本发明涉及太阳能追光装置技术领域，具体涉及一种太阳能自动追光装置。
背景技术：
随着传统化石能源的枯竭，太阳能逐渐进入我们的视野。太阳能是一种取 之不尽用之不竭的清洁能源,太阳能发电被人们越来越重视。我国的西部地区有 着丰富的太阳能辐射量，大力开发太阳能,对我国西部地区有着重要的民生和经 济意义。太阳能的利用,有利于世界的环境保护,因此如何更进一步地提高太阳 能光伏发电装置的效率,无论是从科技应用的角度,还是从商业开发的角度讲都 是目前亟待解决的难题。然而,太阳能强度和方向不确定性及光照间歇性等特点, 给太阳能的收集带来了一定难度。传统的固定式太阳能采集系统没有充分利用 太阳的能量,吸收效率相对较低。因此,太阳位置自动追踪技术的研究,对提高太 阳能的吸收效率,高效、合理地利用太阳能具有重要的研究价值。
现有技术中，一部分太阳能追光装置只能根据时间来旋转太阳能板，以达 到追光的目的；一部分太阳能追光装置虽可以根据光照方向自动调节太阳能板 的角度，但光照采集装置过于简单，抗干扰能力较低。一部分太阳能追光装置 采用GPS定位技术来确定阳光方向，这样无疑增加了成本，不利于大规模推广。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种太阳能自动 追光装置，其实现了利用亮度采集模块和时钟模块，配合步进电机以及电动推 杆，从而实现追光装置的自动化运行。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种太阳能自动追光装置，包括受驱动可旋转的倾斜设置的太阳能板固定 板以及驱动所述太阳能板固定板纵向旋转的电动推杆、驱动所述太阳能板固定 板横向旋转的步进电机；所述太阳能板固定板的高端侧安装有亮度采集模块、 低端侧安装有位置信息采集模块，包括用以检测太阳能板横向旋转角度变化的 电子陀螺仪以及圆环形滑动变阻器；还包括控制单片机最小系统，所述单片机 最小系统与时钟模块、电机驱动模块、电源模块以及亮度采集模块、位置信息 采集模块电连接。
所述亮度采集模块包括固定板以及环设在所述固定板外侧的遮光壁，所述 固定板的上表面通过挡板组件形成五个感光区域，包括位于中心的中心感光区 域以及均匀布置在中心感光区域外侧的四个外侧感光区域，每个感光区域内安 装有多个光敏电阻。
每个感光区域内安装有四个光敏电阻，四个光敏电阻组成惠斯通测量电路。 每个感应区域内的四个光敏电阻与LM324运算放大器连接，形成一路亮度信息 采集电路。
所述遮光壁的高度大于所述挡板组件的高度。
所述电动推杆的底部连接固定地板、顶部安装有连接板，所述步进电机安 装在所述连接板上，所述电子陀螺仪安装在所述圆环形滑动变阻器上一侧，所 述圆环形滑动变阻器安装在驱动所述太阳能板固定板旋转的驱动轴上，所述驱 动轴与所述步进电机连接。
本发明将光控追光技术和时控追光技术合二为一，相互弥补不足，改善了 光照采集装置和采集电路，提高了精度和抗干扰能力，同时改进了旋转装置， 并增加了电子陀螺仪和圆环形滑动变阻器，可实时反馈旋转角度。
附图说明
图1是太阳能自动追光装置的电路原理示意图；
图2是太阳能自动追光装置的结构示意图；
图3是亮度采集模块的示意图；
图4-6分别是电源模块的电路接线原理示意图；
图7是时钟电路模块的电路接线原理图；
图8是光敏电阻与运算放大器的电路接线原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处 所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-8所示，一种太阳能自动追光装置，包括：
受驱动可旋转的倾斜设置的太阳能板固定板6以及驱动所述太阳能板固定 板纵向旋转的电动推杆2、驱动所述太阳能板固定板横向旋转的步进电机4；所 述太阳能板固定板的高端侧安装有亮度采集模块5、低端侧安装有位置信息采集 模块，包括用以检测太阳能板横向旋转角度变化的电子陀螺仪7以及旋转式圆 环形滑动变阻器8；还包括控制单片机最小系统，所述单片机最小系统与时钟模 块、电机驱动模块、电源模块以及亮度采集模块、位置信息采集模块电连接。
所述的电动推杆可实现旋转机构的纵向旋转。其特点在于利用电动推杆的 自锁功能保持稳定，且纵向旋转角度与装置所处纬度有关，并不需实时变化。 所述的步进电机，为太阳能板的横向旋转提供动力，以达到追光的要求。
所述的电子陀螺仪，可以采用ADXL345Z，以便检测出太阳能板旋转角度的 变化，且远离了步进电机和电动推杆的工作区域，从而降低了对电子陀螺仪的 干扰。所述的圆环形滑动变阻器，用以检测太阳能板横向旋转角度的变化。
所述的电子陀螺仪安装在所述圆环形滑动变阻器的内侧面上，所述圆环形 滑动变阻器安装在驱动所述太阳能板固定板的驱动轴9上，所述太阳能板固定 板的驱动轴9与步进电机的输出轴相连接，所述圆环形滑动变阻器的底部固定 在倾斜支撑板10上，所述倾斜支撑板10的低端与固定地板连接、高端与连接 板固定连接形成支撑结构。
需要说明的是，所述电子陀螺仪容易受电磁环境影响，滑动变阻器容易受 温度环境影响，而将二者相结合互相弥补不足。同时也可成为冗余机构，若一 个失去作用，另一个仍可正常工作，并反馈位置信息。
本发明中，单片机最小系统采用TI公司的430F149单片机控制器，此款控 制器具有低功耗等特点，包括晶振电路、复位电路。
所述电源模块如图4-6所示，包括电压转换元件VRB4812、电压转换元件 LM7805、电压转换元件LM1117，接插件P1接入供电电源，如48V蓄电池，经元 件VRB4812后，转变为12V，为步进电机和电动推杆的电机提供动力；其中，12V 电压经元件LM7805后，转变为5V电压，5V电压经元件LM1117，转变为3.3V， 为单片机最小系统的控制器供电。
所述时钟电路模块如图7所示，包括DS1302时钟芯片(U22)，用于为整个 装置提供时钟信号，经过一定的推算可以得出当前时间。根据时间与太阳光入 射角的关系，调整太阳能板角度，使太阳光可垂直射入太阳能板。接插件P3两 端分别接纽扣电池，即使掉电的情况下，时钟电路模块仍能准确计时。
所述亮度信息采集模块如图8所示，包括光敏电阻和LM324运算放大器， 共5路亮度信息采集电路，每一路由4个光敏电阻(电阻R1,R5,R6,R7)和1个 LM324(U*B)组成，4个光敏电阻组成惠斯通测量电路，并通过两个电阻R3，R7与LM324的1脚及3脚连接，LM324的1脚以电阻R2与LM324的输出信号脚 -4脚连接，将信号放大后传送到单片机电小系统，其优点是不易受电源内部电 阻的变化，以此来应对普通储能蓄电池供电时内阻变化较大的情况。LM324运算 放大器才有差分放大模式，可进一步提高抗干扰能力,图8仅示出其中一路的电 路图，其它几路与此相同。
需要说明的，本发明中，所述时钟模块、电机驱动模块、电源模块以及亮 度采集模块、位置信息采集模块与单片机最小系统的连接为本领域公知技术， 通过相应的接口连接即可，对此不再详细说明。
具体实现上，本发明中，所述亮度采集模块包括固定板以及环设在所述固 定板外侧的遮光壁56，所述固定板的上表面通过挡板组件57形成五个感光区域， 包括位于中心的中心感光区域以及均匀布置在中心感光区域外侧的四个外侧感 光区域，每个感光区域内安装有四个所述光敏电阻58。
具体实现上，所述遮光壁的高度大于所述挡板组件的高度。
所述亮度采集模块，可将光信号转化为电信号，具体结构如图3所示，分 为5个区域，包括中心感光区域55以及外围的四个感光区域51-54，感光区域 51处于下位置，感光区域53处于上位置；遮光壁56对光线做适当遮挡；挡板 组件57将内部区域进行分割。若当阳光直射时，5个区域均接收阳光；若当阳 光斜射时，由于遮光壁的作用，会存在某一区域不能接收阳光。
其中，在实现上，所述电动推杆2的底部连接固定地板1、顶部安装有连接 板3，所述步进电机4安装在所述连接板上，所述电子陀螺仪7安装在所述圆环 形滑动变阻器上一侧，所述圆环形滑动变阻器8安装在驱动所述太阳能板固定 板旋转的驱动轴上，所述驱动轴与所述步进电机连接。
其中，所述固定地板可以通过3个15mm的通孔固定在大地或者其他平面上。
本发明的工作流程如下：
在某一地区安装本太阳能自动追光装置，根据此地纬度调节电动推杆的伸 缩量，使阳光直射太阳能板上。
校对时间，存入此地的日出和日落时间。根据二者时间差使得步进电机匀 速带动太阳能板旋转，以完成“时控”追光的功能。
单纯使用“时控”追光，随着机械结构的磨损以及日出日落时间的变化， 会产生一定的误差。故加入“光控”追光功能。
图3中区域55的光照信息采集电路将信号传递至单片机最小控制系统的单 片机。若阴天则传递“0”信号，禁止旋转；若晴天则传递“1”信号，可旋转。
当阳光入射时，若图3中区域51的光照强度大于图3中区域53的光照强 度，则应缩小电动推杆的伸缩量，使图3中区域51的光照强度大致等于图3中 区域53的光照强度；若图3中区域51的光照强度小于图3中区域53的光照强 度，则应伸长电动推杆的伸缩量，使图3中区域51的光照强度大致等于图3中 区域53的光照强度；以完成纵向追光。
当阳光入射时，若图3中区域52的光照强度大于图3中区域54的光照强 度，则应使步进电机正向旋转，使图3中区域2的光照强度大致等于图3中区 域54的光照强度；若图3中区域2的光照强度小于图3中区域54的光照强度， 则应使步进电机反向旋转，使图3中区域52的光照强度大致等于图3中区域54 的光照强度；以完成横向追光。
具体实现上，可以默认设置为每5个小时进行一次“光控”追光校准，其 他时间则采用“时控”追光的形式，从而既可以完成准确追光，又可以延长机 械结构的使用年限，并减少能源损耗，提高能源转换效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。