[發明專利]太陽自動追蹤裝置及其追蹤方法

無效

• 申請號: 201110455788.1
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102411377A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 王利強;木亞;張明學;劉鳳弟;董欣
• 申請（專利權）人: 天津職業技術師范大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種太陽自動追蹤裝置，包括太陽能極板、水平固定軸、固定太陽能極板和水平固定軸的水平支架、支撐水平支架的豎直軸、底座、帶動豎直軸轉動的豎直直流電機，帶動水平固定軸轉動的水平直流電機，自動控制電路，其特征在于，所述自動控制電路包括STC單片機、GPS芯片、傾角傳感器模塊、電子羅盤和直流電機驅動模塊。

2.根據權利要求1所述的太陽自動追蹤裝置，其特征在于，所述STC單片機U10的31、40引腳接+3.3V電源，20引腳接地，9引腳接復位電路，18、19引腳接11.0592M晶振的兩個引腳；STC單片機U10的10、11引腳分別接GPS芯片U7的5、4引腳，STC單片機U10的PIN1、PIN2、PIN3、PIN4、ENAIN和ENBIN引腳分別接光電耦合器U1、U3、U5、U6、U8和U9的2引腳，STC單片機U10的27引腳接傾角傳感器U11的SCL引腳和電子羅盤U12的SCL引腳，STC單片機U10的28引腳接傾角傳感器U11的SDA引腳和電子羅盤U12的SDA引腳

3.根據權利要求1所述的太陽自動追蹤裝置，其特征在于，所述GPS芯片U7的1、19和20引腳接3.3V電源，GPS芯片U7的2、3、10、11、12、13、14、15、16、18和30引腳接地，GPS芯片U7的4引腳接STC單片機U10的10引腳，GPS芯片U7的45引腳接STC單片機U10的11引腳，GPS芯片U7的17引腳接天線，GPS芯片U7的21引腳接備用電池，其它引腳懸空。

4.根據權利要求1所述的太陽自動追蹤裝置，其特征在于，所述傾角傳感器模塊U11的3.3V引腳接+3.3V電源，GND引腳接地，SCL接STC單片機U10的27引腳，SDA引腳接STC單片機U10的28引腳，其他引腳懸空。

5.根據權利要求1所述的太陽自動追蹤裝置，其特征在于，所述電子羅盤模塊U12的3V3引腳接+3.3V電源，GND引腳接地，SCL引腳接STC單片機U10的27引腳，SDA引腳接U10單片機的28引腳，其他引腳懸空。

6.根據權利要求1所述的太陽自動追蹤裝置，其特征在于，直流電機驅動模塊U4采用L298芯片，U4的IN1、IN2、IN3、IN4、ENA和ENB引腳分別接到光耦合器U1、U3、U5、U6、U8和U9的3引腳。直流電機驅動模塊U4的2、3、13和14引腳分別接水平直流電機204的1、2引腳和豎直直流電機303的1、2引腳。直流電機驅動模塊U4的1、15、8引腳接地，9引腳接5電源，4引腳接12V電源。

7.實現權利要求1所述的太陽自動追蹤裝置的追蹤方法，其特征在于，包括如下步驟：

(一)初始化STC單片機U10：設置STC單片機串口的工作波特率為4800BPS，8位數據位，1個停止標志位和沒有校驗位；串口接收程序采用中斷方式接收數據；

(二)初始化I2C協議：STC單片機U10使能I2C協議通信用的SCL引腳和SDA引腳，并設置傾角傳感器模塊U11和電子羅盤U12的工作模式；

(三)單片機接收GPS數據：(1)串口發生中斷，STC單片機U10接收到GPS芯片U7發送的數據，GPS芯片U7發送NMEA_0183系列數據，STC單片機U10判斷并選擇$GPRMC類型數據進行保存，如果不是$GPRMC型數據，STC單片機U10就繼續接收數據并判斷其類型，直到接收到完整的一個$GPRMC類型數據包，STC單片機U10接將GPS數據從ACSII碼形式轉換成數值型數據，STC單片機U10將時間、日期、緯度、經度等數據保存在內部RAM中，用來計算太陽位置，(3)STC單片機U10對緯度、經度數據進行多次數據取平均方法的濾波處理；

(四)計算太陽位置：(1)計算太陽赤緯角n為1月1日起的第幾天，n由GPS芯片U7發送的$GPRMC數據包的日期部分算出，(2)計算太陽時角ω＝15°(H-12)，H為24小時制的時間，(3)計算入射角θ_z＝cos^-1[sinδsinφ+cosδcosφcosω]，φ為緯度，(4)計算高度角α＝90°-θ_z，θ_z為太陽入射角，計算水平方位角α為太陽高度角；

(五)讀取太陽能極板數據：STC單片機讀取傾角傳感器模塊U11和電子羅盤U12的數據，獲得太陽能極板的俯仰角和水平角數據，并將數據存儲在RAM中；

(六)比較數據、控制電機：(1)比較傳感器測量值和STC單片機U10計算數值，(2)當太陽能極板101俯仰角大于計算所得的太陽俯仰角，STC單片機U10通過PIN1和PIN2、ENAIN引腳控制水平直流電機204，使水平直流電機204通過齒輪205、206帶動水平軸轉動201，在轉動調整過程中STC單片機U10一直通過傾角傳感器模塊U11測量太陽能極板101的俯仰角，當太陽能極板101的俯仰角和計算的太陽俯仰角相同時，停止轉動；反之，當太陽能極板101的俯仰角小于計算所得的太陽俯仰角，控制水平直流電機204反轉，直到太陽能極板101俯仰角和太陽高度角相同，停止轉動。等到下一刻鐘，再繼續調整俯仰角，(3)當太陽能極板101的水平方位角角大于計算所得的太陽水平方位角，單片機通過PIN3和PIN4、ENBIN控制豎直直流電機303，使豎直直流電機303通過齒輪302、304帶動豎直軸203轉動，在轉動調整過程中STC單片機U10一直通過電子羅盤U12測量太陽能極板101的水平方位角，當太陽能極板101的水平方位角和計算的太陽水平方位角相同時，豎直直流電機303停止轉動；反之，當太陽能極板101的水平方位角小于計算所得的太陽水平方位角，控制豎直直流電機303反轉，直到太陽能極板101的水平方位角和太陽水平方位角相同，豎直直流電機303停止轉動。等到下一刻鐘，再繼續調整方位角。