专利名称：一种太阳能发电装置追日系统模拟教具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种模拟教具，具体涉及一种太阳能发电装置追日系统模拟教具。
背景技术：
目前，由于人类对能源的过分需求，地球上的不可再生能源面临着枯竭，能源紧缺的问题已摆在所有人面前，为此必须要找到其他的替代能源。从上个世纪开始，世界各国都致力于开发新能源，并且取得了一定的效果，风能、水能、太阳能、核能等新生能源早已在各国开发使用，其中以太阳能的使用居多，因此，对于太阳能发电的研究成为各国的研究课 题，与此同时，太阳能发电的模拟也成为了课堂教学的一部分，而现有的教具中没有动态演示太阳能发电板追随太阳移动装置，学生学习起来不直观，也不容易理解，为教学带来很大的不便。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种能够直观、动态演示太阳能发电装置追随太阳移动的太阳能发电装置追日系统模拟教具。为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案一种太阳能发电装置追日系统模拟教具，包括太阳能接收单元、支架、转动单元和用于控制太阳能接收单元的控制单元，所述太阳能接收单元通过转动单元设置在支架上，所述控制单元的输出端控制连接转动单元。所述的转动单元为二维云台。所述控制单元包括电源模块、高度角调节模块和水平角调节模块，所述电源模块分别为高度角调节模块和水平角模块供电；所述高度角调节模块包括第一太阳光感应电路、第一信号产生电路、第一放大电路和高度角调节电机,所述第一太阳光感应电路的输出端通过第一信号产生电路连接第一放大电路的输入端，第一放大电路的输出端连接高度角调节电机的输入端；所述水平角调节模块包括第二太阳光感应电路、第二信号产生电路、第二放大电路和水平角调节电机，述第二太阳光感应电路的输出端通过第二信号产生电路连接第二放大电路的输入端，第二放大电路的输出端连接水平角调节电机的输入端。所述第一太阳光感应电路包括第一光敏传感器和第二光敏传感器，所述第一光敏传感器与第二光敏传感器串联接在电源和地之间，所述第一光敏电阻与第二光敏电阻串联电路的中间节点作为太阳光感应电路的输出端；所述第二太阳光感应电路包括第三光敏传感器和第四光敏传感器，所述第二太阳光感应电路的连接关系与第一太阳光感应电路的连接关系完全相冋。所述第一信号产生电路包括第一差模信号产生电路、三角波产生电路、第一方波产生电路和第二方波产生电路，所述第一差模信号产生电路与三角波产生电路的的输出端分别连接第一方波产生电路与第二方波产生电路的输入端；所述第二信号产生电路包括第二差模信号产生电路、三角波产生电路、第三方波产生电路和第四方波产生电路，所述第二信号产生电路与第一信号产生电路的结构完全相同。[0010]所述第一放大电路包括由第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管组成的桥型电路，所述第一场效应管的漏极与第三场效应管的漏极共同连接高度角调节电机的第一输入端，第一场效应管的源极与第二场效应管的源极共同接地，所述第三场效应管的源极与第四场效应管的源极共同连接电源，第二场效应管的漏极与第四场效应管的漏极共同连接高度角调节电机的第二输入端；所述第二放大电路包括由第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管和第十场效应管组成的桥型电路，所述第二放大电路与第一放大电路的连接关系完全相冋。[0011]所述高度角调节模块还包括第一转换电路，所述第一转换电路包括第一继电器、 第一自动手动调节电路、第二自动手动调节电路，所述第一继电器的线圈串接在电源和地之间，所述第一继电器的第一转换开关的第一静触点用于连接第一方波产生电路的输出端，第二静触点通过第一手动调节开关接地，所述第一转换开关的动触点连接第一自动手动调节电路的输入端，所述继电器的第二转换开关的第一静触点用于连接第二方波产生电路的输出端，第二静触点通过第二手动调节开关接地，动触点连接第二自动手动调节电路的入端；所述水平角调节模块还包括第二转换电路，所述第二转换电路包括第二继电器、第三自动手动调节电路、第四自动手动调节电路，所述第二转换电路与第一转换电路的连接关系完全相冋。[0012]所述高度角调节模块还包括用于控制云台高度角旋转角度的第一行程开关和第二行程开关，所述第一行程开关用 于串联在第一转换开关的动触点与第一自动调节电路的输入端之间，第二行程开关用于串联在第二转换开关的动触点与第一转换电路的输入端之间；所述水平角调节模块还包括用于控制云台水平角旋转角度的第三行程开关和第四行程开关，所述第三行程开关用于串联在第三转换开关的动触点与第三自动调节电路的输入端之间，第四行程开关用于串联在第四转换开关的动触点与第四自动调节电路的输入端之间。[0013]所述控制单元还包括用于控制高度角和水平角工作与否的开关电路，所述开关电路包括第五光敏传感器、第四运算放大器和第十一场效应管，所述第四运算放大器与外围器件构成放大电路，第五光敏传感器通过第六十一电阻串接在第四运算放大器的同相输入端与地之间，所述放大电路的输出端通过第四十电源连接第十一场效应管的栅极，所述第十一场效应管的源极连接电源，漏极连接三角波产生电路的输入端。[0014]采用以上技术方案可以达到如下的技术效果[0015]由于本实用新型将太阳能接收单元通过转动单元设置在支架上，而转动单元由控制单元控制，因此当控制单元控制转动单元转动时，太阳能接收单元可以跟随转动单元转动，以适应不同的太阳高度和太阳角度，达到最大限度利用太阳能的目的。
[0016]图I是本实用新型的结构示意图；[0017]图2是本实用新型控制单元电源模块的电路图；[0018]图3是本实用新型三角波产生电路的电路图；[0019]图4是本实用新型高度角调节模块的电路图(不包括三角波产生电路)；[0020]图5是本实用新型水平角调节模块的电路图(不包括三角波产生电路);[0021]图6是本实用新型开关电路的电路图。
具体实施方式
[0022]如图I所示本实用新型包括太阳能接收单元I、支架2、二维云台3和用于控制太阳能接收单元的控制单元，所述太阳能接收单元I通过二维云台3设置在支架2上，所述控制单元的输出端控制连接二维云台3。[0023]所述的控制单元包括电源模块、高度角调节模块和水平角调节模块，所述电源模块分别为高度角调节模块和水平角模块供电。[0024]如图2所示所述电源模块包括稳压器U4及其周边的器件第十一电容器C11、第十二电容器C12、第十三电容器C13、第十八电容器C18、第二i^一电容器C21、第二十二电容器C22、第二十三电容器C23和第十四电容器C24。[0025]如图3、图4所示所述高度角调节模块包括第一太阳光感应电路、第一信号产生电路、第一转换电路、第一放大电路和高度角调节电机J1，所述第一太阳光感应电路的输出端通过第一信号产生电路连接第一转换电路的输入端，第一转换电路的输出端连接第一放大电路的输入端，所述第一放大电路的输出端连接高度角调节电机Jl :所述第一太阳光感应电路包括第一光敏传感器R5、第二光敏传感器R19、第二电阻R2、第十七电阻R17，所述第一光敏传感器R5与第二光敏传感器R19串联接在+5V电源和地之间，所述第二电阻R2与第十七电阻R17串联后并联在第一光敏传感器R5与第二光敏传感器R19的串联电路的两端。[0026]所述第一信号产生电路包括第一差模信号产生电路、第一方波产生电路、第二方波产生电路、三角波产生电路，所述三角波产生电路包括第一运算放大器U1A、第二运算放大器U1B、第三运算放大器U1C，所述第一运算放大器UlA的同相输入端通过第六十四电阻 R64连接自身的输出端，同时同相输入端还通过第四十二电阻R42连接第三运算放大器UlC 的同相输入端，反相输入端连接第二运算放大器UlB的同相输入端，同时反相输入端还分别通过第四十九电阻R49和第六十三电阻R63接地和电源，输出端通过第四十一电阻R41 连接第二运算放大器UlB的反相输入端，第二运算放大器UlB的反相输入端通过第八电容器CS连接自身的输出端，输出端连接第三运算放大器UlC的同相输入端，第三运算放大器 UlC的反相输入端连接自身的输出端。[0027]所述第一差模信号产生电路包括第五运算放大器U2A、第六运算放大器U2B，所述第五运算放大器U2A的反相输入端通过第四电阻R4连接第一光敏传感器R5与第二光敏传感器R19串联电路的中间节点，第五运算放大器U2A的同相输入端通过第三电阻R3连接第二电阻R2与第十七电阻R17串联电路的中间节点，所述第六运算放大器U2B的同相输入端通过第二i^一电阻R21连接第一光敏传感器R5与第二光敏传感器R19串联电路的中间节点，反相输入端通过第二十电阻R20连接第二电阻R2与第十七电阻R17串联电路的中间节点。[0028]所述第一方波产生电路包括第九运算放大器U3A、第八电阻R8和第九电阻R9，所述第九运算放大器U3A的反相输入端通过第九电阻R9连接第五运算放大器U2A的输出端，所述第九运算放大器U3A的同相输入端通过第八电阻R8连接第三运算放大器UlC的输出端。[0029]所述第二方波产生电路包括第十运算放大器U3B、第二十四电阻R24和第二十五电阻R25，所述第十运算放大器U3B的反相输入端通过第二十五电阻R25连接第六运算放大器U2B的输出端；第十运算放大器U3B的同相输入端通过第二十四电阻R24用于连接第三运算放大器UlC的输出端。[0030]所述第一转换电路包括第一自动手动调节电路和第二自动手动调节电路，所述第一自动手动转换电路包括第一继电器的第一转换开关S4-1、第五三极管Q5、第六三极管 Q6，所述第一继电器的线圈Kl通过第三开关S3连接在+12V电源与地之间，在第一继电器线圈Kl的两端并联有第一发光二极管LEDl与第二十八电阻R28的串联电路，所述第一继电器的第一转换开关S4-1的动触点al分别连接第五三极管Q5与第六三极管Q6的基极， 第一静触点bl连接第九运算放大器U3A的输出端，第二静触点b2通过第一手动调节开关 SI接地，同时第二静触点b2还通过第二发光二极管LED2与第二十六电阻R26连接+12V电源，所述第五三极管Q5的集电极分通过第四电容器C4接地，同时还通过第十电阻RlO连接自身的基极，还通过第一电容器Cl连接自身的发射极；所述第六三极管Q6的发射极通过第十三电阻R13与第一晶闸管Dl的串联电路连接第五三极管Q5的集电极，第六三极管Q6的集电极接地，同时通过第十二电阻R12与第三电容器C3的并联电路连接自身的发射极。 所述第二自动手动调节电路包括第一继电器的第二转换开关S4-2，第十二三极管 Q12，第十三三极管Q13，第十二三极管Q12的外围器件第二十九电阻R29、第一晶闸管D1、第五电容器C5、第三十电阻R30、第二电容器C2，第十三三极管Q13的外围器件第三十三电阻 R33、第二晶闸管D2、第三十二电阻R32、第七电容器C7，所述第二自动手动调节电路与第二自动手动调节电路的连接完全相同。[0032]所述第一放大电路包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4。所述第一场效应管Ql的栅极连接第六三极管Q6的发射极，第二场效应管 Q2的栅极连接第十三三极管Q13的发射极，所述第一场效应管Ql的源极与第二场效应管 Q2的源极共同接地；所述第三场效应管Q3的栅极通过第十一电阻Rll连接第五三极管Q5 的集电极，同时第五三极管Q5的集电极还连接+12V电源，所述第四场效应管Q4的栅极通过第三十电阻R30连接第十二三极管Q12的集电极，同时第十二三极管Q12的集电极还连接+12V电源，所述第三场效应管Q3的源极与第四场效应管Q4的源极共同连接+12V电源。 此外，所述第一场效应管Ql的漏极与第三场效应管Q3的漏极共同连接高度角调节电机Jl 的第一输入端，第二场效应管Q2的漏极与第四场效应管Q4的漏极共同连接高度角调节Jl 电机的第二输入端。[0033]所述高度角调节模块还包括用于控制云台高度角最大旋转角度的第一行程开关 S9和第二行程开关S10，所述第一行程开关S9串接在第六三极管Q6的基极与集电极之间， 第二行程开关SlO串接在第十三三极管Q13的基极与集电极之间。[0034]如图5所示所述水平角调节模块包括第三光敏传感器R35、第四光敏传感器R36、 第十八电阻R18和第六十七电阻R67构成第二太阳光感应电路，第七运算放大器U2C、第八运算放大器U2D、第十四三电阻R43、第四十四电阻R44、第四十八电阻R48、第六十八电阻 R68、第六十九电阻R69、第七十电阻R70和第七i^一电阻R71构成的第二差模信号产生电7路，第i 运算放大器U3C、第五十电阻R50和第五^ 电阻R5构成的第三方波产生电路, 第十二运算放大器U3D第七十二电阻R72和第七十三电阻R73构成的第四方波产生电路， 三角波产生电路(与高度角调节模块使用同一三角波产生电路)，第七场效应管Q7、第八场效应管Q8、第九场效应管Q9、第十场效应管QlO构成的第二放大电路，第十四三极管Q14、 第十六三极管Q16、第二继电器第一转换开关S6-1、第三手动调节开关S5构成的第三自动手动调节电路，第十五三极管Q15、第十七三极管Q17、第二继电器第二转换开关S6-2、第四手动调节开关S7构成的第四自动手动调节电路，用于控制云台水平角最大旋转角度的第三行程开关、Sll和第四行程开关S12以及水平角调节电机J2。所述的第二太阳光感应电路、第二差模信号产生电路、第三方波产生电路、第四方波产生电路、第三自动手动调节电路、第四自动手动调节电路和第二放大电路中各个器件的连接关系与高度角调节电路中各个器件的连接关系完全相同。[0035]如图6所示本实用新型还包括控制高度角调节模块与水平角调节模块工作与否的开关电路，所述的开关电路包括第四运算放大器U1D、第五光敏传感器R65和第九场效应管Q11，所述第四预算放大器UlD与第六电阻R6、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第六十二电阻R62组成放大电路，所述第五光敏传感器R65通过第六十一电阻R61串接在放大电路的输出端与地之间，所述放大电路的同相输入端通过第四十电阻 R40连接第九场效应管Qll的栅极，第九场效应管Qll的漏极连接三角波产生电路的输入端，源极连接+12V电源。[0036]本实用新型制作时，将第一光敏传感器R5与第二光敏传感器R19设置在一起,并通过黑色的铝板隔开，这样随着地球的公转和自转，第一光敏传感器R5与第二光敏传感器 R19感应的光线强度不一样，第三光敏传感器R35与第四光敏传感器R36感应的光线强度也会不一样。[0037]具体工作如下没有太阳光时(模拟太阳光)，第五光敏传感器R65的电阻最大,导致第十一场效应管Qll关断，+12V电源不能够接通后续所有的电路，因此不工作。[0038]当太阳照射北半球时，第一光敏传感器R5的电阻会减小，造成第五运算放大器 U2A的同相输入端的电压低于反相输入端的电压(第一电阻Rl与第十四电阻R14的阻值一样，第二电阻R2与第十七电阻R17的阻值一样)，而第六运算放大器U2B的同相输入端电压高于反相输入端的电压，因此产生差模信号产生的信号与三角波产生电路产生的三角波信号共同输入第一方波产生电路也第二方波产生电路中，此时如果第一继电器的第一转换开关S4-1接通的是动触点al与第一静触点bl的话，那么产生的信号会直接通过第五三极管 Q5输送给第三场效应管Q3，令第三场效应管Q3导通，同时由于第一继电器的第一转换开关 S4-1与第二转换开关S4-2为联动开关，因此第一继电器的第二转换开关S4-2也应该是第一动触点a2与第一静触点b3接通，信号同样会通过第十二三极管Q12导通第二场效应管 Q2，这样电流会通过第三场效应Q3流入高度角调节电机的第一输入端，然后从高度角调节电机的第二输入端流经第二场效应管Q2形成回路，电机的运行直接带动二维云台向北转动，令太阳能接收单元更好的朝向太阳，直到第一光敏传感器R5与第二光敏传感器R19的阻值再次相同为止。[0039]如果此时第一继电器的第一转换开关S4-1和第二转换开关S4-2均是由动触点接通第二静触点的话，则可以通过手动调节开关来完成调节，此时应该调节第一手动调节开关SI，按下第一手动调节开关SI后，第五三极管Q5和第六三极管Q6基极都直接接地，因此第五三极管Q5与第六三极管Q6都不导通，导致第一场效应管Ql不导通，而由于第三场效应管Q3的栅极通过第十一电阻Rll连接到了 +12V电源上，因此第三场效应管Q3是导通的，此时由于第二手动调节开关S2为闭合，第十二三极管Q12是导通的，因此第二场效应管 Q2也是导通的，所以高度角调节电机的电流还是由第一输入端流入，第二输入端流出，电机运转带动二维云台向北转动，同样令太阳接收单元更好地朝向太阳运转，达到更好利用太阳能的目的。[0040]当太阳照射南半球时，自动调节与手动调节构成与太阳照射北半球时的调节方法一致，只不过手动调节时调节的是第二手动调节开关S2，而此时第一手动调节开关SI是闭合的。同时由于地球的自转导致太阳光的水平角度不一样，此时就要通过水平角调节模块对太阳能接收单元的水平角度进行修正，其调节过程与高度角调节模块的调节过程一致， 也是分为自动调节和手动调节。[0041]本实用新型结构简单，实现了追日系统教学中的演示，令培训人员能够更直观地看到追日系统的工作原理和工作过程，能够提供学习人员的学习兴趣，为教学提供了更好的依据和保证。
权利要求1.一种太阳能发电装置追日系统模拟教具，其特征在于包括太阳能接收单元、支架、转动单元和用于控制太阳能接收单元的控制单元，所述太阳能接收单元通过转动单元设置在支架上，所述控制单元的输出端控制连接转动单元。
2.如权利要求I所述的太阳能发电装置追日系统模拟教具，其特征在于所述的转动单元为二维云台。
3.如权利要求2所述的太阳能发电装置追日系统模拟教具，其特征在于所述控制单元包括电源模块、高度角调节模块和水平角调节模块，所述电源模块分别为高度角调节模块和水平角模块供电；所述高度角调节模块包括第一太阳光感应电路、第一信号产生电路、第一放大电路和高度角调节电机，所述第一太阳光感应电路的输出端通过第一信号产生电路连接第一放大电路的输入端，第一放大电路的输出端连接高度角调节电机的输入端；所述水平角调节模块包括第二太阳光感应电路、第二信号产生电路、第二放大电路和水平角调节电机，述第二太阳光感应电路的输出端通过第二信号产生电路连接第二放大电路的输入端，第二放大电路的输出端连接水平角调节电机的输入端。
4.如权利要求3所述的太阳能发电装置追日系统模拟教具，其特征在于所述第一太阳光感应电路包括第一光敏传感器和第二光敏传感器，所述第一光敏传感器与第二光敏传感器串联接在电源和地之间，所述第一光敏电阻与第二光敏电阻串联电路的中间节点作为太阳光感应电路的输出端；所述第二太阳光感应电路包括第三光敏传感器和第四光敏传感器，所述第二太阳光感应电路的连接关系与第一太阳光感应电路的连接关系完全相同。
5.如权利要求4所述的太阳能发电装置追日系统模拟教具，其特征在于所述第一信号产生电路包括第一差模信号产生电路、三角波产生电路、第一方波产生电路和第二方波产生电路，所述第一差模信号产生电路与三角波产生电路的的输出端分别连接第一方波产生电路与第二方波产生电路的输入端；所述第二信号产生电路包括第二差模信号产生电路、三角波产生电路、第三方波产生电路和第四方波产生电路，所述第二信号产生电路与第一信号产生电路的结构完全相同。
6.如权利要求5所述的太阳能发电装置追日系统模拟教具，其特征在于所述第一放大电路包括由第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管组成的桥型电路，所述第一场效应管的漏极与第三场效应管的漏极共同连接高度角调节电机的第一输入端，第一场效应管的源极与第二场效应管的源极共同接地，所述第三场效应管的源极与第四场效应管的源极共同连接电源，第二场效应管的漏极与第四场效应管的漏极共同连接高度角调节电机的第二输入端；所述第二放大电路包括由第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管和第十场效应管组成的桥型电路，所述第二放大电路与第一放大电路的连接关系完全相同。
7.如权利要求6任意一项所述的太阳能发电装置追日系统模拟教具，其特征在于所述高度角调节模块还包括第一转换电路，所述第一转换电路包括第一继电器、第一自动手动调节电路、第二自动手动调节电路，所述第一继电器的线圈串接在电源和地之间，所述第一继电器的第一转换开关的第一静触点用于连接第一方波产生电路的输出端，第二静触点通过第一手动调节开关接地，所述第一转换开关的动触点连接第一自动手动调节电路的输入端，所述继电器的第二转换开关的第一静触点用于连接第二方波产生电路的输出端，第二静触点通过第二手动调节开关接地，动触点连接第二自动手动调节电路的入端；所述水平角调节模块还包括第二转换电路，所述第二转换电路包括第二继电器、第三自动手动调节电路、第四自动手动调节电路，所述第二转换电路与第一转换电路的连接关系完全相同。
8.如权利要求7所述的太阳能发电装置追日系统模拟教具，其特征在于所述高度角调节模块还包括用于控制云台高度角旋转角度的第一行程开关和第二行程开关，所述第一行程开关用于串联在第一转换开关的动触点与第一自动调节电路的输入端之间，第二行程开关用于串联在第二转换开关的动触点与第一转换电路的输入端之间；所述水平角调节模块还包括用于控制云台水平角旋转角度的第三行程开关和第四行程开关，所述第三行程开关用于串联在第三转换开关的动触点与第三自动调节电路的输入端之间，第四行程开关用于串联在第四转换开关的动触点与第四自动调节电路的输入端之间。
9.如权利要求3至8任意一项所述的太阳能发电装置追日系统模拟教具，其特征在于所述控制单元还包括用于控制高度角和水平角工作与否的开关电路，所述开关电路包括第五光敏传感器、第四运算放大器和第十一场效应管，所述第四运算放大器与外围器件构成放大电路，第五光敏传感器通过第六十一电阻串接在第四运算放大器的同相输入端与地之间，所述放大电路的输出端通过第四十电源连接第十一场效应管的栅极，所述第十一场效应管的源极连接电源，漏极连接三角波产生电路的输入端。
专利摘要本实用新型涉及一种模拟教具，具体涉及一种太阳能发电装置追日系统模拟教具，包括太阳能接收单元、支架、转动单元和用于控制太阳能接收单元的控制单元，所述太阳能接收单元通过转动单元设置在支架上，所述控制单元的输出端控制连接转动单元。本实用新型结构简单，实现了追日系统教学中的演示，令培训人员能够更直观地看到追日系统的工作原理和工作过程，能够提供学习人员的学习兴趣，为教学提供了更好的依据和保证。
文档编号G09B23/18GK202749000SQ201220454129
公开日2013年2月20日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者王 锋, 邱丽, 崔巍, 叶新娜 申请人:河南领聚能源科技有限公司