[發明專利]太陽測向智能傳感器

無效

• 申請號: 200810234087.3
• 申請日: 2008-11-21
• 公開（公告）號: CN101619969A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 沈金榮
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種太陽測向智能傳感器，屬于太陽能應用技術和傳感器技術領域，應用于太陽跟蹤裝置。

背景技術

太陽能作為一種清潔無污染的能源，發展前景非常廣闊，然而它也存在著密度低、間歇性、空間分布不斷變化的問題，這就對太陽能的收集和利用提出了更高的要求。在太陽能熱利用中，為了得到中高溫熱能，必須使集熱器從日出到日落跟蹤太陽；在太陽能光發電中，相同條件下，自動跟蹤發電設備要比固定發電設備的發電量提高35％，成本下降25％，因此在太陽能利用中，進行跟蹤是很有必要的，而跟蹤裝置的精度明顯地影響設備利用太陽能的性能，因此對跟蹤裝置的控制方式進行研究是一項很有意義的工作。一般有閉環、開環、混合控制方式，其中閉環控制方式和混合控制方式均需使用傳感器來測定入射太陽光線和系統光軸間的偏差，當偏差超過一個閥值時，通過電機驅動機械部分轉動，減小偏差，直到使太陽光線與系統光軸重新平行，實現對太陽高度角和方位角的跟蹤。

跟蹤系統的有效控制很大程度依賴于傳感器，因此，傳感器的可靠性、抗干擾、精確度涉及整個控制系統的優劣。常用的傳感元件有光電池、光敏電阻、光電管、雙金屬條等，一般是直接接入測量電路，存在安裝不便、精度不高、標準不統一等問題。

發明內容

本發明太陽測向智能傳感器是針對太陽能跟蹤系統所使用的獨立傳感器安裝不便、精度不高、標準不一而設計的一種數字信號輸出的智能傳感器。使用一組光敏電阻陣列，通過單片機對光敏元件信號的采集和預處理(A/D轉換、數字濾波)，按照特定模型計算得出工作面與入射光線的夾角，以數字形式通過通信口輸出給控制驅動系統。該傳感器同時可采集現場溫度等多組其他信息，數據根據協議格式一起傳輸。具有信息數字化、通用性強、開放性、擴展性等特點。

本發明的技術方案：所述裝置由硬件電路、軟件和外殼三大部分構成。硬件電路部分由CPU、電源電路、光敏電阻陣列、溫度傳感器、輸入接口模塊、編碼模塊、通信模塊、存儲模塊組成，CPU為核心，各模塊分別通過印制電路板與CPU的I/O口相連接。其中光敏電阻陣列是圍繞轉軸間隔一定角度分布，且設置在孔壁為黑色吸光材料的散射光濾波器內；輸入接口模塊設置了一組供擴展其它模擬信號傳感器輸入的模擬接口和一組其它數字信號傳感器輸入的數字接口。軟件有模擬-數字轉換模塊、數據處理模塊、數據通信模塊和數據存儲模塊組成。本發明的外殼呈圓柱狀，下部為平行于軸線有一個剖面，散射光濾波器與圓柱形外殼連為一體，是在圓柱表面同一斷面上設置一組呈徑向分布的圓孔，孔徑與比光敏電阻直徑略大，孔壁為黑色吸光材料，深度一致，相鄰孔的軸線間隔角度相同。

本發明太陽測向智能傳感器的有益效果是：傳感器輸出信號為角度偏差量，且為數字信號，有利于控制系統的決策；通用性強，既適用于單軸跟蹤控制場合，兩個智能傳感器可同時使用，適用于雙軸跟蹤控制場合；安裝簡單，只需將本發明底部剖面平行于工作面，傳感器軸與跟蹤轉軸在同一平面內即可；精度高、成本低，可廣泛應用于太陽能提高利用率的跟蹤控制場合。

附圖說明

圖1為太陽測向智能傳感器的斷面結構示意圖。

圖2為太陽測向智能傳感器的電路結構框圖。

具體實施方式

太陽測向智能傳感器的外殼呈圓柱狀，下部為平行于軸線有一個剖面，圓柱表面同一斷面上設置安裝光敏電阻且指向斷面圓心的孔，直徑與比光敏電阻略大，深度一致，鄰孔的軸線間隔一定角度。其斷面結構示意圖如圖1所示，(1)-(8)為安放光敏電阻的八個孔，光敏電阻安裝在孔的底部，其感光面朝向外側；(9)為圓柱形外表面；(10)為底部的剖面；(11)為傳感器用于安放連接元件的電線的空腔。孔(4)和孔(5)分布在底部的剖面(10)的法線的兩側，當太陽光垂直底部的剖面(10)時，孔(4)和孔(5)內光敏電阻接收光照強度相同且最強，其它孔內的光敏電阻接收光照強度均比孔(4)和孔(5)的小。

太陽測向智能傳感器的電路結構框圖如圖2所示，電路部分由CPU(12)、電源電路(13)、光敏電阻陣列(14)、溫度傳感器(15)、輸入接口模塊、編碼模塊(18)、通信模塊(19)、存儲模塊(20)組成，CPU(12)為核心，各模塊分別通過印制電路板與CPU的I/O口相連接。其中光敏電阻陣列(14)是圍繞轉軸間隔一定角度分布，且設置在孔壁為黑色吸光材料的光學濾波器內；輸入接口模塊設置了一組供擴展其它模擬信號傳感器輸入的模擬接口(16)和一組其它數字信號傳感器輸入的數字接口(17)。

軟件分數據采集模塊、數據處理模塊、數據通信模塊和數據存儲模塊組成。

應用時，僅需將太陽測向智能傳感器安裝在跟蹤機構上，使底部剖面(10)平行于太陽能器件的工作面，使太陽測向智能傳感器的中心軸和所反饋跟蹤轉動軸在同一平面內即可。由于整個傳感器只有微小功耗，電源可由外部輸入，也可太陽能電池板供電。輸出是通過RS-232將傳感器獲得并處理得出的數字信號傳送到控制系統。