用於太陽能路燈的追日控制系統及方法
2023-12-09 22:16:56 1
專利名稱：用於太陽能路燈的追日控制系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種用於太陽能路燈的追日控制系統及方法。
背景技術：
社會和經濟的快速發展、人民生活水平的不斷提高的同時，能源和環境問題越來越尖銳，為此，聯合國提出了可持續發展戰略，指既滿足當代人的需求，又不損害後代人滿足其需求的能力，是科學發展觀的基本要求之一。在可持續發展戰略的指引下，節能減排思想得到不斷推廣，可再生能源的使用也越來越廣泛。在可再生能源中，由於太陽能是一種清潔、高效、獲取便捷且可持續的新能源，尤為被人們重視，應用也極其廣泛，太陽能路燈就是其中一個意義重大的應用。現有的太陽能路燈的電池板多固定安裝在支撐架上，不能隨著太陽位置的變化實時調整電池板的位置，無法使太陽能電池板隨時發揮其最大的發電效率，尤其是在上午與下午太陽斜射時，效果都不太理想。目前，市場上也出現了一批具有追日功能的太陽能發電組件，由於其對日角度可以隨著太陽的位置變化而實時調整，時刻保證對太陽光的最大吸收，因此，其發電功率比傳統固定式太陽能發電系統提高了 35%以上，而成本只提高了 5% 10%。然而，現有太陽能路燈的追日控制系統普遍存在結構複雜、製造成本高且穩固性差，抗風、抗雷雨的穩定性也較弱，使用壽命較短等缺點。
發明內容
本發明的目的在於解決現有技術的不足，提供一種智能化程度高、使用方便、結構簡單、製造成本低、結構穩固性好，抗風、抗雷雨的穩定性強、使用壽命長的用於太陽能路燈的追日控制系統及方法。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的用於太陽能路燈的追日控制系統，用於控制太陽能路燈的電池板在支撐杆的支撐下圍繞電池板下方中心位置的萬向接頭隨太陽光的照射位置旋轉，它包括
用於核心控制的控制器；
用於初始化時測量電池板所處方位角、高度角的方位角測量裝置和高度角測量裝置； 用於提供系統當前時間的計時器；
用於實時調節電池板方位角、高度角的方位角調節機構和高度角調節機構；
所述的方位角調節機構包括方位角調節伺服電機、齒輪a和鏈條a，方位角調節伺服電機的控制電路與控制器電連接，齒輪a固定安裝在方位角調節伺服電機的轉軸上，鏈條a的兩端分別固定安裝在電池板的兩個寬邊的中心位置，齒輪a與鏈條a嚙合；
所述的高度角調節機構包括高度角調節伺服電機、齒輪b和鏈條b，高度角調節伺服電機的控制電路與控制器電連接，齒輪b固定安裝在高度角調節伺服電機的轉軸上，鏈條b的兩端分別固定安裝在電池板的兩個長邊的中心位置，齒輪b與鏈條b嚙合；方位角測量裝置、高度角測量裝置、計時器、方位角調節伺服電機和高度角調節伺服電機分別與控制器連接。本發明所述的方位角測量裝置包括陀螺儀。本發明所述的高度角測量裝置包括加速度傳感器。用於太陽能路燈的追日控制方法，它包括以下步驟
Si:對計時器設置當前時間，並將當地的地理位置信息輸入至控制器；
52:控制器根據計時器提供的當前時間和輸入的當地地理位置信息，計算出當前太陽所處的相對位置，進而得到電池板應該保持的方位角和高度角；
53:通過方位角測量裝置和高度角測量裝置測量出電池板當前實際所處姿態信息，包括電池板的方位角和高度角；
S4:控制器分別控制方位角調節機構和高度角調節機構調節電池板的方位角及高度角大小，使其與步驟S2計算所得的方位角及高度角大小相等；
S5 :時延後循環步驟S2 S4。本發明所述的地理位置信息包括經緯度信息。本發明所述的控制器控制方位角調節機構調節電池板的方位角大小的步驟包括以下步驟
al :控制器輸出控制信號至方位角調節伺服電機的控制電路；
a2 :控制電路控制轉軸轉動；
a3 :轉軸的轉動帶動固定在轉軸上的齒輪a轉動；
a4 :鏈條a牽引電池板的兩個寬邊上下移動，達到調節電池板方位角大小的目的。本發明所述的控制器控制高度角調節機構調節電池板的高度角大小的步驟包括以下步驟
al :控制器輸出控制信號至高度角調節伺服電機的控制電路；
a2 :控制電路控制轉軸轉動；
a3 :轉軸的轉動帶動固定在轉軸上的齒輪b轉動；
a4 :鏈條b牽引電池板的兩個長邊上下移動，達到調節電池板高度角大小的目的。本發明的有益效果是方位角測量裝置和高度角測量裝置配合使用可精確測量電池板的水平及垂直傾角(姿態)，為電池板位置的精確調整提供了基礎且不受環境影響、測量可靠性高；方位角、高度角調節機構雖然採用簡單的齒輪結構，成本也很低，但在伺服電機的控制下，對於方位角和高度角的調節準確度很高；電池板與支撐杆的連接處設置萬向接頭，使得電池板的轉動十分靈活，整體結構也十分穩固，增強了電池板的抗風性能；電池板及支撐杆上設置了避雷裝置，提高了太陽能路燈在雷雨天氣下的使用安全及其使用壽命；此外，本發明還具有智能化程度高、使用和維修方便等特點。
圖I為本發明追日系統結構示意框 圖2為方位角為0時太陽能組件的結構示意 圖3為方位角為15°時太陽能組件的結構示意 圖4為圖2的仰視圖；圖5為本發明支撐杆的結構示意 圖中，I-電池板，2-支撐杆，3-萬向接頭，4-齒輪a，5-鏈條a，6_齒輪b，7-鏈條b。
具體實施例方式下面結合附圖進一步詳細描述本發明的技術方案，但本發明的保護範圍不局限於以下所述。如圖I所示，用於太陽能路燈的追日控制系統，用於控制太陽能路燈的電池板I在支撐杆2的支撐下圍繞電池板I下方中心位置的萬向接頭3隨太陽光的照射位置旋轉，它包括
用於核心控制的控制器； 用於初始化時測量電池板I所處方位角、高度角的陀螺儀和加速度傳感器；
用於提供系統當前時間的計時器；
用於實時調節電池板I方位角、高度角的方位角調節機構和高度角調節機構；
方位角測量裝置、高度角測量裝置、計時器、方位角調節伺服電機和高度角調節伺服電機分別與控制器連接。如圖2、圖3和圖4所示，方位角調節機構包括方位角調節伺服電機、齒輪a4和鏈條a5，方位角調節伺服電機的控制電路與控制器電連接，齒輪a4固定安裝在方位角調節伺服電機的轉軸上，鏈條a5的兩端分別固定安裝在電池板I的兩個寬邊的中心位置，齒輪a4與鏈條a5嚙合；高度角調節機構包括高度角調節伺服電機、齒輪b6和鏈條b7，高度角調節伺服電機的控制電路與控制器電連接，齒輪b6固定安裝在高度角調節伺服電機的轉軸上，鏈條b7的兩端分別固定安裝在電池板I的兩個長邊的中心位置，齒輪b6與鏈條b7嚙合。如圖5所示，齒輪a4和齒輪b6分別設置在中空的支撐杆2的中心部位，支撐杆2上位於上方的通孔用於安裝齒輪b6，位於下方的通孔用於安裝齒輪a4。用於太陽能路燈的追日控制方法，它包括以下步驟
SI:對計時器設置當前時間，並將當地的地理位置信息輸入至控制器，地理位置信息包括經緯度信息；
S2:控制器根據計時器提供的當前時間和輸入的當地地理位置信息，計算出當前太陽所處的相對位置，進而得到電池板I應該保持的方位角和高度角；
53:通過陀螺儀和加速度傳感器測量出電池板I當前實際所處姿態信息，包括電池板I的方位角和高度角；
54:控制器分別控制方位角調節機構和高度角調節機構調節電池板I的方位角及高度角大小，使其與步驟S2計算所得的方位角及高度角大小相等；
55:時延後循環步驟S2 S4。控制器控制方位角調節機構調節電池板I的方位角大小的步驟包括以下步驟 al :控制器輸出控制信號至方位角調節伺服電機的控制電路；
a2 :控制電路控制轉軸轉動；
a3 :轉軸的轉動帶動固定在轉軸上的齒輪a4轉動；
a4 :鏈條a5牽引電池板I的兩個寬邊上下移動，達到調節電池板I方位角大小的目的。控制器控制高度角調節機構調節電池板I的高度角大小的步驟包括以下步驟al :控制器輸出控制信號至高度角調節伺服電機的控制電路；
a2 :控制電路控制轉軸轉動；
a3 :轉軸的轉動帶動固定在轉軸上的齒輪b6轉動； a4 :鏈條b7牽引電池板I的兩個長邊上下移動，達到調節電池板I高度角大小的目的。
權利要求
1.用於太陽能路燈的追日控制系統，用於控制太陽能路燈的電池板(I)在支撐杆(2)的支撐下圍繞電池板(I)下方中心位置的萬向接頭(3)隨太陽光的照射位置旋轉，其特徵在於它包括 用於核心控制的控制器； 用於初始化時測量電池板(I)所處方位角、高度角的方位角測量裝置和高度角測量裝置； 用於提供系統當前時間的計時器； 用於實時調節電池板(I)方位角、高度角的方位角調節機構和高度角調節機構； 所述的方位角調節機構包括方位角調節伺服電機、齒輪a (4)和鏈條a (5)，方位角調節伺服電機的控制電路與控制器電連接，齒輪a (4)固定安裝在方位角調節伺服電機的轉軸上，鏈條a (5)的兩端分別固定安裝在電池板(I)的兩個寬邊的中心位置，齒輪a (4)與鏈條a (5)嚙合； 所述的高度角調節機構包括高度角調節伺服電機、齒輪b (6)和鏈條b (7)，高度角調節伺服電機的控制電路與控制器電連接，齒輪b (6)固定安裝在高度角調節伺服電機的轉軸上，鏈條b (7)的兩端分別固定安裝在電池板(I)的兩個長邊的中心位置，齒輪b (6)與鏈條b (7)嚙合； 方位角測量裝置、高度角測量裝置、計時器、方位角調節伺服電機和高度角調節伺服電機分別與控制器連接。
2.根據權利要求I所述的用於太陽能路燈的追日控制系統，其特徵在於所述的方位角測量裝置包括陀螺儀。
3.根據權利要求I所述的用於太陽能路燈的追日控制系統，其特徵在於所述的高度角測量裝置包括加速度傳感器。
4.用於太陽能路燈的追日控制方法，其特徵在於它包括以下步驟 SI :對計時器設置當前時間，並將當地的地理位置信息輸入至控制器； S2:控制器根據計時器提供的當前時間和輸入的當地地理位置信息，計算出當前太陽所處的相對位置，進而得到電池板(I)應該保持的方位角和高度角； 53:通過方位角測量裝置和高度角測量裝置測量出電池板(I)當前實際所處姿態信息，包括電池板(I)的方位角和高度角； 54:控制器分別控制方位角調節機構和高度角調節機構調節電池板(I)的方位角及高度角大小，使其與步驟S2計算所得的方位角及高度角大小相等； 55:時延後循環步驟S2 S4。
5.根據權利要求4所述的用於太陽能路燈的追日控制方法，其特徵在於所述的地理位置信息包括經緯度信息。
6.根據權利要求4所述的用於太陽能路燈的追日控制方法，其特徵在於所述的控制器控制方位角調節機構調節電池板(I)的方位角大小的步驟包括以下步驟 al :控制器輸出控制信號至方位角調節伺服電機的控制電路； a2 :控制電路控制轉軸轉動； a3 :轉軸的轉動帶動固定在轉軸上的齒輪a (4)轉動； a4 :鏈條a (5 )牽引電池板(I)的兩個寬邊上下移動，達到調節電池板(I)方位角大小的目的。
7.根據權利要求4所述的用於太陽能路燈的追日控制方法，其特徵在於所述的控制器控制高度角調節機構調節電池板(I)的高度角大小的步驟包括以下步驟al :控制器輸出控制信號至高度角 調節伺服電機的控制電路；a2 :控制電路控制轉軸轉動； a3 :轉軸的轉動帶動固定在轉軸上的齒輪b (6)轉動； a4 :鏈條b (7 )牽引電池板(I)的兩個長邊上下移動，達到調節電池板(I)高度角大小的目的。
全文摘要
本發明公開了一種用於太陽能路燈的追日控制系統及方法，其系統包括控制器、方位角測量裝置、高度角測量裝置、計時器、方位角調節機構和高度角調節機構；方位角測量裝置、高度角測量裝置、計時器、方位角調節機構和高度角調節機構分別與控制器連接。其方法包括以下步驟設置當前時間、輸入地理位置；計算出電池板方位角及高度角；測量當前實際所處姿態信息；調節姿態。本發明結構簡單，成本低，調節準確度高；電池板的轉動靈活、結構穩固，增強了電池板的抗風性能；電池板及支撐杆上設置了避雷裝置，提高了太陽能路燈在雷雨天氣下的使用安全及壽命；此外，本發明還具有智能化程度高、使用和維修方便等特點。
文檔編號G05D3/12GK102749932SQ201210241880
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月13日 優先權日2012年7月13日
發明者宋志明, 王金凡 申請人:四川金翔環保科技有限公司