二維自動旋轉臺的製作方法

2023-05-22 07:28:11 2

專利名稱：二維自動旋轉臺的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於能提高太陽能的利用效率的新型的二維自動旋轉臺。
背景技術：
隨著人類生產與生活水平的提高，世界能源消費量大幅度增長。世界能源組織的研究顯示，1971年～1995年期間，世界一次能源消費的平均年增長率為2.2％，1995年世界一次能源消費總量約為83.41億toe。據預測，從目前到2020年這一期間，世界一次能源消費的平均年增長率約為2.0％，2020年世界一次能源消費總量將達到137.49億toe，並且在過去的40-50年裡，能源的消耗很大部分來自礦物燃料。多少次的能源危機使人們意識到，礦物燃料是有限的，人們不得不把關注的重點轉移到新能源的開發與利用上來，尤其是太陽能的開發與利用。它在全球能源中佔有比例將從目前的1％激增到50％。太陽能可通過光—轉換成電能；可通過光—轉換成化學能；可通過光—熱轉換為熱能。但是任何形式的太陽能轉換裝置都必須有接受太陽光的部件，例如，集熱器是按照一定的傾角來固定的，太陽能電池板是固定在二維旋轉臺上，但是現有的這些裝置不能夠保證接受太陽光的部件與太陽光始終垂直，大大降低了單位面積上的太陽能的利用效率。

發明內容
本實用新型的目的是提供一種新型的二維自動旋轉臺，它能夠使固定在其上面的接受太陽光部件的表面始終與太陽光垂直，大大提高了太陽能的利用效率。
本實用新型的目的是這樣來實現的，自動二維旋轉臺包括二維PSD傳感器、固定支架、軸承、蝸杆傳動機構、聯軸器、控制系統、電源系統、步進電機、水平轉動軸、豎直轉動軸、固定平板面、旋轉臺底座，其特點是，固定接受太陽光部件的固定支架分別通過水平轉動軸和豎直轉動軸和各自的蝸杆傳動機構連接，蝸杆傳動機構通過聯軸器與步進電機連接；檢測光點位置的二維PSD傳感器置於固定平板面上，二維PSD傳感器通過前置放大器，步進電機通過接口電路分別和控制系統相連接。
本實用新型的工作原理以接受太光光的部件為太陽能電池板為例作一說明，藉助於固定平板面上二維PSD傳感器受光面上的四個電極來檢測入射點光的位置是否在受光面的中心，如果入射點光的位置在受光面的中心，則受光面的各個電極的電流均相等，此時入射光線與固定平面垂直。如果入射點光的位置不在受光面的中心，則受光面的各個電極的電流均不相等，則通過控制系統中的單片機計算可以知道入射點光與受光面中心的相對位置，從而計算出入射光線與固定平面法線的夾角，由此計算出控制水平轉動的步進電機和控制豎直轉動的步進電機的旋轉角度為多大時，才能使入射太陽光與固定平面法線的夾角為0°由此計算出輸出控制字節M，再由單片機根據計算的結果發出控制指令，通過單片機與步進電機的接口電路以及多路轉換開關來依次選擇控制水平轉動的步進電機和控制豎直轉動的步進電機，步進電機通過蝸杆傳動機構帶動固定支架作二維轉動，轉動到太陽光的入射光線與固定平面法線的夾角為0°。這樣使固定在固定支架上面的平板始終與太陽光垂直，大大提高了太陽能的利用效率。固定支架通過蝸杆傳動機構傳動，由於其具有良好的自鎖功能，只能由步進電機帶動蝸杆運動，然後由蝸杆帶動蝸輪運動，從而帶動固定支架運動，順序相反則不能運動。因此，當關掉步進電機後，外界的幹擾因素就不會改變固定支架的位置。接受太陽光部件種類較多，如本旋轉臺尚可用於防止坦克砲筒曬熱變形，即可使坦克砲筒始終和太陽光垂直。


圖1為自動旋轉臺的結構示意圖；圖2為二維PSD傳感器工作原理圖；圖3為改進表面分割二維PSD的位置檢測原理圖；圖4為自動旋轉臺的控制線路框圖；圖5為步進電機與單片機接口電路圖。
具體實施方式
本實施例中接受太光光的部件為太陽能電池板，結合附圖作一說明，由圖1所示，二維自動旋轉臺，包括二維PSD傳感器1、固定支架2、軸承3、蝸杆傳動機構4、聯軸器5、控制系統6、電源系統7、步進電機8、水平轉動軸9、豎直轉動軸10、固定平板面11、旋轉臺底座12，其特點是，固定太陽能電池板的固定支架2分別通過水平轉動軸9和豎直轉動軸10和各自的蝸杆傳動機構4連接，蝸杆傳動機構通過聯軸器5與步進電機8連接；檢測光點位置的二維PSD傳感器1置於固定平板面11上，二維PSD傳感器通過前置放大器，步進電機通過接口電路分別和控制系統6相連接。
由圖2、3所示，二維PSD傳感器1的遮光罩的頂部平面13及受光面14與二維旋轉臺的固定平板面11平行，二維PSD傳感器1的受光面四角上四個電極I1、I2、I3、I4和控制系統6的前置放大器連接。PSD(Position Sensitive LightDetector)是一種能檢測光點位置的傳感器，本實用新型用它來檢測太陽光的入射光線與固定平面法線的夾角，PSD的遮光罩的頂部平面及受光面與二維旋轉臺的固定平板面平行。PSD傳感器測量夾角的原理如圖2、3所示，設入射光點的位置座標為a，b，則a，b的大小與各個電極的電流之間的關係式如下a=(I3+I4)Lx-(I1+I2)Lx2(I1+I2+I3+I4)----(1)]]>b=(I1+I4)Ly-(I2+I3)Ly2(I1+I2+I3+I4)----(2)]]>則，入射光線在tox平面中的投影線與固定平板的法線的夾角σx為x=arctan(ah)----(3)]]>入射光線在toy平面中的投影線與固定平板的法線的夾角σy為y=arctan(bh)----(4)]]>由圖4所示，控制系統6由前置放大電路、採樣濾波電路、採樣保持電路、A/D轉換器、單片機、單片機與步進電機的接口電路、晶閘管、多路轉換開關、控制水平轉動的步進電機、控制豎直轉動的步進電機及電源所組成。其工作原理是由圖2、圖3、圖4所示，太陽光透過二維PSD傳感器1的透光孔16到達傳感器的受光面14後，受光面的四個電極I1～I4產生電流，這些電信號依次經過前置放大電路放大，濾波電路濾去幹擾信號，再經採樣保持電路及A/D轉換器，轉換成相應的數字量保存8051單片機的寄存器中。如果入射點光的位置在受光面的中心，則受光面的各個電極的電流均相等，此時入射光線與固定平面垂直。如果入射點光的位置不在受光面的中心，則受光面的各個電極的電流均不相等，則通過計算可以知道入射點光與受光面中心的相對位置，從而計算出入射光線與固定平面法線的夾角，由此計算出控制水平轉動的步進電機和控制豎直轉動的步進電機的旋轉角度為多大時，才能使入射太陽光與固定平面法線15的夾角為0°，由此計算出輸出控制字節M，再由單片機根據計算的結果發出控制指令，通過單片機與步進電機的接口電路以及多路轉換開關來依次選擇控制水平轉動的步進電機和控制豎直轉動的步進電機，並使它們轉動到對應的角度，使太陽光的入射光線與固定平面法線的夾角為0°。為了節約電能，在步進電機停止轉動期間，單片機通過晶閘管關閉步進電機的總電源。
由圖5所示，單片機與步進電機的接口電路是由反向器F、光電耦合器G、大功率電晶體T串聯而成，大功率電晶體T輸出與步進電機串聯，並並聯接有保護反向擊穿功晶管的二極體D。在圖5中，單片機的輸出口P3.0，P3.1，P3.2作為步進電機三相控制埠，用以輸出軟體生成的脈衝序列，採用光電耦合器G將步進電機的驅動電路與單片機系統隔離，增強系統的抗幹擾能力，並能防止功率管損壞時，電機驅動電路的高壓損壞單片機。根據步進電機的選擇原則，選用合適的大功率電晶體T，完成功率放大和電機驅動任務。二極體D為保護元件，給停電時電機繞組提供放電迴路，防止過高的反向電壓擊穿功晶管。
權利要求1.一種二維自動旋轉臺，包括二維PSD傳感器(1)、固定支架(2)、軸承(3)、蝸杆傳動機構(4)、聯軸器(5)、控制系統(6)、電源系統(7)、步進電機(8)、水平轉動軸(9)、豎直轉動軸(10)、固定平板面(11)、旋轉臺底座(12)，其特徵在於，固定接受太陽光部件的固定支架(2)分別通過水平轉動軸(9)和豎直轉動軸(10)和各自的蝸杆傳動機構(4)連接，蝸杆傳動機構通過聯軸器(5)與步進電機(8)連接；檢測光點位置的二維PSD傳感器(1)置於固定平板面(11)上，二維PSD傳感器通過前置放大器，步進電機通過接口電路分別和控制系統(6)相連接。
2.根據權利要求1所述的二維自動旋轉臺，其特徵在於所述的二維PSD傳感器(1)的遮光罩的頂部平面(13)及受光面(14)與二維旋轉臺的固定平板面(11)平行，二維PSD傳感器(1)的受光面四角上四個電極I1、I2、I3、I4和控制系統(6)的前置放大器連接。
3.根據權利要求1所述的二維自動旋轉臺，其特徵在於所述的控制系統(6)由前置放大電路、採樣濾波電路、採樣保持電路、A/D轉換器、單片機、單片機與步進電機的接口電路、晶閘管、多路轉換開關、控制水平轉動的步進電機、控制豎直轉動的步進電機及電源所組成。
4.根據權利要求1、3所述的二維自動旋轉臺，其特徵在於所述的單片機與步進電機的接口電路是由反向器F、光電耦合器G、大功率電晶體T串聯而成，大功率電晶體T輸出與步進電機串聯，並並聯接有保護反向擊穿功晶管的二極體D。
專利摘要本實用新型涉及一種新型的二維自動旋轉臺，它包括PSD傳感器、固定支架、軸承、蝸杆傳動機構、聯軸器、控制系統、電源系統、步進電機、水平轉動軸、豎直轉動軸、固定平板面、旋轉臺底座，其特點是，固定接受太陽光部件的固定支架分別通過水平和豎直轉動軸和各自的蝸杆傳動機構連接，並通過聯軸器與步進電機連接；置於固定平板面上PSD傳感器通過前置放大器和步進電機通過接口電路分別和控制系統相連接。優點是使固定在旋轉臺上面的平板始終與太陽光垂直，大大提高了太陽能的利用效率。
文檔編號F16M11/12GK2573838SQ0226020
公開日2003年9月17日 申請日期2002年9月24日 優先權日2002年9月24日
發明者葉繼濤, 陳兒同, 王芳, 賀運紅 申請人:上海理工大學