供電，插線板設置有擴展供電連接口，空氣開關用于檢修時關閉電源。
[0025]優(yōu)選的，所述的控制元件核心為STM32F103ZET6控制器，用于處理各傳感器信號，并根據(jù)設計算法輸出控制信號驅(qū)動無刷直流電機，實現(xiàn)跟蹤系統(tǒng)的機械傳動。
[0026]優(yōu)選的，所述的傳感器