一种光电双轴太阳跟踪系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种太阳能利用装置，特别涉及一种光电双轴太阳跟踪系统。
【背景技术】
[0002] 太阳能具有间歇性、低密度、不断变化、空间分布的特性，所以太阳能的收集和利 用需要较高的要求。虽然研究出许多的太阳能利用设备，如太阳能电池、太阳能干燥器、太 阳能热水器等，但如今太阳能的利用还相差甚远，究其主要原因是利用率不够高。如何最大 限度的对太阳能进行利用，一直以来都是国内外学者努力研究的问题。这一问题的解决途 径有两个：提高太阳能设备的接收效率和能量转换率。前者属于技术问题，可用现有的科技 解决，后者属于能量的转换问题，还有待国内外学者的不懈研究。
[0003] 太阳跟随技术就是一种提高太阳能接受率的技术。通过机械结构和电机控制，保 证太阳光随时可以垂直入射到太阳能接受器件上，已达到最大限度的接收，从而提高接受 效率，完成对太阳能的利用率的提高。
[0004] 通过对太阳能的开发与利用，可以代替矿物质能源，从而减少了 C02的排放量，这 样一来既可以解决能源减少问题，还能够解决地球变暖问题。对太阳能的开发与利用无疑 是人类绝佳的选择。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一套可以对太阳进行跟踪的系统，能够让太阳能接收装置 和太阳光线保持趋于垂直的关系，为提高太阳能的利用率提供了一个可行的方法。
[0006] -种光电双轴太阳跟踪系统，其组成包括：太阳光探测头，直流力矩电机，直流力 矩电机驱动，二维旋转平台，太阳能接收板，接收板支架，英飞凌16位单片机XE164FN最小 系统，数据线。
[0007] 所述的一种光电双轴太阳跟踪系统，其特征是：采用光电双轴跟踪法，利用PID控 制，来实现对太阳位置的追踪。
[0008] 所述的一种光电双轴太阳跟踪系统，其特征是：太阳光电双轴跟踪系统由二维旋 转平台作为主要的执行部分。
[0009] 本发明的目的是这样实现的：太阳光电双轴跟踪系统主要由如下几个部分组成： 太阳光探测头，直流力矩电机，直流力矩电机驱动，二维旋转平台，太阳能接收板，接收板支 架，英飞凌16位单片机XE164FN最小系统，数据线等。
[0010] 本设计采用光电双轴跟踪法，利用PID控制，来实现对太阳位置的追踪。使用太阳 光探测头作为传感器，来识别太阳当前的位置，将传感器的输出经过控制器英飞凌XE164FN 的ADC模块进行AD转换后再送入捕获比较模块，进行比较计算，再输出PWM控制信号到执 行器，即驱使力矩电机转动，直至太阳光探测头的受光平面与太阳光线垂直，从而完成太阳 跟踪。
[0011] 太阳光电双轴跟踪系统由二维旋转平台作为主要的执行部分：在同地面垂直的轴 上安装一个直流力矩电机来跟踪太阳的方位角（以后称之为方位轴）；在同地平面平行的轴 上安装一个直流力矩电机以跟踪太阳的高度角（以后称之为俯仰轴)。跟踪系统的受光平 面，即太阳能接收板受两个直流力矩电机控制，通过装在太阳能接收板上的太阳光探测头 确定太阳位置，驱动电机在方位轴和俯仰轴上进行转动。直流力矩电机作为光电双轴系统 的重要执行元件，可以直接驱动负载无需任何齿轮机构，这样一来不仅缩短了传动链还消 除了齿隙。直流力矩电机还具有低速运行、高耦合刚度、高精度、高线性度、较高转矩/惯量 t匕、反应速度快及直接驱动的特点，因此可以提高系统的静态、动态控制精度及系统的稳定 性。
[0012] 本发明的优点是：由于目前太阳能的利用率低普遍很低，本发明设计了一套光电 双轴太阳跟踪与控制系统，其具有工作稳定、结构简单、成本低廉的特点。在我国，对太阳能 利用这一技术的推广和普及具有一定的价值。
【附图说明】
[0013] 图1光电双轴跟踪系统的闭环原理图；
[0014] 图2为执行机构的机构件图；
[0015] 图3为系统流程图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
[0017] -种光电双轴太阳跟踪系统，其组成包括：太阳光探测头，直流力矩电机，直流力 矩电机驱动，二维旋转平台，太阳能接收板，接收板支架，英飞凌16位单片机XE164FN最小 系统，数据线。
[0018] 其特征是：采用光电双轴跟踪法，利用PID控制，来实现对太阳位置的追踪。
[0019] 其特征是：太阳光电双轴跟踪系统由二维旋转平台作为主要的执行部分。
[0020] 结合图1，图1是光电双轴跟踪系统的闭环原理图；太阳光电双轴跟踪系统主要由 如下几个部分组成：太阳光探测头，直流力矩电机，直流力矩电机驱动，二维旋转平台，太阳 能接收板，接收板支架，英飞凌16位单片机XE164FN最小系统，数据线等。本设计采用光电 双轴跟踪法，利用PID控制，来实现对太阳位置的追踪。使用太阳光探测头作为传感器，来 识别太阳当前的位置，将传感器的输出经过控制器英飞凌XE164FN的ADC模块进行AD转换 后再送入捕获比较模块，进行比较计算，再输出PWM控制信号到执行器，即驱使力矩电机转 动，直至太阳光探测头的受光平面与太阳光线垂直，从而完成太阳跟踪。
[0021] 结合图2,图2为执行机构的机构件图。在同地面垂直的轴上安装一个直流力矩电 机来跟踪太阳的方位角（以后称之为方位轴）；在同地平面平行的轴上安装一个直流力矩电 机以跟踪太阳的高度角（以后称之为俯仰轴)。跟踪系统的受光平面，即太阳能接收板受两 个直流力矩电机控制，通过装在太阳能接收板上的太阳光探测头确定太阳位置，驱动电机 在方位轴和俯仰轴上进行转动。
[0022] 直流力矩电机作为光电双轴系统的重要执行元件，可以直接驱动负载无需任何齿 轮机构，这样一来不仅缩短了传动链还消除了齿隙。直流力矩电机还具有低速运行、高耦合 刚度、高精度、高线性度、较高转矩/惯量比、反应速度快及直接驱动的特点，因此可以提高 系统的静态、动态控制精度及系统的稳定性。
[0023] 结合图3,图3为系统流程图。PID控制器就是根据系统的偏差，使用比例（P)、积 分（I)、微分（D)的线形组合来组成控制量，去控制被控对象。其输出与输入之间的关系 (偏差），在时域中可表示为：
[0024]
【主权项】
1. 一种光电双轴太阳跟踪系统，其组成包括：太阳光探测头，直流力矩电机，直流力矩 电机驱动，二维旋转平台，太阳能接收板，接收板支架，英飞凌16位单片机XE164FN最小系 统，数据线。
2. 根据权利要求1所述的一种光电双轴太阳跟踪系统，其特征是：采用光电双轴跟踪 法，利用PID控制，来实现对太阳位置的追踪。
3. 根据权利要求1所述的一种光电双轴太阳跟踪系统，其特征是：太阳光电双轴跟踪 系统由二维旋转平台作为主要的执行部分。
【专利摘要】一种光电双轴太阳跟踪系统，可以对太阳进行跟踪的系统，能够让太阳能接收装置和太阳光线保持趋于垂直的关系，为提高太阳能的利用率提供了一个可行的方法。太阳光电双轴跟踪系统主要由如下几个部分组成：太阳光探测头，直流力矩电机，直流力矩电机驱动，二维旋转平台，太阳能接收板，接收板支架，英飞凌16位单片机XE164FN最小系统，数据线等。采用光电双轴跟踪法，利用PID控制，来实现对太阳位置的追踪。使用太阳光探测头作为传感器，来识别太阳当前的位置，将传感器的输出经过控制器的ADC模块进行AD转换后再送入捕获比较模块，进行比较计算，再输出PWM控制信号到执行器，直至太阳光探测头的受光平面与太阳光线垂直，从而完成太阳跟踪。
【IPC分类】G05D3-12
【公开号】CN104656680
【申请号】CN201310601166
【发明人】韩雪, 王滨
【申请人】哈尔滨功成科技创业投资有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月25日