一种基于LoRA通信的光伏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，尤其涉及一种基于LoRA通信的光伏追日跟踪系统。

背景技术：

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，也即X轴方向和Y方向)，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，以提高能提高约30％左右的发电效能。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。与此同时，旋转机构设计不合理，不能自动追日，需要人工操作控制，从而不够方便，旋转机构非常复杂，旋转不够平稳，制造成本高，灵活性不高，地域差别大，且易出故障。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于LoRA通信的光伏追日跟踪系统，根据本实用新型的追日跟踪系统有利于光伏板接收太阳光的照射，从而使追日系统能全天候得到太阳光的照射，并且安装与拆卸简单、调节灵活，能自动调整追日角度，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，提供了一种基于LoRA通信的光伏追日跟踪系统，所述追日跟踪系统包括底座、转盘、立柱、驱动机构、用于支撑固定光伏板的安装支撑架以及跟踪控制单元和LoRA通信模，所述转盘收容于底座内且底部通过驱动机构安装于底座内，所述立柱竖直固定安装在所述转盘的中央，在所述立柱的顶端下方设置有固定横杆和固定斜杆，所述固定横杆的一端固定在立柱上，该固定横杆的另一端水平伸出与固定斜杆的一端连接，该固定斜杆的另一端向下倾斜且与所述立柱固定连接，在固定横杆上且靠近固定横杆与固定斜杆的连接处设置有伸缩件，所述立柱的顶端与安装支撑架的上端背面转动连接，所述安装支撑架的下端背面与所述伸缩件的伸缩端转动连接，在所述安装支撑架的下端正面边缘设置有CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器的视频输出端与所述跟踪控制单元的视频采集输入端连接，LoRA通信模块的通信端口与所述跟踪控制单元的通信控制端连接，所述跟踪控制单元的驱动输出端分别与所述驱动机构的驱动控制端和伸缩件的伸缩控制端电气连接，所述追日跟踪系统还包括角度传感器、温湿度传感器和风速传感器，所述角度传感器的输出端、温湿度传感器的输出端和风速传感器的输出端分别与跟踪控制单元的采集输入端连接，在所述转盘的底部还设置有转轮，所述转盘还通过转轮与所述底座内的底部滚动接触。

优选的，所述LoRA通信模块包括LoRA射频收发器和射频收发天线，所述跟踪控制单元通过LoRA射频收发器与射频收发天线通信连接。

上述方案进一步优选的，所述跟踪控制单元包括中央控制器、数据存储器和驱动输出模块，所述中央控制器的视频采集输入端与所述CMOS图像传感器的视频输出端连接，所述中央控制器的驱动输出端分别与所述驱动机构的驱动控制端和伸缩件的伸缩控制端电气连接，所述中央控制器的通信端通过LoRA射频收发器与射频收发天线通信连接，所述角度传感器的输出端、温湿度传感器的输出端和风速传感器的输出端分别与中央控制器的采集输入端连接。

上述方案进一步优选的，所述角度传感器设置于转盘边缘且位于固定横杆的正下方，所述温湿度传感器的输出端和风速传感器的输出端设置于固定横杆的端部上。

上述方案进一步优选的，所述驱动输出模块包括X轴驱动行模块、变频器和Y轴驱动执行模块，所述中央控制器的第一驱动输出端依次通过变频器和X轴驱动行模块与驱动机构电气连接，所述中央控制器的第二驱动输出端通过Y轴驱动执行模块与所述伸缩件的伸缩控制端电气连接。

上述方案进一步优选的，所述中央控制器采用STM32F107RB处理器芯片，所述数据存储器采用FIFO存储器模块。

上述方案进一步优选的，所述LoRA射频收发器通过SPI数据总线与所述中央控制器通信连接，所述LoRA射频收发器采用137MHz～525MHz无线自由信号频段进行通信。

上述方案进一步优选的，所述LoRA射频收发器采用433MHz无线自由信号频段进行通信。

上述方案进一步优选的，在接近所述安装支撑架上下两端端部的正面分别设置有用于支撑光伏板的条状弧形槽，在所述安装支撑架上下两端端部之间的正面还设置有多个中间支撑件，所述光伏板的背面两端通过条状弧形槽固定在所述安装支撑架的上下两端端部的正面，光伏板的中间背面通过中间支撑件固定在安装支撑架上下两端端部之间的正面。

上述方案进一步优选的，所述中间支撑件包括一体成型的支撑部和连接部，所述支撑部的下端固定在安装支撑架的正面，支撑部的上端为向下凹陷的弧面，在弧面的两侧边缘伸出所述连接部，在所述连接部上设置有通孔。

所述支撑部为实心圆柱、圆筒柱、空心方形柱或实心方形柱。

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图像传感器实时检测入射光线的角度，能有效的减少追日系统的执行机构调节角度动作次数，能快速地调节光伏板进入到合理的倾角范围之内，延长追日系统的使用寿命。同时采用LoRA通信模块组成的扩频通信网络技术将采集追日系统的通过LoRA网关接入上位机实现统一监控，从而实现对若干个追日系统进行统一检测和监控，而且采用CMOS图像传感器实时检测入射光线的角度以减少整个太阳能追日系统的传感器数量，并能增强整个太阳能的追日系统的可靠性，从而有效提高了本实用新型太阳能追日系统的发电效率。

(2)、本实用新型利用CMOS图像传感器实时检测入射光线的角度，并相应调整太阳能板的方向和仰角(倾角)，将倾角等信息传递到中央控制器，中央控制器整合太阳能板、CMOS图像传感器以及其他传感器所传递的信息进行处理，并自动地调整方向和倾角，从而达到自动追日的目的，从而能最大范围地进行调节X方向和Y方向的转动幅度，整个控制机构简单，成本低，且不易发生故障，而且增强了整体结构的稳定性，转动过程比较平稳，跟踪精度高，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是本实用新型的一种基于LoRA通信的光伏追日跟踪系统的结构示意图；

图2是本实用的安装支撑架与光伏板的结构关系示意图；

图3是本实用的中间支撑件结构示意图；

图4是本实用的LoRA通信模块的通信原理示意图；

附图中，1-底座，2-转盘，3-立柱，4-驱动机构，5-安装支撑架，6-固定横杆，7-固定斜杆，8-伸缩件，9-CMOS图像传感器，10-跟踪控制单元，11-LoRA通信模块，12-角度传感器，13-温湿度传感器，14-风速传感器，20-转轮，50-条状弧形槽，51-中间支撑件，100-中央控制器，101-数据存储器，102-驱动输出模块，110-LoRA射频收发器，111-射频收发天线，112-LoRA网关，113-上位机，510-支撑部，511-连接部，512-弧面，513-通孔，500-光伏板。

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，根据本实用提供的一种基于LoRA通信的光伏追日跟踪系统，所述追日跟踪系统包括底座1、转盘2、立柱3、驱动机构4、用于支撑固定光伏板500的安装支撑架5以及跟踪控制单元10和LoRA通信模块11，所述转盘2收容于底座1内且底部通过驱动机构4安装于底座1内，所述立柱3竖直固定安装在所述转盘2的中央，在所述立柱3的顶端下方设置有固定横杆6和固定斜杆7，所述固定横杆6的一端固定在立柱3上，该固定横杆6的另一端水平伸出与固定斜杆7的一端连接，该固定斜杆7的另一端向下倾斜且与所述立柱3固定连接，在固定横杆6上且靠近固定横杆6与固定斜杆7的连接处设置有伸缩件8，所述立柱3的顶端与安装支撑架5的上端背面转动连接，所述安装支撑架5的下端背面与所述伸缩件8的伸缩端转动连接，在所述安装支撑架5的下端正面边缘设置有CMOS图像传感器9，所述CMOS图像传感器9的视频输出端与所述跟踪控制单元10的视频采集输入端连接，LoRA通信模块11的通信端口与所述跟踪控制单元10的通信控制端连接，所述跟踪控制单元10的驱动输出端分别与所述驱动机构4的驱动控制端和伸缩件8的伸缩控制端电气连接，所述追日跟踪系统还包括角度传感器12、温湿度传感器13和风速传感器14，所述角度传感器12的输出端、温湿度传感器13的输出端和风速传感器的输出端14分别与跟踪控制单元10的采集输入端连接，在所述转盘2的底部还设置有转轮20，所述转盘2还通过转轮20与所述底座1内的底部滚动接触，立柱3固定安装在所述转盘2的中央且从转盘体中穿出；所述驱动机构4(变频驱动电机)通过驱动转盘2转动时带动立柱3转动，转盘2底部设若干转轮20且该转轮20在底座1内随转盘一起转动，减少了转盘2与底座1内壁和底部之间的摩擦。所述角度传感器12的输出端、温湿度传感器13的输出端和风速传感器的输出端14分别与中央控制器100的采集输入端连接；所述角度传感器12设置于转盘2边缘且位于固定横杆6的正下方，所述温湿度传感器13的输出端和风速传感器14的输出端设置于固定横杆6的端部上。

如图1、图2和图3所示，所述驱动输出模块102包括X轴驱动行模块、变频器和Y轴驱动执行模块，所述中央控制器100的第一驱动输出端依次通过变频器和X轴驱动行模块与驱动机构4电气连接，中央控制器100输出的频率经过变频器控制驱动机构4按照一端的频率和速度进行转动，所述中央控制器100的第二驱动输出端通过Y轴驱动执行模块与所述伸缩件8的伸缩控制端电气连接；使光伏板500随安装支撑架5沿转轴3作圆周(沿X轴驱动)转动，然后在通过伸缩件8作伸缩动作调节安装支撑架5使光伏板500沿上下(沿Y轴驱动)方向转动，在接近所述安装支撑架5上下两端端部的正面分别设置有用于支撑光伏板500的条状弧形槽50，在所述安装支撑架5上下两端端部之间的正面还设置有多个中间支撑件51，所述光伏板500的背面两端通过条状弧形槽50固定在所述安装支撑架5的上下两端端部的正面，光伏板500的中间背面通过中间支撑件51固定在安装支撑架5上下两端端部之间的正面；所述中间支撑件51包括一体成型的支撑部510和连接部511，所述支撑部510的下端固定在安装支撑架5的正面，支撑部510的上端为向下凹陷的弧面512，在弧面512的两侧边缘伸出所述连接部511，所述支撑部510为实心圆柱、圆筒柱、空心方形柱或实心方形柱，在所述连接部511上设置有通孔513，所述安装支撑架5的正面通过中间支撑件51可拆卸安装所述光伏板500，光伏板500通过连接部511上的通孔513并采用螺栓穿过与之匹配的通孔513进行可拆卸安装固定，从而方便了光伏板500的各个组件安装和拆卸，所述伸缩件8的固定端固定在所述固定横杆6的边缘上，所述伸缩件8的伸缩端与所述安装支撑架5的下端背面连接且沿所述立柱3的轴线方向的轨迹进行伸缩动作，并支撑光伏板500和安装支撑架5随立柱3沿X轴方向转动过程中更加稳定，所述伸缩件8为气缸或其他伸缩设备；当需要从安装支撑架5内取出光伏板500时，先将通孔513内的螺栓从光伏板500背面拧出，然后再推动光伏板500离开条状弧形槽50，从而更加容易将光伏板500从安装支撑架5内取出。

如图1、图2、图3和图4所示，所述中央控制器100采用STM32F107RB处理器芯片，所述数据存储器101采用FIFO存储器模块；FIFO存储器模块用于接收CMOS图像传感器9输出的太阳移动的图像位置信息并将信息进行存储，也用于将图像位置信息传给中央控制器100，FIFO存储器模块也用于接收温湿度传感器13检测光伏板周围的温湿度参数和风速传感器14检测的风速信息并将其送入中央控制器100内；中央控制器100用于接收CMOS图像传感器模块的图像信息、温湿度传感器13检测光伏板周围的温湿度参数和风速传感器14检测的风速信息，并将接收的信息进行处理后传给LoRA通信模块11或发出指令给CMOS图像传感器模块；所述LoRA通信模块11包括LoRA射频收发器110和射频收发天线111，所述跟踪控制单元10通过LoRA射频收发器110与射频收发天线111通信连接，所述跟踪控制单元10包括中央控制器100、数据存储器101和驱动输出模块102，所述中央控制器100的视频采集输入端与所述CMOS图像传感器9的视频输出端连接，所述中央控制器100的驱动输出端分别与所述驱动机构4的驱动控制端和伸缩件8的伸缩控制端电气连接，所述中央控制器100的通信端通过LoRA射频收发器110与射频收发天线111通信连接，所述LoRA射频收发器110通过SPI数据总线与所述中央控制器100通信连接，所述LoRA射频收发器110采用137MHz～525MHz无线自由信号频段进行通信，优选的，所述LoRA射频收发器110采用433MHz无线自由信号频段进行通信。

在本实用新型中，结合图1、图2、图3和图4，X轴驱动行模块根据中央控制器100发出的运动指令来驱动转盘2的运转，使立柱3带动安装支撑架5及光伏板500跟随太阳的运动，角度传感器12检测转动的角度信息并反馈至中央控制器100，Y轴驱动行模块根据中央控制器100发出的运动指令来伸缩件8进行伸缩动作，光伏板500的倾角信息通过伸缩件8的伸缩动作的长度来实现动安装支撑架5及光伏板500沿Y方向的倾角控制，通过采用CMOS图像传感器1对太阳的方位倾角进行检测，并将倾角的角度信息反馈到中央控制器100从而实现光伏板沿Y轴方向的倾角控制，本实用新型减少了追日系统中传感器的开销。本实用新型利用了LoRA通信模块11具有强抗干扰和传输距离远的特点，该系统追踪到的太阳方位角信息可以通过LoRA通信模块11传输到LoRA网关进行汇集后，将多个追日跟踪系统的光伏板的数据通过LoRA网关112进行汇集后上传至上位机113进行统一监控，提高整个光伏电站追日系统的监控以及数据传输的可靠性和稳定性。当追日系统在开始一天的追日行为过程时，CMOS图像传感器9对太阳的方位进行检测，所述中央控制器100先根据内部的时钟及内部的预存数据进行预估太阳大致的方位角，中央控制器100通过I²C数据接口令发送控制指令至CMOS图像传感器9拍摄一张曝光正常的图像，然后通过I²C数据接口从中央控制器100读取图像数据并存入FIFO存储器模块，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，判断光伏板100所在的角度与倾角，然后迅速使安装支撑架5以及光伏板500进入合理的方位角，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。然后将安装支撑架5以及光伏板500所在的X轴方向的角度和Y方向的角度保存到中央控制器100中，随着时间的推移，太阳的位置会发生变化，系统重复的动作使安装支撑架5以及光伏板500再次进入理想的倾角，每个追日系统之间可以通过LoRA通信模块11组成能相互通信的通信数据链并可以通过LoRa网关完成数据汇集和中继传输功能并进行数据交互，从而实现多个追日系统的同时跟踪，因此在空矿的地方采用LoRA通信模块11进行追日跟踪数据的传输，传输距离可达3～5km或更长的距离，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。