基于LoRA通信的双轴追日跟踪系统的制作方法

本实用新型属于太阳能技术领域，尤其涉及基于LoRA通信的双轴追日跟踪系统。

背景技术：

在光伏电站的应用中，广泛使用固定光伏支架。而光伏双轴追日跟踪系统相对固定的光伏支架系统，能提高约30％左右的发电效能，现有的光伏追日系统主要采用光辐照传感器对日光的强度进行检测，在某一时刻对日光进行追踪时，需要通过多次调整光伏支架的倾角(包括东西向和南北向)，当辐照传感器反馈回来的辐照强度最强时，则认为是达到最佳的倾角(即光伏组件正对着太阳了)，从而实现了对太阳的精确追踪。而目前现使用的光辐照传感器在某个时间点，需要多次调整光伏支架的倾角才能实现光伏组件正对着太阳，调整的时候过长，同时也影响了执行机构的使用寿命，光辐照传感器价格高昂，制造成本和维护成本制约着追日系统的应用。由于每个追日系统都需要独立的光辐照传感器，采集的数据量非常大，不利于传输和处理，而且追日的数据结果不能共享，并且需要独立的追踪过程。目前传统的双轴追日支架多采用立式悬臂结构，稳定性差，而卧式追日支架一般只有单轴传动，发电效率差；另外普通的自动跟踪太阳能发电系统减速机构，多采用蜗轮、蜗杆传动，跟踪精度低，旋转角度范围小，结构庞大，传动效率低、成本高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供基于LoRA通信的双轴追日跟踪系统，根据本实用新型的追日跟踪系统有利于光伏组件接受太阳光的照射，从而使追日系统能全天候得到太阳光的照射，并且调节灵活，能自动调整追日角度，全天候接受太阳光照射，大大提高了能源的利用率，为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

根据本发实用新型的一个方面，提供了基于LoRA通信的双轴追日跟踪系统，所述追日跟踪系统包括立柱、托架、光伏组件、LoRA通信模块、驱动输出模块、MCU控制单元和安装在立柱顶端的用于驱动托架转动的旋转执行机构，所述光伏组件安装在所述托架的正面内，位于所述光伏组件上缘的托架设置有CMOS图像传感器，所述MCU控制单元的驱动输出端通过驱动输出模块与所述旋转执行机构电气连接，所述LoRA通信模块的通信端口、 CMOS图像传感器的视频输出端口分别与MCU控制单元的采集输入端分别连接。

优选的，所述LoRA通信模块通过I²C串口总线与所述MCU控制单元通信连接，该LoRA通信模块采用433MHz自由频段进行通信。

优选的，所述双轴追日跟踪系统还包括数据存储器，所述数据存储器分别与所述MCU控制单元连接。

优选的，所述数据存储器为SDRAM存储器或为Flash存储器，所述MCU 控制单元采用SM32F407处理器芯片。

优选的，所述旋转执行机构包括X轴旋转执行机构和Y轴旋转执行机构，所述X轴旋转执行机构包括支撑台、X轴旋转变频电机和旋转台，所述Y轴旋转执行机构包括支撑轴、旋转轮和多根斜向支撑杆，所述支撑台安装在所述立柱的顶端，所述X轴旋转变频电机固定于所述支撑台的中央，所述X轴旋转变频电机的输出轴竖直向上伸出后与所述旋转台的转动轴连接，所述支撑轴的一端竖直安装在所述旋转台中央，该支撑轴的另一端安装所述旋转轮，所述旋转轮通过多根斜向支撑杆与所述托架的背面连接，所述托架的正面可拆卸安装所述光伏组件，所述伸缩件的固定端固定在所述旋转台的边缘上，所述伸缩件的伸缩端与所述托架的背面连接且沿所述旋转轮转动的轨迹进行伸缩动作。

上述方案进一步优选的，在呈相对的斜向支撑杆之间还通过横向支撑杆连接，在所述伸缩件的伸缩端与所述横向支撑杆。

上述方案进一步优选的，在所述托架的中心固定有螺母和与所述螺母匹配连接的调节螺杆，该调节螺杆的一端穿过所述螺母后与所述光伏组件的背面进行连接。

上述方案进一步优选的，所述托架为弧形状，所述光伏组件安装在所述托架的弧形面内。

综上所述，由于本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：

(1)、本实用新型使用CMOS图像传感器作为检测传感器，能有效的减少追日系统的执行机构的动作次数，能很快地让光伏组件进入到合理的倾角，延长追日系统的使用寿命。同时采用LoRA通信模块组成数据链的运行方式可以减少整个光伏追日系统采用传感器的数量，并能增强整个光伏电站的追日系统的可靠性，从而使本实用新型双轴追日系统的光伏发电效率比固定支架方式提高30％左右。

(2)、本实用新型的旋转执行机构能最大范围内进行调节，使光伏的转动幅度能从30度到15度，而且增强了整体结构的稳定性，跟踪精度高，传动效率高，旋转角度范围广，降低了材料成本和制造成本；与此同时，更加利于光伏组件接受太阳光的照射，从而使追日系统能全天候得到太阳光的照射，并且调节灵活，能自动调整追日角度，全天候接受太阳光照射，大大提高了能源的利用率。

附图说明

图1是本实用新型的基于LoRA通信的双轴追日跟踪系统原理图；

图2是本实用的旋转执行机构的结构关系图；

附图中，1-CMOS图像传感器，2-数据存储器，3-MCU控制单元，4-驱动输出模块，5-X轴旋转机构，6-Y轴升降机构，7-LORA无线通信模块，8- 组光伏组件，9-托架，10-立柱，50-支撑台，51-X轴旋转变频电机，52-旋转台，60-支撑轴，61-旋转轮，62-斜向支撑杆，63-伸缩件，64-横向支撑杆，64- 螺母，66-调节螺杆。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。

如图1和图2所示，根据本实用新型的基于LoRA通信的双轴追日跟踪系统，所述追日跟踪系统包括呈竖直埋在地面的立柱10以及托架9、光伏组件8、LoRA通信模块7、驱动输出模块4、MCU控制单元2和安装在立柱10 顶端的用于驱动托架9转动的旋转执行机构，所述光伏组件8安装在所述托架9的正面内，所述托架9为弧形状，所述光伏组件8安装在所述托架9的弧形面内，位于所述光伏组件8上缘的托架9设置有CMOS图像传感器1，所述MCU控制单元的驱动输出端通过驱动输出模块与所述旋转执行机构电气连接，所述LoRA通信模块7的通信端口、CMOS图像传感器1的视频输出端口分别与MCU控制单元的采集输入端分别连接。所述LoRA通信模块7 通过I²C串口总线与所述MCU控制单元2通信连接，该LoRA通信模块7采用433MHz自由频段进行通信，所述双轴追日跟踪系统还包括数据存储器3，所述数据存储器3分别与所述MCU控制单元2连接，所述数据存储器为 SDRAM存储器或为Flash存储器，所述MCU控制单元采用SM32F407处理器芯片。

在本实用新型中，结合图1和图2所示，所述旋转执行机构包括X轴旋转执行机构5和Y轴旋转执行机构6，所述X轴旋转执行机构5包括支撑台 50、X轴旋转变频电机51和旋转台52，所述Y轴旋转执行机构6包括支撑轴60、旋转轮61和多根斜向支撑杆62，所述支撑台50安装在所述立柱10 的顶端，所述X轴旋转变频电机51固定于所述支撑台50的中央，所述X轴旋转变频电机51的输出轴竖直向上伸出后与所述旋转台52的转动轴连接，所述支撑轴60的一端竖直安装在所述旋转台52中央，该支撑轴60的另一端安装所述旋转轮61，所述旋转轮61通过多根斜向支撑杆62与所述托架9的背面连接，该旋转轮61的中心轴与所述Y轴旋转变频电机的输出轴连接(未图示)，Y轴旋转变频电机转动时驱动旋转轮61转动，使光伏组件8随托架9 沿东西(Y轴)方向转动，然后在通过X轴旋转变频电机51驱动旋转台52转动调节光伏组件8随托架9沿南北(X轴)方向转动，X轴和Y轴转动的角度可由 MCU控制单元2通过驱动输出模块4电气连接的X轴旋转变频电机51、Y轴旋转变频电机进行设置，所述托架9的正面可拆卸安装所述光伏组件8，所述伸缩件63的固定端固定在所述旋转台52的边缘上，所述伸缩件63的伸缩端与所述托架9的背面连接且沿所述旋转轮61转动的轨迹进行伸缩动作。

如图2所示，在呈相对的斜向支撑杆62之间还通过横向支撑杆64连接，所述伸缩件63的伸缩端与所述横向支撑杆64连接，通过伸缩件63与所述横向支撑杆64连接，可以支撑和光伏组件8和托架9随旋转轮61沿东西向转动工程中更加稳定，所述伸缩件63为气缸或其他伸缩设备；在所述托架9的中心固定有螺母65和与所述螺母65匹配连接的调节螺杆66，该调节螺杆的一端穿过所述螺母65后与所述光伏组件8的背面进行连接，当光伏组件8在托架9上安装完成后，可以通过螺母65和调节螺杆66进行进一步固定定所述光伏组件8，当需要从托架9取出光伏组件8时，转动调节螺杆66从而推动光伏组件8离开托架9，从而更加容易将光伏组件8从托架9上取出。

在本实用新型中，结合图1和图2，使用CMOS图像传感器1用来替代一般的光强度传感器用于对太阳位置的判断，所述MCU控制单元2采用32 位处理器芯片，驱动输出模块4根据MCU控制单元2发出的运动指令来驱动光伏架托架9的X轴和Y轴的旋转执行机构运转，使光伏托架9跟随太阳的运动。光伏托架9的X轴及Y轴的倾角信息通过这部电路反馈到MCU控制单元2，光伏托架9的X轴旋转执行机构5及倾角反馈装置(驱动输出模块4) 用来实现光伏托架东西向的倾角控制，光伏托架的Y轴旋转执行机构6及倾角反馈装置(驱动输出模块4)，用来实现光伏支架南北向的倾角控制。本实用新型利用了LoRA通信模块7具有强抗干扰，传输距离远的特点，该系统追踪到的太阳方位角信息可以通过LoRA通信模块7传输到其它的追日系统，可以减少其它追日系统传感器的开销。或者在其它追日系统的CMOS图像传感器出现故障时，也可以从通信数据获得太阳正确的方位角，提高整个光伏电站追日系统的可靠性。当本实用新型的追日系统在开始一天的追日行为时， CMOS图像传感器1对太阳的方位进行检测，MCU控制单元2先根据内部的时钟及内部的数据库预估太阳大致的方位角，然后通过I²C数据接口令发送控制指令至CMOS图像传感器1拍摄一张曝光正常的图像，然后通过数据接口从CMOS图像传感器1读取图像数据并存入SDRAM中，然后对图像数据进行分析，找出太阳在图像中的位置，根据太阳在图片中的位置，计算出光伏组件8的理想的倾角与现在位置的东西向和南北向的角度差，然后迅速使固定支撑所述光伏组件8的托架9进入合理的方位角(东西向和南北向)，使光伏组件与太阳的光线垂直，然后再重复一次2的动作，确认光伏支架已进入最佳倾角(东西向和南北向)。然后光伏支架的东西向和南北向的倾角保存到 MCU控制单元2中，以备不时之需，随着时间的推移，太阳的位置会发生变化，系统重复2的动作使光伏支架再次进入理想的倾角(东西向和南北向)，每个追日系统之间可以通过LoRA通信模块7组成能相互通信的通信数据链，这样通信链路中的任一LoRa通讯模块可以通过其它LoRa通讯模块完成中继功能，从而间接地与追日系网络范围内任意的其它LoRa通讯模块建立通信连接，使每个追日系统侦测到的太阳位置可以通过数据共享，数据链中的其它追日系统不必自行侦测太阳的位置就能实现追日跟踪，过LoRA通信模块7 在空矿的地方传输距离可达3～5km，完全适合于大型光伏电站的追日系统组建数据链。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。