太阳能电池板不垂直时，遮光杆62在太阳的斜射下，会在8个沿圆周方向均匀分布的光敏电阻63上投射下不同的阴影，使得8个光敏电阻产生不同的电压信号，控制主板根据不同压差信号控制机械传动装置调整，从而达到太阳光线与测光板61垂直的效果，太阳能电池板与测光板共面或平行设置;反之，当太阳光线与测光板垂直时，遮光杆投下的阴影不遮挡任何光敏电阻，此时各个光敏电阻之间没有压差，控制主板就控制装置不运转。此时，太阳能电池板采集太阳能，将太阳能转换成电能，通过稳压器稳定电压后输送到蓄电池，对蓄电池进行充电，蓄电池将电能通过变压器输送至控制主板，并为其提供电能，控制主板采集信号对太阳能电池板方向进行控制，使太阳能电池板正对太阳以最大效率进行光电转换。
[0042]结合图4所示，在检测方向时，当太阳光和遮光杆的夹角为Θ，光敏电阻检测区的半径(即光敏电阻与遮光杆的距离)为R，遮光杆的高度为L。当确定半径R时，遮光杆L的高度的计算公式为:
[0043]L = R/tan9。
[0044]其中，本实用新型中所指的方位角包括沿光杆到两个丝杆中点方向(南北方向)的第一方位角α、以及沿两个丝杆方向(东西方向)的第二方位角β。
[0045]参图5所示为丝杆一滑槽导轨沿南北方向的示意图，两个丝杆2同方向同步运动，当丝杆2从a位置上升到b位置时滑槽导轨收缩，光杆2高度不变，万向节扭动，滑槽导轨7从①位置运动到②位置，装置运转到预期角度。此时太阳能电池板转动的第一方位角为:
[0046]a = arctan(m/n),
[0047]其中，!11为丝杆伸长量，η为光杆到两个丝杆中点的距离；
[0048]参图6所示为丝杆一滑槽导轨沿东西方向的示意图，两个丝杆2反方向同步运动，当丝杆A由b运动到a时，丝杆B从I/运动到a'，滑槽导轨7伸长，光杆2高度不变，万向节扭动，滑槽导轨从①位置运动到③位置，装置运转到预期角度。此时太阳能电池板转动的第二方位角为:
[0049]0 = arctan(p/q),
[0050]其中，p为两个丝杆伸缩量的绝对值之和，q为两个丝杆之间的距离。
[0051]结合图2所示，本实施方式中光敏电阻所采集的信号传输到控制主板，控制主板对光敏电阻的压差进行分析并且发出信号，通过温度传感器测量温度以及光敏电阻测量光照强度，这些数据都由控制主板通过UCOS-1I操作系统储存在flash储存器中，并且在显示屏上显示。
[0052]本实用新型中三点定位太阳能自动跟踪装置的控制方法，包括以下步骤:
[0053]S1、测光装置检测光照方向；
[0054]S2、控制主板根据光照方向控制丝杆高度；
[0055]S3、判断太阳能电池板是否和光线垂直，若是，在预定时间后返回执行步骤SI，若否，则立即返回执行步骤SI。
[0056]结合图7所示，本实用新型的一【具体实施方式】中，首先光敏电阻检测光照方向，接着单片机(控制主板)处理数据、储存数据、显示数据，该数据包括温度数据和光照强度数据，同时单片机控制步进电机、调节太阳能电池板方向，最后当太阳电池板正对太阳时串口发送信息、太阳能电池板发电，提供系统电能，进行循环。
[0057]优选地，本实施方式中的控制主板采用主控芯片STM32F103(ARM)，并嵌入实时操作系统uC/OS-1I来控制整个系统，如:两个步进电机的脉冲控制，测光装置中光敏电阻的电压信号来确定太阳位置、检测温度和光照强度、LCD的显示，和Flash存储和与上位机的串口通信等。
[0058]由以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下有益效果:
[0059]采用三点定位原理支撑太阳能自动跟踪装置，结构简单；
[0060]利用各种机械构件结合步进电机，可以通过步进电机的转动带动整个装置运行；
[0061]可以调节太阳能电池板的角度，实时校准方向，可以实现半球面上旋转，提高了太阳能电池板的发电效率。
[0062]应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0063]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种三点定位太阳能自动跟踪装置，其特征在于，所述装置包括支撑底座、位于支撑底座上的太阳能电池板、以及与太阳能电池板共面或平行设置的测光装置，所述支撑底座上垂直安装有一个固定高度的光杆和两个高度可调的丝杆，所述光杆和丝杆在支撑底座上的固定点为三角形结构，所述太阳能电池板通过光杆和丝杆与所述支撑底座固定安装，所述装置根据测光装置确定太阳的方位角，并通过调整丝杆的高度调整太阳能电池板至太阳的方位角。2.根据权利要求1所述的三点定位太阳能自动跟踪装置，其特征在于，所述光杆和两个丝杆之间的距离相等，所述光杆通过万向节与太阳能电池板固定安装。3.根据权利要求1所述的三点定位太阳能自动跟踪装置，其特征在于，所述太阳能电池板上还设有用于供丝杆滑动且平行设置的滑槽导轨，丝杆高度变化时其顶端在所述滑槽导轨运动。4.根据权利要求1所述的三点定位太阳能自动跟踪装置，其特征在于，所述支撑底座上还设有用于收容丝杆的套筒、用于控制丝杆上下运动的步进电机、以及用于控制丝杆运动行程的行程开关。5.根据权利要求1所述的三点定位太阳能自动跟踪装置，其特征在于，所述测光装置包括测光板、位于测光板上的遮光杆、及位于测光板上且围绕遮光杆呈圆周均匀分布的若干光敏电阻。6.根据权利要求5所述的三点定位太阳能自动跟踪装置，其特征在于，所述遮光杆的高度L为L = R/tan9，其中，1?为光敏电阻与遮光杆的距离，Θ为太阳光和遮光杆的夹角。7.根据权利要求1所述的三点定位太阳能自动跟踪装置，其特征在于，所述装置还包括设于支撑底座上的蓄电池、电源开关及显示屏。8.根据权利要求2所述的三点定位太阳能自动跟踪装置，其特征在于，所述方位角包括沿光杆到两个丝杆中点方向的第一方位角α、以及沿两个丝杆方向的第二方位角β，其中， 所述第一方位角a = arctan(m/n)，两个丝杆同方向同步运动，m为丝杆伸长量，η为光杆到两个丝杆中点的距离； 所述第二方位角P = arctan(p/q)，两个丝杆反方向同步运动，P为两个丝杆伸缩量的绝对值之和，q为两个丝杆之间的距离。9.一种三点定位太阳能自动跟踪装置的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括:与太阳能电池板相连的稳压器、用于对电压进行转换的变压器、与变压器和太阳能自动跟踪装置相连的控制主板、以及无线控制模块，所述控制主板用于接收测光装置的测试数据调整丝杆的高度以调整太阳能电池板的方位角。
【专利摘要】本实用新型提供了一种三点定位太阳能自动跟踪装置及其控制系统，所述装置包括支撑底座、位于支撑底座上的太阳能电池板、以及与太阳能电池板共面或平行设置的测光装置，所述支撑底座上垂直安装有一个固定高度的光杆和两个高度可调的丝杆，所述光杆和丝杆在支撑底座上的固定点为三角形结构，所述太阳能电池板通过光杆和丝杆与所述支撑底座固定安装，所述装置根据测光装置确定太阳的方位角，并通过调整丝杆的高度调整太阳能电池板至太阳的方位角。本实用新型采用三点定位原理支撑太阳能自动跟踪装置，结构简单；可以调节太阳能电池板的角度，实时校准方向，可以实现半球面上旋转，提高了太阳能电池板的发电效率。
【IPC分类】G05D3/12
【公开号】CN205193600
【申请号】CN201521030409
【发明人】罗智文, 罗菊花
【申请人】中国科学院南京地理与湖泊研究所
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月10日