专利名称：立体式细调阳光传感器的制作方法
技术领域：
立体式细调阳光传感器技术领域[0001]本实用新型涉及太阳能应用中自动跟踪太阳光的装置，尤其是涉及立体式细调阳光传感器。
背景技术：
[0002]开发新能源和可再生能源是全世界面临的共同课题，太阳能开发与利用已成为全球发展速度最快的技术之一。在新能源中，光伏发电是最具可持续发展理想特征的可再生能源技术，受到全世界的普遍重视。太阳电池方阵的发电量与太阳光入射角有关，当太阳光线与太阳电池方阵平面垂直时发电量最大。但是由于太阳随时间变化而运动，因此固定方阵的发电效率远远低于带跟踪系统的太阳能方阵，加上太阳能电池价格昂贵，导致太阳能发电成本居高不下，大大的制约了太阳能产业的发展。在高效光伏电池材料没有出现之前， 降低太阳电池发电成本的有效途径之一是研制具有使用价值的阳光自动跟踪系统，而准确无误的获得高精度阳光方向信息的阳光方位传感器是该系统必不可少的重要组成部分，通常国际上有计算机设定、天文时间以及太阳光信号采集几种主要方式，而对于高精度自动跟踪系统，仍然以直接采集太阳光信号为最佳选择。但是，由于自动跟踪系统及传感器所处的室外恶劣的工作环境，要在低成本条件下保证其工作的高精度和可靠性则是非常困难的。发明内容[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供了立体式细调阳光传感器，能够实时跟踪太阳光，该传感器使用方便，寿命长，同时跟踪精度高且性价比高，而且在恶劣环境中能够长期稳定的工作。[0004]为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是[0005]立体式细调阳光传感器，安装于聚光平台上，采用传感器检测控制电路模块对立体式细调阳光传感器的光敏元件采集到的信号进行放大和比较处理；[0006]所述的立体式细调阳光传感器，包括有校正桶201，校正桶201中间距离内壁面 20mm处分别安装四个与内壁面平行的卡槽平面203，卡槽平面203上设置上下自由移动的菲尼尔透镜202，卡槽平面203用来调节菲尼尔透镜202到第二底板204的垂直距离，即调节到第二底板204的光照强度，第二底板204固定于校正桶底座205的中央区域并正对于校正桶201顶端开口处，第二底板204的边长大于菲尼尔透镜202的边长；所述第二底板 204的中心安装有固定基座208，固定基座208的正东、正南、正西、正北四个方向分别安装四个大小形状完全一致的矩形硬质板206，矩形硬质板206以移动轴承209为轴上下转动， 从而与固定基座208的平面形成一定夹角，每个矩形硬质板206上均设置有卡槽条207，每个卡槽条207上均设置一个光敏元件，即第五光敏元件S5、第六光敏元件S6、第七光敏元件 S7和第八光敏元件S8,且第五光敏元件S5、第六光敏元件S6、第七光敏元件S7和第八光敏元件S8的性能参数一致。[0007]所述传感器检测控制电路模块，由信号放大电路和精密有源绝对值电路构成，所述输入信号VI，输入信号V2由一组光敏元件组提供，输入信号VI，输入信号V2经三个双运算放大器LM741和三个电位器处理后得到输出信号V3，输出信号V3经运放U358/1A， U358/1B处理后，得到输出信号V4，所述输出信号V4将信号传递给单片机的输入端。[0008]所述第五光敏元件S5和第七光敏元件S7，第六光敏元件S6和第八敏元件S8分别构成一组光敏元件组，[0009]传感器上安装的光敏元件对于不同的光照强度其阻值在一定范围可以成近似线性变化，传感器的光敏元件S1-S8产生的模拟量通过信号放大电路，滤波电路，比较电路等的处理提供给检测控制电路板的单片机输入口。[0010]本实用新型通过立体式细调阳光传感器精确对准太阳光，利用了传感器检测控制电路模块对采集的信号进行了放大和比较处理，高精度太阳方位传感器最终给后处理电路提供了可靠的高精度信号，从而保证高精度的太阳能跟踪系统的实现，使太阳能电池板获得最大光照强度。
[0011]图1(a)是本实用新型的立体式细调阳光传感器结构示意图，图1(b)是本实用新型的局部放大图。[0012]图2是传感器检测控制电路模块电路图。
具体实施方式
[0013]
以下结合附图和实施例对该实用新型作进一步详细说明。[0014]立体式细调阳光传感器，安装于聚光平台上，采用传感器检测控制电路模块对立体式细调阳光传感器的光敏元件采集到的信号进行放大和比较处理。[0015]如图1所示，所述的立体式细调阳光传感器，包括有校正桶201，校正桶201中间距离内壁面20mm处分别安装四个与内壁面平行的卡槽平面203，卡槽平面203上设置上下自由移动的菲尼尔透镜202，卡槽平面203用来调节菲尼尔透镜202到第二底板204的垂直距离，即调节到第二底板204的光照强度，第二底板204固定于校正桶底座205的中央区域并正对于校正桶201顶端开口处，第二底板204的边长大于菲尼尔透镜202的边长；[0016]所述第二底板204的中心安装有固定基座208，固定基座208的正东、正南、正西、 正北四个方向分别安装四个大小形状完全一致的矩形硬质板206，矩形硬质板206以移动轴承209为轴上下转动，从而与固定基座208的平面形成一定夹角，每个矩形硬质板206上均设置有卡槽条207，四个卡槽条207上分别设置有一个光敏元件，即第五光敏元件S5、第六光敏元件S6、第七光敏元件S7和第八光敏元件S8，且必须保证第五光敏元件S5、第六光敏元件S6、第七光敏元件S7和第八光敏元件S8的性能参数一致。[0017]所述传感器上安装的光敏元件对于不同的光照强度其阻值在一定范围可以成近似线性变化，传感器的光敏元件S5-S8产生的模拟量通过信号放大电路，滤波电路，比较电路等的处理提供给检测控制电路板的单片机输入口。[0018]如图2所示，传感器检测控制电路模块，包括有信号放大电路，由于光敏元件检测出来的信号比较小，放大电路需要采用3个双运算放大器LM741组成的差动放大电路，其双CN 202281956 U说明书3/4页端输入-单端输出，具有共模 抑制比高的特点。其中Rl = R3，R4 = R5，R6 = R7 ；可计算出放大的倍数M w = ^-(ι + 22 - F 1)；精密有源绝对值电路，这是一种经过改进的绝对值电路，信号失真比较低，适合小信号处理。其工作原理是输入电压V3 > 0时，运放U358/1A的输入电压小于0，运放U358/1B的输出电压大于0，二极管D2 导通，而二极管Dl两端加上了反向电压而被强制关断，运放U358/1B即是电压跟随器，则V4 =V3 ；输入电压V3 < 0时，运放U358/1A的输入电压大于0，运放U358/1B的输出电压小于0，二极管Dl导通，而二极管D2两端加上了反向电压而被关断，运放U358/1A作为反向电路，使得 V4 = -V3，所以 V4 = IVI 3。[0019]所述电路图中V1，V2的输入信号为一组光敏元件组提供，第五光敏元件S5和第七光敏元件S7，第六光敏元件S6和第八敏元件S8分别构成一组光敏元件组；V4的输出信号传递给单片机的输入口。[0020]首先把太阳光的光照强度通过光敏元件变换成电信号后分为0-255的256个级别，并且0对应无光照，255为最强的光照，且认为在正对太阳光的时候，4个光敏电阻元件所处区域面积内太阳光强度相同，即相互对称的二个光电传感器输出信号差小于某个设定阈值，只有当入射太阳光偏离接收平面法线时相应的输出信号差大于某个设定阈值时才输出有效的跟踪信号。[0021]如图1所示，立体式细调阳光传感器，光敏元件所感受到的光线可以来自各个方向，所以必须把光敏元件安装在一个校正桶201内，校正桶201的顶端中央区域留有一个正方形窗口，供太阳光射入，这样才能有效避免光敏元件被其他方向射来的光线照射到；在聚光器平面基本对准太阳后，单片机控制板自动转换为立体式细调阳光传感器工作，通过菲尼尔透镜202的聚光作用可以把光照强度增大数倍，光敏元件产生的信号也会增大很多， 调节菲尼尔透镜202在卡槽平面203上的位置，可以改变第二底板204表面受光照强度的大小当其在卡槽平面203上部时，第二底板204表面光照强度的增加较大；当其在卡槽平面203下部时，第二底板204表面光照强度的增加较小；矩形硬质板206以移动轴承209为轴上下转动，从而使其与固定基座208的平面形成一定夹角，夹角的大小可以按照需要任意设置，使第五光敏元件S5、第六光敏元件S6、第七光敏元件S7和第八光敏元件S8四个光敏元件所在平面的整体光照强度可以自由调整，有利其于接受校正桶201顶端中间窗口的入射阳光，立体式细调阳光传感器作为高精度调节传感器，第五光敏元件S5、第六光敏元件 S6、第七光敏元件S7和第八光敏元件S8在卡槽条207上自由移动然后加以固定，同样相互对称的光敏元件第五光敏元件S5和第七光敏元件S7、第六光敏元件S6和第八光敏元件S8 组成二组细调光敏元件组先检测判断S5和S7组成的细调东西光敏元件组，其所接受太阳光强度相同时，细调东西光敏元件组输出信号差小于某个细调设定阈值时，控制器不发出让东西方向电机动作的命令；再检测判断第六光敏元件S6和第八光敏元件S8组成的细调南北光敏元件组，其所接受太阳光强度相同时，细调南北光敏元件组输出信号差小于某个细调设定阈值时，控制器不发出让南北方向电机动作的命令；两组细调光敏元件组产生输出信号差都小于细调设定阈值时，此时认为阳光垂直照射菲尼尔透镜202 ；当细调光敏元件组输出信号差值超过细调设定阈值时，可以驱动控制电机转动，太阳能跟踪系统经过立体式细调阳光传感器提供光电信号的高精度调节后，跟踪精度高，可以作为高精度太阳能5跟踪系统的传感器来使用。
权利要求1.立体式细调阳光传感器，安装于聚光平台上，其特征在于，采用传感器检测控制电路模块对立体式细调阳光传感器的光敏元件采集到的信号进行放大和比较处理；所述的立体式细调阳光传感器，包括有校正桶001)，校正桶O01)中间距离内壁面 20mm处分别安装四个与内壁面平行的卡槽平面003)，卡槽平面(20 上设置上下自由移动的菲尼尔透镜002)，卡槽平面(20 用来调节菲尼尔透镜(20 到第二底板(204)的垂直距离，即调节到第二底板(204)的光照强度，第二底板(204)固定于校正桶底座(205)的中央区域并正对于校正桶(201)顶端开口处，第二底板(204)的边长大于菲尼尔透镜(202) 的边长；所述第二底板O04)的中心安装有固定基座008)，固定基座Q08)的正东、正南、正西、正北四个方向分别安装四个大小形状完全一致的矩形硬质板006)，矩形硬质板(206) 以移动轴承(209)为轴上下转动，从而与固定基座(208)的平面形成一定夹角，每个矩形硬质板(206)上均设置有卡槽条007)，每个卡槽条(207)上设置一个光敏元件，即分别为第五光敏元件(S5)、第六光敏元件(S6)、第七光敏元件(S7)和第八光敏元件(S8)，且第五光敏元件(S5)、第六光敏元件(S6)、第七光敏元件(S7)和第八光敏元件(S8)的性能参数一致；所述传感器检测控制电路模块，由信号放大电路和精密有源绝对值电路构成，所述输入信号Vl，输入信号V2由一组光敏元件组提供，输入信号Vl，输入信号V2经三个双运算放大器LM741和三个电位器处理后得到输出信号V3，输出信号V3经运放U358/1A，U358/1B处理后，得到输出信号V4，所述输出信号V4传递给单片机的输入端。
2.根据权利要求1所述的立体式细调阳光传感器，其特征在于，所述传感器检测控制电路模块的输入信号为一组光敏元件组提供，第五光敏元件(SO和第七光敏元件(S7)，第六光敏元件(S6)和第八敏元件(S8)分别构成一组光敏元件组。
专利摘要立体式细调阳光传感器，安装于聚光平台上，采用传感器检测控制电路模块对立体式细调阳光传感器的光敏元件采集到的信号进行放大和比较处理，所述的立体式细调阳光传感器，包括有校正桶，菲尼尔透镜和矩形硬质板，每个矩形硬质板上均设置有卡槽条和光敏元件，所述传感器检测控制电路模块，包括有信号放大电路和精密有源绝对值电路，立体式细调阳光传感器精确对准太阳光，保证高精度的太阳能跟踪系统的实现，使太阳能电池板获得最大光照强度。
文档编号G05D3/12GK202281956SQ201120423939
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者吴涛, 宁铎, 张剑莉, 黄建兵 申请人:陕西科技大学