一种自动逐日太阳能路灯的制作方法

本发明涉及新能源应用领域，特别是涉及一种自动逐日太阳能路灯。

背景技术：

太阳能作为一种清洁能源，充分利用太阳能一直是人类的探索方向。众所周知，阳光垂直射入光伏板的时候，相比倾斜射入光伏板，光伏板能获得更高的太阳能转换率，即获得更高的太阳能使用率。太阳能跟踪器是保持太阳能光伏板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，采用太阳能跟踪器能显著提高太阳能光伏组件的发电效率。目前市场上已经存在很多大、中型太阳能跟踪器产品，普遍存在体型庞大、结构复杂、成本高、待机功耗高以及精确率低等不足之处。

太阳能路灯通常置于室外使用，室外气候环境复杂多变，因此，太阳能路灯需要经受刮风下雨等天气的严酷考验。特别是光伏板，其是太阳能路灯的核心部件，光伏板一旦受到损坏，整个太阳能路灯基本报废。因此，各个生产厂商都在努力提高光伏板本身的质量，例如使用更好材料来防止雨水的侵袭，例如对光伏板进行加固来防止大风的侵袭，这样的研发方向会极大提高太阳能路灯的生产成本，使得太阳能路灯的结构更加复杂。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种结构合理的自动逐日太阳能路灯。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种自动逐日太阳能路灯，包括：杆体、光源、充放电管理控制板、储能装置、光伏板、支撑杆、固定座、水平太阳能驱动装置及垂直太阳能驱动装置；

所述光源设于所述杆体上，所述水平太阳能驱动装置安装于所述杆体上， 所述固定座固定于所述水平太阳能驱动装置上，所述支撑杆固定于所述固定座上；

所述光伏板与所述储能装置电连接，所述储能装置通过所述充放电管理控制板与所述光源电连接，所述储能装置与所述水平太阳能驱动装置及所述垂直太阳能驱动装置电连接；

所述光伏板上设有第一连接杆及第二连接杆，所述第一连接杆通过第一连接臂与所述支撑杆一端转动连接，所述第二连接杆通过第二连接臂与所述垂直太阳能驱动装置转动连接，所述垂直太阳能驱动装置安装于所述支撑杆的另一端；

所述水平太阳能驱动装置包括：上盖、下盖、PCB板、电机、传动轴、传动齿轮组、蜗杆、蜗轮及输出轴，所述电机与所述PCB板电连接，所述电机通过所述传动轴与所述传动齿轮组驱动连接，所述蜗杆的两端分别转动设于所述上盖和所述下盖上，所述传动齿轮组与所述蜗杆驱动连接，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，所述输出轴套接于所述蜗轮上；

所述垂直太阳能驱动装置的结构与所述水平太阳能驱动装置的结构相同。

在其中一个实施例中，所述水平太阳能驱动装置驱动所述光伏板沿水平方向的旋转角度为360°。

在其中一个实施例中，所述垂直太阳能驱动装置驱动所述光伏板沿竖直方向的旋转角度为160°。

在其中一个实施例中，所述光源为LED灯。

在其中一个实施例中，所述储能装置为蓄电池。

在其中一个实施例中，所述电机为伺服电机。

综上所述，上述技术方案根据不同地理位置不同时刻太阳相对于地球的位置计算出光线入射角度，并根据入射角度信息直接利用旋转马达调整太阳能光伏板，达到了精准率高的发明目的。并且，当旋转马达不工作时，MCU主控芯片通过马达供电控制电路切断马达供电，并且自身进入睡眠状态，然后通过定时唤醒自身设定进入工作状态，实现本发明待机功耗低的目的。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明专利的自动逐日太阳能路灯结构简单，易于实现，成本低。

2、本发明专利的自动逐日太阳能路灯采用双马达控制，且水平旋转马达可控制光伏板旋转360°，垂直旋转马达可控制光伏板旋转160°；控制器根据地理位置和实际时间太阳的方位控制光伏板，实现控制精度高，太阳能使用率高。

3、本发明专利MCU主控芯片未控制马达转动时，通过马达供电电路切断马达供电，自身进入睡眠。然后通过定时唤醒自身，达到低功耗。

附图说明

图1为本发明一实施例的自动逐日太阳能路灯的结构图；

图2为图1所示的自动逐日太阳能路灯的水平太阳能驱动装置的分解图；

图3为图2所示的水平太阳能驱动装置的局部分解图；

图4为本发明一实施例的自动逐日太阳能路灯的刮风下雨感应器的结构图；

图5为MCU主控芯片的电路图；

图6为数据存储IC的电路图；

图7为实时时钟的电路图；

图8为电源供电的电路图；

图9为显示与按键的电路图；

图10为马达供电控制的电路图；

图11为马达硬件控制的电路图；

图12为PC串口的线路图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1、图2及图3所示，一种自动逐日太阳能路灯10，包括：杆体100、光源200、充放电管理控制板300、储能装置400、光伏板500、支撑杆600、固定座700、水平太阳能驱动装置800及垂直太阳能驱动装置900。

光源200设于杆体100上，水平太阳能驱动装置800安装于杆体100上，固定座700固定于水平太阳能驱动装置800上，支撑杆600固定于固定座700上。

光伏板500与储能装置400电连接，储能装置400通过充放电管理控制板300与光源200电连接，储能装置400与水平太阳能驱动装置800及垂直太阳能驱动装置900电连接。

光伏板500上设有第一连接杆510及第二连接杆520，第一连接杆510通过第一连接臂512与支撑杆600一端转动连接，第二连接杆520通过第二连接臂522与垂直太阳能驱动装置900转动连接，垂直太阳能驱动装置900安装于支撑杆600的另一端。

水平太阳能驱动装置800包括：上盖810、下盖820、PCB板830、电机840、传动轴850、传动齿轮组860、蜗杆870、蜗轮880及输出轴890。电机840与PCB板830电连接，电机840通过传动轴850与传动齿轮组860驱动连接，蜗杆870的两端分别转动设于上盖810和下盖820上，传动齿轮组860与蜗杆870驱动连接，蜗杆870与蜗轮880啮合，输出轴890套接于蜗轮880上，输出轴890的一端与固定座700连接

垂直太阳能驱动装置900的结构与水平太阳能驱动装置800的结构相同，垂直太阳能驱动装置900的输出轴与第二连接臂522连接。

在本实施例中，水平太阳能驱动装置800驱动光伏板500沿水平方向的旋转角度为360°，垂直太阳能驱动装置900驱动光伏板500沿竖直方向的旋转角度为160°。

在本实施例中，光源200优先采用LED灯，LED灯具有较好的节能效果。

在本实施例中，储能装置400为蓄电池。

在本实施例中，电机840为伺服电机，伺服电机能达到精准的控制效果。

如图4所示，为了提高自动逐日太阳能路灯10的结构合理性，例如，所述自动逐日太阳能路灯10还包括刮风下雨感应器20，所述刮风下雨感应器20包括：雨水收集箱21、电路通断器22及浮力球80，所述电路通断器22设于所述雨水收集箱21的顶端，所述电路通断器22包括：输入端23、输出端24、感应弹簧25、摆动片26、第一滑块27，所述摆动片26的一端转动设于所述输入端23上，所述摆动片26的另一端与所述输出端24连接或断开，所述感应弹簧25一端与所述输入端23连接，所述感应弹簧25的另一端与所述摆动片26连接，所述第一滑块27的一端与所述感应弹簧25抵接，所述浮力球80通过摆杆28安装于雨水收集箱21内，所述浮力球80与所述第一滑块27的另一端抵接或断开。当下雨时，雨水收集箱21内的雨水会逐渐增多，从而带动雨水收集箱21内的浮力球80往上浮动，当到达一定程度，浮力球80会与第一滑块27抵接，第一滑块27触动感应弹簧25，感应弹簧25再使得摆动片26摆动并与输出端24连接，从而使得输入端23与输出端24导通，进而使得外部驱动装置接通，外部驱动装置动作，驱动光伏板500运动，例如，驱动装置驱动光伏板500回位到收容箱的密闭中空腔体内，从而免受下雨的侵蚀，进而提高自动逐日太阳能路灯10的结构合理性。

为了进一步提高自动逐日太阳能路灯10的结构合理性，例如，所述刮风下雨感应器20还包括雨水引导器29，所述雨水引导器29具有一喇叭状收集口30。呈喇叭状的收集口30可以对雨水进行更充分的收集，防止雨水收集箱21的开口过小而不能对雨水进行收集，使得所述刮风下雨感应器20更加灵敏， 进而提高自动逐日太阳能路灯10的结构合理性。

为了进一步提高自动逐日太阳能路灯10的结构合理性，例如，所述雨水收集箱21的底部开设有排水口31，所述排水口31的开口面积小于所述喇叭状收集口30的面积，一方面有利于雨水的收集，另一方面也有利于雨水的排干。

为了进一步提高自动逐日太阳能路灯10的结构合理性，例如，所述自动逐日太阳能路灯10还包括：风页32、转动杆33、扭簧34、凸轮35、推动杆36、拉簧37、滑块38、滑轨39、顶杆40。所述转动杆33穿设于所述雨水收集箱21，所述扭簧34一端与所述雨水收集箱21连接，所述扭簧34的另一端与所述转动杆33连接，所述转动杆33的一端与所述风页32连接，所述转动杆33的另一端与所述凸轮35连接，所述推动杆36的一端与所述凸轮35抵接，所述推动杆36的另一端与所述滑块38连接，所述拉簧37一端与所述滑块38连接，所述拉簧37另一端与所述雨水收集箱21连接，所述滑块38滑动设于所述滑轨39上，所述滑块38具有一斜面41，所述顶杆40的一端与所述斜面41抵接，所述顶杆40的另一端与所述感应弹簧25抵接。当刮起大风时，风页32转动，由于所述扭簧34的作用，只能达到一定程度的大风才会使得风页32带动转动杆33，转动杆33进而带动凸轮35转动，凸轮35转动带动推动杆36运动，推动杆36带动滑块38沿滑轨39移动，由于斜面41的作用，滑块38通过斜面41带动顶杆40顶出，进而触动感应弹簧25，从而使得输入端23与输出端24导通，进而使得外部驱动装置接通，外部驱动装置动作，驱动光伏板500运动，例如，驱动装置驱动光伏板500回位到收容箱的密闭中空腔体内，从而免受大风天气将光伏板500刮倒，有效保护了光伏板500，进而提高自动逐日太阳能路灯10的结构合理性。

要说明的是，扭簧34还起到了复位的作用，当大风停止吹刮时，扭簧34带动转动杆33复位，进而带动凸轮35复位，推动杆36在拉簧37的作用下复位，进而使得顶杆40复位。

自动逐日太阳能路灯10还包括控制盒50，控制盒可根据需求安装于室内户外均可。控制盒通过PC串口输入当地全年按月二十四小时太阳的相对方位角度与高度角，当主控芯片读取实时时钟芯片，当时钟钟点发生变化时，则发 送数据给垂直、水平马达。两马达设定不同的地址，控制盒发送不同的地址来分开控制旋转。其中控制协议用卫星设备通用协议DISEQC1.3。控制旋转精度可达0.1°。主要电路部分，有电压转换电路、MCU主控芯片、控制开关、数据存储IC、实时时钟电路、22KHz产生电路、垂直水平马达电路供电切断电路、显示电路等等。

如图5所示，MCU复位电路R5，C1，晶体振荡电路Y1，C4，C5，供电+5V电压输入，引脚上拉电阻等。各引脚对输入输出进行检测控制。MCU未控制马达转动时，通过马达供电电路切断马达供电，自身进入睡眠。然后通过定时唤醒自身，达到低功耗。

数据存储控制电路如图6中U2，R26，R27，R29等，与MCU U1中的34,35,36引脚相接，用来存储跟踪太阳转动所需要的水平角与方位角的数据。每一小时U1从U2中读取数据。U2所存数据根据地理纬度精度的变化而不同。实时时钟电路如图7中U3、C2、C3、Y2和BT1、R28、R31、R30等。C2、C3、Y2为U3时钟振荡信号。纽扣电池BT1用来保证外部断电情况下，MCU再次上电后，时钟仍然准确。

电源供电电路如图8所示。蓄电池电源从J3输出，经D2输出给U4经行电压转换成+5V供其他芯片工作。其中D2用来防止输入正负极接反而导致损坏蓄电池等。LED D3用来指示输出电源是否正常供电。C14，C15等电容用来滤波稳定输出。

显示与按键电路如图9，S1，S2，S3，S4用来调整时钟的年、月、日、时、分、秒，以及所处位置选择的设定等等。J1所接进行数字显示。Q2、Q3进行对显示位码进行选择。DISPLAY_A-P进行段码显示。

两旋转马达供电控制电路如图10，主控芯片通过P1.7以及R38来控制Q4通断，从而控制继电器RLY1的电路切换动作。RLY1开关切换到无输出以及正常电压输出。平时两旋转马达不需动作时，RLY1处于断开状态。从而降低待机功耗。

如图11所示，是用来产生卫星设备通用协议的信号硬件电路。MCU通过RFOUT控制Q1通断，再经过R19、R20、L7等电路产生所需的信号。水平马 达与垂直马达均通过P1接收指令。根据信号解析出来的地址、命令、数据等分别进行各自的旋转。

如图12所示，PC通过J2向MCU传输太阳的方位角与高度角，并进行存储与回读，以保证所存储数据的正确性。

以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。