专利名称：二维自动旋转台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于能提高太阳能的利用效率的新型的二维自动旋转台。
背景技术：
随着人类生产与生活水平的提高，世界能源消费量大幅度增长。世界能源组织的研究显示，1971年～1995年期间，世界一次能源消费的平均年增长率为2.2％，1995年世界一次能源消费总量约为83.41亿toe。据预测，从目前到2020年这一期间，世界一次能源消费的平均年增长率约为2.0％，2020年世界一次能源消费总量将达到137.49亿toe，并且在过去的40-50年里，能源的消耗很大部分来自矿物燃料。多少次的能源危机使人们意识到，矿物燃料是有限的，人们不得不把关注的重点转移到新能源的开发与利用上来，尤其是太阳能的开发与利用。它在全球能源中占有比例将从目前的1％激增到50％。太阳能可通过光—转换成电能；可通过光—转换成化学能；可通过光—热转换为热能。但是任何形式的太阳能转换装置都必须有接受太阳光的部件，例如，集热器是按照一定的倾角来固定的，太阳能电池板是固定在二维旋转台上，但是现有的这些装置不能够保证接受太阳光的部件与太阳光始终垂直，大大降低了单位面积上的太阳能的利用效率。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种新型的二维自动旋转台，它能够使固定在其上面的接受太阳光部件的表面始终与太阳光垂直，大大提高了太阳能的利用效率。
本实用新型的目的是这样来实现的，自动二维旋转台包括二维PSD传感器、固定支架、轴承、蜗杆传动机构、联轴器、控制系统、电源系统、步进电机、水平转动轴、竖直转动轴、固定平板面、旋转台底座，其特点是，固定接受太阳光部件的固定支架分别通过水平转动轴和竖直转动轴和各自的蜗杆传动机构连接，蜗杆传动机构通过联轴器与步进电机连接；检测光点位置的二维PSD传感器置于固定平板面上，二维PSD传感器通过前置放大器，步进电机通过接口电路分别和控制系统相连接。
本实用新型的工作原理以接受太光光的部件为太阳能电池板为例作一说明，借助于固定平板面上二维PSD传感器受光面上的四个电极来检测入射点光的位置是否在受光面的中心，如果入射点光的位置在受光面的中心，则受光面的各个电极的电流均相等，此时入射光线与固定平面垂直。如果入射点光的位置不在受光面的中心，则受光面的各个电极的电流均不相等，则通过控制系统中的单片机计算可以知道入射点光与受光面中心的相对位置，从而计算出入射光线与固定平面法线的夹角，由此计算出控制水平转动的步进电机和控制竖直转动的步进电机的旋转角度为多大时，才能使入射太阳光与固定平面法线的夹角为0°由此计算出输出控制字节M，再由单片机根据计算的结果发出控制指令，通过单片机与步进电机的接口电路以及多路转换开关来依次选择控制水平转动的步进电机和控制竖直转动的步进电机，步进电机通过蜗杆传动机构带动固定支架作二维转动，转动到太阳光的入射光线与固定平面法线的夹角为0°。这样使固定在固定支架上面的平板始终与太阳光垂直，大大提高了太阳能的利用效率。固定支架通过蜗杆传动机构传动，由于其具有良好的自锁功能，只能由步进电机带动蜗杆运动，然后由蜗杆带动蜗轮运动，从而带动固定支架运动，顺序相反则不能运动。因此，当关掉步进电机后，外界的干扰因素就不会改变固定支架的位置。接受太阳光部件种类较多，如本旋转台尚可用于防止坦克砲筒晒热变形，即可使坦克砲筒始终和太阳光垂直。
图1为自动旋转台的结构示意图；图2为二维PSD传感器工作原理图；图3为改进表面分割二维PSD的位置检测原理图；图4为自动旋转台的控制线路框图；图5为步进电机与单片机接口电路图。
具体实施方式
本实施例中接受太光光的部件为太阳能电池板，结合附图作一说明，由图1所示，二维自动旋转台，包括二维PSD传感器1、固定支架2、轴承3、蜗杆传动机构4、联轴器5、控制系统6、电源系统7、步进电机8、水平转动轴9、竖直转动轴10、固定平板面11、旋转台底座12，其特点是，固定太阳能电池板的固定支架2分别通过水平转动轴9和竖直转动轴10和各自的蜗杆传动机构4连接，蜗杆传动机构通过联轴器5与步进电机8连接；检测光点位置的二维PSD传感器1置于固定平板面11上，二维PSD传感器通过前置放大器，步进电机通过接口电路分别和控制系统6相连接。
由图2、3所示，二维PSD传感器1的遮光罩的顶部平面13及受光面14与二维旋转台的固定平板面11平行，二维PSD传感器1的受光面四角上四个电极I1、I2、I3、I4和控制系统6的前置放大器连接。PSD(Position Sensitive LightDetector)是一种能检测光点位置的传感器，本实用新型用它来检测太阳光的入射光线与固定平面法线的夹角，PSD的遮光罩的顶部平面及受光面与二维旋转台的固定平板面平行。PSD传感器测量夹角的原理如图2、3所示，设入射光点的位置座标为a，b，则a，b的大小与各个电极的电流之间的关系式如下a=(I3+I4)Lx-(I1+I2)Lx2(I1+I2+I3+I4)----(1)]]>b=(I1+I4)Ly-(I2+I3)Ly2(I1+I2+I3+I4)----(2)]]>则，入射光线在tox平面中的投影线与固定平板的法线的夹角σx为σx=arctan(ah)----(3)]]>入射光线在toy平面中的投影线与固定平板的法线的夹角σy为σy=arctan(bh)----(4)]]>由图4所示，控制系统6由前置放大电路、采样滤波电路、采样保持电路、A/D转换器、单片机、单片机与步进电机的接口电路、晶闸管、多路转换开关、控制水平转动的步进电机、控制竖直转动的步进电机及电源所组成。其工作原理是由图2、图3、图4所示，太阳光透过二维PSD传感器1的透光孔16到达传感器的受光面14后，受光面的四个电极I1～I4产生电流，这些电信号依次经过前置放大电路放大，滤波电路滤去干扰信号，再经采样保持电路及A/D转换器，转换成相应的数字量保存8051单片机的寄存器中。如果入射点光的位置在受光面的中心，则受光面的各个电极的电流均相等，此时入射光线与固定平面垂直。如果入射点光的位置不在受光面的中心，则受光面的各个电极的电流均不相等，则通过计算可以知道入射点光与受光面中心的相对位置，从而计算出入射光线与固定平面法线的夹角，由此计算出控制水平转动的步进电机和控制竖直转动的步进电机的旋转角度为多大时，才能使入射太阳光与固定平面法线15的夹角为0°，由此计算出输出控制字节M，再由单片机根据计算的结果发出控制指令，通过单片机与步进电机的接口电路以及多路转换开关来依次选择控制水平转动的步进电机和控制竖直转动的步进电机，并使它们转动到对应的角度，使太阳光的入射光线与固定平面法线的夹角为0°。为了节约电能，在步进电机停止转动期间，单片机通过晶闸管关闭步进电机的总电源。
由图5所示，单片机与步进电机的接口电路是由反向器F、光电耦合器G、大功率晶体管T串联而成，大功率晶体管T输出与步进电机串联，并并联接有保护反向击穿功晶管的二极管D。在图5中，单片机的输出口P3.0，P3.1，P3.2作为步进电机三相控制端口，用以输出软件生成的脉冲序列，采用光电耦合器G将步进电机的驱动电路与单片机系统隔离，增强系统的抗干扰能力，并能防止功率管损坏时，电机驱动电路的高压损坏单片机。根据步进电机的选择原则，选用合适的大功率晶体管T，完成功率放大和电机驱动任务。二极管D为保护元件，给停电时电机绕组提供放电回路，防止过高的反向电压击穿功晶管。
权利要求1.一种二维自动旋转台，包括二维PSD传感器(1)、固定支架(2)、轴承(3)、蜗杆传动机构(4)、联轴器(5)、控制系统(6)、电源系统(7)、步进电机(8)、水平转动轴(9)、竖直转动轴(10)、固定平板面(11)、旋转台底座(12)，其特征在于，固定接受太阳光部件的固定支架(2)分别通过水平转动轴(9)和竖直转动轴(10)和各自的蜗杆传动机构(4)连接，蜗杆传动机构通过联轴器(5)与步进电机(8)连接；检测光点位置的二维PSD传感器(1)置于固定平板面(11)上，二维PSD传感器通过前置放大器，步进电机通过接口电路分别和控制系统(6)相连接。
2.根据权利要求1所述的二维自动旋转台，其特征在于所述的二维PSD传感器(1)的遮光罩的顶部平面(13)及受光面(14)与二维旋转台的固定平板面(11)平行，二维PSD传感器(1)的受光面四角上四个电极I1、I2、I3、I4和控制系统(6)的前置放大器连接。
3.根据权利要求1所述的二维自动旋转台，其特征在于所述的控制系统(6)由前置放大电路、采样滤波电路、采样保持电路、A/D转换器、单片机、单片机与步进电机的接口电路、晶闸管、多路转换开关、控制水平转动的步进电机、控制竖直转动的步进电机及电源所组成。
4.根据权利要求1、3所述的二维自动旋转台，其特征在于所述的单片机与步进电机的接口电路是由反向器F、光电耦合器G、大功率晶体管T串联而成，大功率晶体管T输出与步进电机串联，并并联接有保护反向击穿功晶管的二极管D。
专利摘要本实用新型涉及一种新型的二维自动旋转台，它包括PSD传感器、固定支架、轴承、蜗杆传动机构、联轴器、控制系统、电源系统、步进电机、水平转动轴、竖直转动轴、固定平板面、旋转台底座，其特点是，固定接受太阳光部件的固定支架分别通过水平和竖直转动轴和各自的蜗杆传动机构连接，并通过联轴器与步进电机连接；置于固定平板面上PSD传感器通过前置放大器和步进电机通过接口电路分别和控制系统相连接。优点是使固定在旋转台上面的平板始终与太阳光垂直，大大提高了太阳能的利用效率。
文档编号F16M11/12GK2573838SQ0226020
公开日2003年9月17日 申请日期2002年9月24日 优先权日2002年9月24日
发明者叶继涛, 陈儿同, 王芳, 贺运红 申请人:上海理工大学