0、第 二齿轮9,轴5随第二齿轮9而自转，从而带动太阳能天池板绕轴5转动，轴5为z轴方向， 对应自适应交角A。此时，太阳能电池板1旋转角度为角A，如图6所示，可以修正因为太阳 日出日落而导致太阳相对于移动船舶高度发生变化而引起的太阳光线相对于太阳能板的 转移，通过第二驱动单元的机械转动，使太阳能板跟踪太阳的高度变化而变化，保证了太阳 能板的空间稳定性。
[0074] 第三驱动旋转单元包括第三舵机17、第二传动齿轮18、第五齿轮20、第六齿轮21 和构架23,其中第二传动齿轮18和第五齿轮20设置在固定顶座22和固定底座16之间的 轴承上，第六齿轮21与构架23固定连接，构架23上设有与轴5连接的第二轴承7和与第 三齿轮10连接的第三轴承11，使得构架23不影响轴5自转。第三舵机17通过驱动第二传 动齿轮18带动轴承上的第五齿轮20转动，从而传递给第六齿轮，第六齿轮带动构架23绕 x轴转动，对应自适应交角B，x轴与y轴和z轴相互垂直。此时，太阳能电池板1旋转角度 为B，如图7所示，可以修正因为太阳东升西降而导致太阳相对于移动船舶高度发生变化而 引起的太阳光线相对于太阳能板的转移，通过第三驱动单元的机械转动，使太阳能板跟踪 太阳的方位变化而变化，保证了太阳能板的空间稳定性。
[0075] 软件采用模块化设计思想，根据太阳高度角、太阳方位角与时间、经炜度之间的关 系及船舶航向变化对太阳能板电池与光线之间的变化规律。通过C语言编制程序，以单片 机STM32为控制中心，对自适应太阳能电池板搭载装置的三个舵机进行控制，实现船载式 太阳能电池板的自适应调节。如图9所示，各个功能模块使用STM32处理器提供的资源实 现相应的控制。USART(串口）实现处理器通过无线模块与GPS和电罗经之间的通信，STM32 的通用I/O口实现对按键的控制。定时器提供的多路PWM信号控制多个舵机实现相应的机 械控制。
[0076] 设计中的按键通过通用的I/O口与STM32芯片连接，这些传感器将采集到的数据 发送给STM32处理。STM32的I/O口可以配置成8种模式：通用推挽式输出、通用开漏式输 出、复用推挽式输出、复用开漏式输出、模拟输入、浮空输入、下拉输入和上拉输入。编写软 件时需要根据按键的时序要求和数据的传递格式来做好相应的I/O口配置。在配置好I/O 口以后，参考按键数据编写要求编写读取存储在传感器ROM中的数据的函数。
[0077]GPS和电罗经通过串口（USART)与STM32进行数据的交换。串口通过数据发送引 脚（TXD)和数据接收引脚（RXD)以半双工的工作方式传递数据。需要把TXD引脚配置成复 用推挽式输出模式，RXD引脚配置成上拉输入。然后再按照STM32的串口的配置过程编写相 应的驱动函数，主要是实现相关寄存器的配置过程。在编写串口的驱动程序的过程中需要 注意的是设置好不同的串口的缓冲区，而且要协调好各个串口的工作过程，不能相互干扰。
[0078]PWM是英文PulseWidthModulation的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数 字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。STM32的定时器除了TM6，TIM7,其 他的定时器都可以产生PWM输出，STM32最多可以同时产生30路PWM输出。STM32的定时 器的配置同样是对多个相关寄存器进行操作。
[0079]STM32编程分为库函数版本和寄存器版本。其中寄存器版本代码的底层驱动绝大 部分采用ST(意法半导体公司）提供的库函数实现，具有简单、方便的特点；寄存器版本代 码底层驱动绝大部分直接操作寄存器实现，具有高效、快速的特点。
[0080] 以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术 人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依 据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
[0081] [1]李安定.太阳能光伏发电系统工程[M].北京：北京工业大学出社，2001:8
[0082] [2]西安建筑科技人学.建筑物理[M]. 3版.北京：中国建筑工业出版社，2004
[0083] [3]中国气象局.地而气象观测规范[s].北京：气象出版社.2003. 133
【主权项】
1. 一种船载式太阳能电池板自适应方法，其特征在于：它包括以下步骤： 51、 根据船的位置和当前日期及时间，计算太阳高度角和太阳方位角； 所述船的位置为经度和炜度信息；船的位置和当前日期及时间均从船上已有设备中导 入或手动输入； 所述的太阳高度角和太阳方位角根据天文学原理计算得到； 52、 根据太阳高度角hs、太阳方位角As和船舶转向角调整太阳能电池板的角度，使得 太阳能电池板与太阳光线垂直； 通过电罗经获得船舶船首向，经算法分析得到船舶转向角；设太阳能电池板与经线之 间所夹的锐角或直角为A，太阳能电池板与炜线之间所夹的锐角或直角为B，船舶转向前船 舶首尾线与船舶转向后船舶首尾线的夹角为C; 转动太阳能电池板使得A+hs=90°，B=As，C=船舶转向角，且C的方向与船舶转向角相 反。2. 根据权利要求1所述的一种船载式太阳能电池板自适应方法，其特征在于：所述的 S2具体为： 2. 1、首先启动复位键的设置，系统自动将电池板恢复到固定位置，该位置特征为：太阳 能板与船舶所在位置经炜线交叉所形成的平面平行，即保持太阳能板与经炜线的夹角为零 度； 2. 2、自适应太阳高度角变化 根据Sl得出的太阳高度角，转动太阳能电池板使得A+hs=90° ; 2. 3、自适应太阳方位角As变化 根据Sl得出的太阳方位角，转动太阳能电池板使得当地方时为06 :00-12:OO时，B=As; 当地方时时间在12:00-18 :00时，B= (360° -As); 2. 4、自适应船舶转向变化 根据S1得出的船舶转向角，转动太阳能电池板使得C=船舶转向角，且C的方向与船舶 转向角相反。3. -种用于实现权利要求1所述的船载式太阳能电池板自适应方法的船载式自适应 太阳能电池板搭载装置，其特征在于：它包括主控单元，以及与主控单元连接的3个驱动旋 转单元，分别使得太阳能电池板绕x、y、z轴转动，其中x、y、z轴构成空间三维坐标系，x、y 轴均与水平面平行，z轴为竖直方向；主控单元用于计算太阳高度角hs、太阳方位角As和船 舶转向角，发出控制指令给相应的驱动旋转单元。4. 根据权利要求3所述的船载式自适应太阳能电池板搭载装置，其特征在于：所述的3 个驱动旋转单元均通过齿轮传动。
【专利摘要】本发明提供一种船载式自适应太阳能电池板搭载装置及自适应方法，根据船的位置和当前日期及时间，通过船载GPS、电罗经输出的时间、经纬度、船首向计算太阳高度角、太阳方位角和船舶转向角；调整太阳能电池板的角度，使太阳能电池板与太阳光线垂直。实现上述方法的装置包括主控单元，以及与其连接的3个驱动旋转单元，主控单元用于计算太阳高度角、太阳方位角和船舶转向角，发出控制指令给相应的驱动旋转单元。采用本发明方法和装置，能够使得太阳能电池板随太阳和船舶船首向的变化而变化，自动调节太阳能电池板使其与太阳光线垂直，使航行的船舶充分利用太阳能，从而提高船载式太阳能电池板对太阳能的利用。
【IPC分类】G05D3/12
【公开号】CN104932546
【申请号】CN201510269037
【发明人】张笛, 张明阳, 万程鹏, 付姗姗, 赵江艳, 周涂强, 方杭, 朱浩强
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年5月22日