太阳能狭缝跟踪装置

摘要

本发明公开了一种太阳能狭缝跟踪装置，包括驱动太阳能电池板转动的步进电机，以及设有若干个光敏器件的光信号采集装置，还包括编码系统和单片机，其中编码系统包括编码器组；以及与编码器组连接的与门器组，与门器组与单片机连接；以及与编码器组连接的编码装置；所述单片机还与步进电机连接，单片机将编码装置输出的编码信号，通过计算得出编码器组中具体输出低电平的编码器；以及通过接收到编码装置和与门器组输出的电信号，计算出受到太阳光照射的光敏二极管的具体编号，以发出使步进电机转动步进角数的命令。本发明能使太阳能电池对太阳进行实时跟踪，以提高太阳能利用效率的太阳能狭缝跟踪装置。

权利要求

1.太阳能狭缝跟踪装置，包括驱动太阳能电池板转动的步进电机，以及设有若干个光敏器件的光信号采集装置，其特征在于：还包括编码系统和单片机，其中编码系统包括编码器组，编码器组中的各个编码器的输入端均连接有一个光敏器件，编码器组中的各编码器把任意时刻受到光照的光敏器件输出的电信号转化为低电平输出；以及与编码器组连接的与门器组，与门器组与单片机连接；以及与编码器组连接的编码装置，编码装置与单片机连接，编码装置将编码器组中的各个编码器输出到该编码装置的电信号进行编码，并将该编码信号发送到单片机；

所述单片机还与步进电机连接，单片机将编码装置输出的编码信号，通过计算得出编码器组中具体输出低电平的编码器；以及通过接收到编码装置和与门器组输出的电信号，计算出受到太阳光照射的光敏器件的具体编号，以发出使步进电机转动步进角数的命令。

2.根据权利要求1所述的太阳能狭缝跟踪装置，其特征在于：编码器组中的每个编码器的第一编码输出端均连接到与门器组中的第一与门，每个编码器的第二编码输出端均连接到与门器组的第二与门，每个编码器的第三编码输出端连接到与门器组的第三与门，编码器组中的每个编码器的优先编码工作标志端连接到编码装置的输入端。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能狭缝跟踪装置，其特征在于：所述编码器组中的各个编码器均为74LS148型优先编码器。

4.根据权利要求1或2所述的太阳能狭缝跟踪装置，其特征在于：所述编码器组中包含八个编码器，其中第一个编码器的输出使能端连接第二个编码器的输入使能端，第二个编码器的输出使能端连接第三个编码器的输入使能端，第三个编码器的输出使能端连接第四个编码器的输入使能端，第四个编码器的输出使能端连接第五个编码器的输入使能端，第五个编码器的输出使能端连接第六个编码器的输入使能端，第六个编码器的输出使能端连接第七个编码器的输入使能端，第七个编码器的输出使能端连接第八个编码器的输入使能端。

5.根据权利要求1所述的太阳能狭缝跟踪装置，其特征在于：所述编码装 置为优先编码器，编码装置的输出端以及优先编码工作标志端均连接到单片机。

6.根据权利要求1或4所述的太阳能狭缝跟踪装置，其特征在于：所述编码装置为

74LS148型优先编码器。

7.根据权利要求1所述的太阳能狭缝跟踪装置，其特征在于：所述光信号采集装置包括半球面的透光体，透光体中均布有若干个隔板，两两隔板之间的部分为一个狭缝，各个狭缝中设有采集光信号的光敏器件。

8.根据权利要求7所述的太阳能狭缝跟踪装置，其特征在于：所述狭缝的数量为64个，或者128个，或者256个。

说明书

太阳能狭缝跟踪装置

技术领域

[0001] 本发明涉及光伏技术领域，特别涉及一种太阳能狭缝跟踪装置。

背景技术

[0002] 随着能源和环境问题的日益突出，可再生能源的开发与利用逐渐引起了世人的重视。太阳能以其清洁、分布范围广、利用方便等特点成为发展较快的可再生能源。太阳能光伏发电是太阳能利用的主要形式之一，但是由于目前太阳能电池板的价格昂贵，导致光伏发电的成本居高不下，因此制约了太阳能光伏发电产业的发展。因此如何提高太阳能的利用效率，降低太阳能利用成本成为目前人们研究的热点。

[0003] 图5描述太阳在一天中的运动以及每一季节中太阳轨道的变化。如图所示，太阳运动通过各个位置与时间和季节有关。现有用于跟踪太阳运动的可编程跟踪系统，其中跟踪速度和类似参数是根据太阳的运动事先计算出的，且沿着基于这些计算确定的路径跟踪太阳。然而，这种可编程跟踪系统存在着以下缺点：

[0004] 第一，当安装太阳能电池时，要求高精度设置罗经点和水平线。所以，存在着一个长期使用后误差积累的问题，以及还存在一个控制不均匀速度时曲线变得复杂的问题。

[0005] 第二，上述的跟踪系统是步进电机带动电池板不停的去调整转动目的是找到最大电流值，而在找到最大电流值之前的一系列动作都是在浪费系统的电能。

发明内容

[0006] 针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种能使太阳能电池对太阳进行实时跟踪，以提高太阳能利用效率的太阳能狭缝跟踪装置。

[0007] 实现本发明目的的技术方案如下：

[0008] 太阳能狭缝跟踪装置，包括驱动太阳能电池板转动的步进电机，以及设有若干个光敏器件的光信号采集装置，还包括编码系统和单片机，其中编码系统包括编码器组，编码器组中的各个编码器的输入端均连接有一个光敏器件，编码器组中的各编码器把任意时刻受到光照的光敏器件转化为低电平输出；以及与编码器组连接的与门器组，与门器组与单片机连接；以及与编码器组连接的编码装置，编码装置与单片机连接，编码装置将编码器组中的各个编码器输出到该编码装置的电信号进行编码，并将该编码信号发送到单片机；

[0009] 单片机还与步进电机连接，单片机将编码装置输出的编码信号，通过计算得出编码器组中具体输出低电平的编码器；以及通过接收到编码装置和与门器组输出的电信号，计算出受到太阳光照射的光敏二极管的具体编号，以发出使步进电机转动步进角数的命令。

[0010] 采用上述方案的的优点在于：首先，通过光信号采集装置采集光信号后送至编码系统，编码系统将该信号经过处理后发送到单片机，单片机经过分析计算后确定太阳光照射到具体的光敏器件上，单片机发出使步进电机转动步进角数的命令，以使太阳能电池板能够产生最大电流。其次，本发明的光信号采集装置只要在合适的地点进行安装即可，其安装不受精度的限制。并由于光信号采集装置时刻接受太阳的照射，其采集信号也是连续的，因此，不存在信号误差积累的问题，并能使控制曲线变得较为简单。第三，在太阳能电池板获得最大电流之前，步进电机无需带动太阳能电池板转动，而是通过单片机的控制进行分析，得知最大电流值的位置后，向步进电机发送最大电流点位置信息使太阳能电池板一次性转到该位置。不但效率和精度都很高，而且这种装置并不会浪费系统的电能。

[0011] 进一步的，编码器组中的每个编码器的第一编码输出端均连接到与门器组中的第一与门，每个编码器的第二编码输出端均连接到与门器组的第二与门，每个编码器的第三编码输出端连接到与门器组的第三与门，编码器组中的每个编码器的优先编码工作标志端连接到编码装置的输入端。通过主种连接方式，可以使输入端的数量为输出端数量的2的N次方，并且扩展整个装置也很容易。

[0012] 进一步的，编码器组中包含八个编码器，其中第一个编码器的输出使能端连接第二个编码器的输入使能端，第二个编码器的输出使能端连接第三个编码器的输入使能端，第三个编码器的输出使能端连接第四个编码器的输入使能端，第四个编码器的输出使能端连接第五个编码器的输入使能端，第五个编码器的输出使能端连接第六个编码器的输入使能端，第六个编码器的输出使能端连接第七个编码器的输入使能端，第七个编码器的输出使能端连接第八个编码器的输入使能端。将这些编码器的输出使能端与输入使能端相连，可以实行优先编码，在同一时刻，使编码器组中只能输出一个低电平的电信号。

[0013] 进一步的，光信号采集装置包括半球面的透光体，透光体中均布有若干个隔板，两两隔板之间的部分为一个狭缝，各个狭缝中设有采集光信号的光敏器件。通过隔板，不但能形成安装光敏器件的狭缝，而且当光照射到某一狭缝中时，通过隔板可以防止光透射的相邻的狭缝中。

附图说明

[0014] 图1为本发明的太阳能狭缝跟踪装置的电路结构示意图；

[0015] 图2为光信号采集装置的结构示意图；

[0016] 图2a为图2的P部放大图；

[0017] 图3为编码系统的结构示意图；

[0018] 图4为编码器真值表示意图；

[0019] 图5为太阳运动轨迹的示意图；

[0020] 附图中，10为步进电机，11为光信号采集装置，12为编码系统，13为单片机，14为透光体，15为隔板，16为狭缝，17为光敏器件，18为编码器组，19为与门器组，20为编码装置，21为第一个编码器，22为第二个编码器，23为第三个编码器，24为第四个编码器，25为第五个编码器，26为第六个编码器，27为第七个编码器，28为第八个编码器，29为第一与门，30为第二与门，31为第三与门。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

[0022] 参照图1至图3以及图2a，本发明的太阳能狭缝跟踪装置，包括驱动太阳能电池板转动的步进电机10，以及设有若干个光敏器件的光信号采集装置11，还包括编码系统12和单片机13，在编码系统与光信号采集装置之间，插入一个高电平VCC，该电高平VCC通过电阻R连接于编码系统与光信号采集装置之间。其中编码系统12包括编码器组18，编码器组中的各个编码器的输入端均连接有一个光敏器件，编码器组中的各编码器把任意时刻受到光照的光敏器件转化为具有代数意义的低电平输出，由于通过单片机将光敏器件按顺序进行编号，因此代数意义即代表光敏器件的编号。以及与编码器组连接的与门器组19，与门器组与单片机连接。以及与编码器组连接的编码装置20，编码装置与单片机连接13，编码装置20将编码器组18中的各个编码器输出到该编码装置的电信号进行编码，并将该编码信号发送到单片机13。单片机13还与步进电机10连接，单片机13将编码装置20输出的编码信号，通过计算得出编码器组中具体输出低电平的编码器；以及通过接收到编码装置20和与门器组19输出的电信号，计算出受到太阳光照射的光敏二极管的具体编号，以发出使步进电机转动步进角数的命令。

[0023] 参照图2以及图2a，在图1中，将光信号采集装置11进行简化画法，即简化为一个光敏器件的模样。而在图2中的光信号采集装置11采用较为详细的画法，光信号采集装置11包括半球面的透光体14，透光体中均布有若干个隔板15，两两隔板之间的部分为一个狭缝16，当光照射到某一狭缝中时，通过隔板可以防止光透射的相邻的狭缝中。各个狭缝中设有采集光信号的光敏器件17，光敏器件为光敏二极管，每个光敏器件按顺序通过导线连接编码器组18中编码器的一个引脚，光敏器件将光照信号传递到编码器组18。在本发明示出的光信号采集装置11中，有64个狭缝，两个相邻的狭缝之间的弧度之间为2.8125度。每个狭缝中均装有一个光敏器件，因此有64个光敏器件。通过图1可以得出，当所有光敏器件上均没有光照时，结点Ei处的电压为电源VCC的电压，即为高电平，各个编码器均有高电平输入。当任何一个光敏器件上有光照时，该光敏器件导通，这时结点Ei的电压为VCC减去光每器件导通电压，得到低电平，编码器中有低电平输入。

[0024] 参照图3，编码器组18中包含八个编码器，每个编码器有8个输入端，八个编码器共64个输入端。每个输入端连接一个光敏器件，因此，光敏器件共为64个。在这些光敏器件中，通过单片机对每个光敏器件进行编号，第一个光敏器件的编号为0，第二个为1，直至最后一个为63。

[0025] 编码器组中的各个编码器均为74LS148型优先编码器。其中第一个编码器21的输出使能端连接第二个编码器22的输入使能端，第二个编码器22的输出使能端连接第三个编码器23的输入使能端，第三个编码器23的输出使能端连接第四个编码器24的输入使能端，第四个编码器24的输出使能端连接第五个编码器25的输入使能端，第五个编码器25的输出使能端连接第六个编码器26的输入使能端，第六个编码器26的输出使能端连接第七个编码器27的输入使能端，第七个编码器的27输出使能端连接第八个编码器28的输入使能端。将这些编码器的输出使能端与输入使能端相连，可以实行优先编码，例如当太阳光同时照射到三个光敏器件上时，编码器将三个光敏器件最大编号的光敏器件的编号进行编码输出低电平，而其余两个光敏器件的编号通过编码器编码后输出高电平，这样可以防止同时有三个低电平输出，即无论在任何光照情况下，编码器组只能输出一个低电平。

[0026] 参照图3，编码器组18中的每个编码器的第一编码输出端均连接到与门器组19中的第一与门29，第一与门29的输出端为A0，第一与门29的输出端A0连接单片机的接口P1.0；每个编码器的第二编码输出端均连接到与门器组的第二与门30，第二与门的输出端为A1，第二与门30的输出端A1连接单片机的接口P1.1；每个编码器的第三编码输出端连接到与门器组的第三与门31，第三与门的输出端为A2，第三与门31的输出端A2连接单片机的接口P1.2。编码器组中的每个编码器的优先编码工作标志端GS连接到编码装置20的输入端，编码装置的输出端以及优先编码工作标志端均连接到单片机。当编码装置20将其优先编码工作标志端的信号输出到单片机时，单片机计算后可以得知具体输出低电平的编码器组中编码器。编码装置20至少包含一个优先编码器，优先编码器为74LS148型优先编码器，本实施例中，编码装置中的优先编码器的数量为1个。与门器组中有3个用于计算光敏器件编号的输出端，即A0、A1、A2；而编码装置20也有3个用于计算光敏器件编号的输出端，即A3、A4、A5，其中，A3连接单片机的接口P1.3，A4连接单片机的接口P1.4，A5连接单片机的接口P1.5，而GS连接单片机的接口P1.6或P1.7或P2.0等均可。这样本发明共有6个编码输出端。而根据前述本发明的狭缝跟踪装置为64个输入端，即输入端为输出端的
2的N次方。根据本发明的构思，还可以将整个装置扩展到128个输入端，7个输出端；或者
256个输入端，8个输出端。而这些扩展只是增加相应的部件即可达到目的，即增加编码器组中的编码器，以及增加编码装置20中的编码器。

[0027] 参照图1至图4以及图2a，在图4的表格中，打叉的符号可以为高电平1，也可以为低电平0。下面以编码器组中8个编码器(即编码系统为：64个输入端，6个输出端)举例说明本发明的工作情况：

[0028] 为避免特殊性，假设此时太阳光照到37号狭缝，这样37号光敏器件接受到光照，使得编码器组中的X37号引脚输入低电平0(也就是第五个编码器25的输入引脚I5输入低电平0，此时经第五个编码器25编码，输出结果a2a1a0＝010)，而其它(除了第五个编码器25)七个编码器各自的第一、第二、第三编码输出端输出都是高电平1。由于每个编码器的第一编码输出端a0均连接到与门器组19中的第一与门29，每个编码器的第二编码输出端a1均连接到与门器组的第二与门30，每个编码器的第三编码输出端a2连接到与门器组的第三与门31。与门器组中的三个与门的输出分别为新的编码：即A2A1A0＝010。(与门特性决定：与门电路的输入引脚只要有一个为低电平为0则输出为0)。而这时，编码器组中的各个编码器的优先编码工作标志端GS引脚输出的电平，从第八个编码器到第一个编码器的排列为：11101111，该编码经编码装置输送到单片机，单片机经过计算后，获知编码器组中第五个编码器上有低电平输出。编码装置20的三个输出端输出的编码为：A5A4A3＝011。最终整个编码系统输出的结果为：A5A4A3A2A1A0＝011010，该结果经单片机计算其值为37。假设前一时刻太阳光照射的光敏器件为34号，而这时太阳照射在37号光敏器件，这时单片机控制步进电机旋转3个步进角，使太阳能电池板与太阳正面相对，实现实时追踪。

[0029] 假设下一时刻太阳光照到38号狭缝，这样38号光敏器件接受到光照，使得编码器组中的X38号引脚输入低电平0(也就是第五个编码器26的输入引脚I6输入低电平0，此时经第五个编码器26编码，输出结果a2a1a0＝001)，而其它(除了第五个编码器25)七个编码器各自的第一、第二、第三编码输出端输出都是高电平1。由于每个编码器的第一编码输出端a0均连接到与门器组19中的第一与门29，每个编码器的第二编码输出端a1均连接到与门器组的第二与门30，每个编码器的第三编码输出端a2连接到与门器组的第三与门31，与门器组中的三个与门的输出分别为新的编码：即A2A1A0＝001。而这时，编码器组中的各个编码器的优先编码工作标志端GS引脚输出的电平，从第八个编码器到第一个编码器的排列为：11101111，该编码经编码装置输送到单片机，单片机经过计算后，获知编码器组中第五个编码器上有低电平输出。编码装置20的三个输出端输出的编码为：A5A4A3＝011。最终整个编码系统输出的结果为：A5A4A3A2A1A0＝011001，该结果经单片机计算其值为38。由于前一时刻太阳光照射的光敏器件为37号，这时单片机控制步进电机旋转1个步进角，使太阳能电池板与太阳正面相对，实现实时追踪。