[發明專利]一種面向物聯網應用的太陽能跟蹤系統

有效

• 申請號: 201310260808.9
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103399580A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 陳實;杜春明;趙亮;陳志奎;呂愛玲;柳繼委
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 趙連明

技術領域

本發明屬于移動通訊技術領域，特別是涉及到物聯網應用中太陽能跟蹤系統跟蹤運輸設備的技術。

背景技術

物聯網技術的高速發展帶領人們走向智慧時代。隨著人們對物理世界的各種信號、信息探索步伐的加快，各種傳感器的使用量迅猛增加。在多數情況下，人們希望：傳感器能夠長時間工作而不需要更換電池，傳感器采集的信號能夠遠傳到指定服務器而不需要人工收集，能夠遠程控制傳感器而不需要人工維護，不同類型的傳感器即插即用而不用為接口不統一而煩惱，傳感器安裝便捷、成本低廉等。

傳感器的工作離不開電能，短時間工作用干電池就可以解決傳感器供電問題。然而傳感器要連續工作達數月，就會面臨中途更換電池的問題，如果給傳感器配備大容量電池，又會造成資源浪費。如果要傳感器連續工作數年，那么供電將是一個更為嚴峻的問題。太陽能發電板可以解決傳感器的供電問題，但是，單純的太陽能發電板光能利用率低，要想滿足傳感器的功耗需求，板的面積就不得不增大，這將造成安裝不便、資源浪費等。

目前，市面上的太陽能跟蹤系統大多體積龐大、跟蹤方式大多采用光敏傳感器，根據光敏傳感器采集的數值調整太陽能跟蹤裝置的角度，進行多次采樣多次調整后才能對準太陽，流程繁瑣、能量利用率低。并且功能單一，僅僅具有供電功能，遠程的用戶無法獲取太陽能跟蹤裝置的工作狀態、電池電量等信息，更無法對其進行遠程控制。另外，物聯網中傳感器種類繁多、接口多樣，系統部署是一項繁重的工作。

為了解決上述問題，一種基于天文控制算法，具有數據無線遠傳、方便遠程控制的，傳感器采用統一接口標準、傳感器即插即用的，新型面向物聯網領域的太陽能跟蹤系統勢在必行。

發明內容

為實現上述目的，本發明提供了一種面向物聯網應用的太陽能跟蹤系統，由遠程服務器、物聯網成員和安裝在所有物聯網成員上的機械系統與電路系統組成。

機械系統由底座、支撐立柱、旋轉圓筒、下軸承、上軸承、水平旋轉裝置、垂直旋轉裝置和向日板組成；支撐立柱從下向上，依次固定著底座、下軸承的內圈、大傘齒的內圈、上軸承的內圈和上支座；旋轉圓筒上下兩端分別固定在上軸承和下軸承的外圈上；小傘齒與大傘齒在旋轉圓筒內咬合，小傘齒轉軸以水平方向伸出旋轉圓筒；小傘齒轉軸上套有襯套，襯套固定在旋轉圓筒的筒壁上，大傘齒與小傘齒的組合減速比為1:2；下渦輪固定在旋轉圓筒的外側小傘齒轉軸的端點處；下蝸桿固定在下步進電機的轉軸上，并與下渦輪咬合；下步進電機通過下機座固定在旋轉圓筒的外側；下步進電機帶動下蝸桿和下渦輪轉動，使旋轉圓筒圍繞支撐立柱360度旋轉；上步進電機通過上機座固定在旋轉圓筒上部的外側；上步進電機輸出軸上安裝上蝸桿，上蝸輪與上渦桿咬合，上渦輪內圈固定在水平的俯仰支架轉軸的中間部位；兩個俯仰支架分別固定在俯仰支架轉軸的兩端；向日板固定在俯仰支架上，向日板上表面安裝太陽能發電板、鋰電池和電路系統；上步進電機帶動上渦輪和上蝸桿旋轉，可以使向日板從水平面順時針右旋90度。

電路系統由太陽能發電板、充電模塊、鋰電池、電池管理模塊、步進電機驅動模塊、三軸加速度模塊、地磁場感應模塊、全球定位系統模塊、無線模塊、存儲模塊和中央處理器組成；中央處理器負責步進電機驅動模塊、三軸加速度模塊、地磁場感應模塊、全球定位系統模塊、無線模塊、存儲模塊、充電模塊和電池管理模塊的運行。

太陽能發電板接收太陽能，轉換為電能，是鋰電池的能量來源；充電模塊接收太陽能發電板轉換的電能為鋰電池充電；電池管理模塊是電池管理芯片，保護鋰電池，防止過充、過流和短路，檢測電池剩余電量，估計系統續航時間，為控制算法提供信息；鋰電池為中央處理器提供電能；步進電機驅動模塊用于驅動步進電機，改變向日板的方向；三軸加速度模塊用于檢查向日板的仰角，與步進電機驅動模塊構成閉環反饋；全球定位系統模塊用來獲取當地的經度和緯度，為天文控制算法提供原始數據，全球定位系統模塊可與遠程處理器通信；存儲模塊用于存儲系統運行過程中的各種信息；無線模塊分為短距離無線模塊和遠距離無線模塊，短距離無線模塊采用中央處理器自帶的RF收發器，遠距離無線模塊采用3G模塊；外部傳感器模塊將中央處理器輸出的IIC總線協議轉換為傳感器需要的總線協議。

機械系統使太陽能發電板在三維空間旋轉；電路系統伺服機械系統并且提供外部傳感器即插即用功能，外部傳感器模塊與中央處理器通訊采用統一的IIC接口方式；外部傳感器是采用任何通訊協議的傳感器。

所有物聯網成員的太陽能跟蹤系統的信息能夠通過無線網傳到遠程服務器。