一种混合控制式太阳能追踪装置的制作方法

本实用新型涉及太阳能追踪技术领域，尤其是涉及一种混合控制式太阳能追踪装置。

背景技术：

随着人口的压力和传统能源的过度开发，新能源的研究开发已成为全世界的研究课题。太阳能作为一种绿色环保无污染能源已进入大众的视线。太阳能追踪装置的应用主要是基于太阳高度在不同角度位置时光能吸收平台是否达到高效运转。

目前，太阳能追踪装置主要是采用的光电转换，其转换效率不仅受限于所使用的半导体材料，整个太阳能模块系统设计对其效率也是有极大的影响。光能直接转换为热的过程比光电转化要直接，如何通过合理的设计光能聚焦控制系统平台来提高太阳能源利用率是目前吝待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述问题提供一种混合控制式太阳能追踪装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种混合控制式太阳能追踪装置，所述装置包括太阳能聚焦平台、机械控制模块和MCU主控模块，所述太阳能聚焦平台和MCU主控模块均安装于机械控制模块上，所述太阳能聚焦平台与MCU主控模块连接。

所述太阳能聚焦平台包括转动组件、太阳能转化组件和行程限位组件，所述太阳能转化组件和行程限位组件均安装于转动组件上，所述转动组件与机械控制模块连接，所述太阳能转化组件和行程限位组件均与MCU主控模块连接。

所述转动组件包括连接轴承，固定挡板和咬合大齿轮，所述连接轴承包括第一连接轴承和第二连接轴承，所述第一连接轴承与咬合大齿轮连接，所述第二连接轴承与机械控制模块连接，所述固定挡板包括大齿轮固定挡板和开槽固定挡板，所述 大齿轮固定挡板与第一连接轴承连接，所述开槽固定挡板与第二连接轴承连接，所述咬合大齿轮与机械控制模块连接。

所述太阳能转化组件包括太阳能真空管、太阳能真空管支架、太阳能聚焦曲面和有机玻璃盖板，所述太阳能真空管固定于太阳能真空管支架上，所述太阳能真空管支架与转动组件连接，所述太阳能聚焦曲面分别与转动组件和MCU主控模块连接，所述有机玻璃盖板覆盖于太阳能聚焦曲面上，与转动组件连接。

所述行程限位组件包括行程限位开关、行程限位开关触发杆和容纳行程限位开关触发杆的行程限位开关触发杆槽，所述行程限位开关与机械控制模块连接，所述行程限位开关触发杆和行程限位开关触发杆槽均固定于太阳能转化组件上。

所述机械控制模块包括承载支架、步进电机和咬合小齿轮，所述承载支架分别与太阳能聚焦平台和MCU主控模块连接，所述步进电机分别与太阳能聚焦平台和MCU主控模块连接，所述咬合小齿轮分别与步进电机和太阳能聚焦平台连接。

所述MCU主控模块包括判断信号采集组件、驱动组件、调试定位控制板和MCU主控组件，所述判断信号主控组件分别与太阳能聚焦平台和MCU主控组件连接，所述驱动组件分别与MCU主控组件和机械控制模块连接，所述调试定位控制板与MCU主控组件连接。

所述判断信号采集组件包括光电传感器、时钟芯片和行程限位开关信号采集器，所述光电传感器固定于太阳能聚焦平台上并与MCU主控组件连接，所述时钟芯片与MCU主控组件连接，所述行程限位开关信号采集器分别与太阳能聚焦平台和MCU主控组件连接。

所述MCU主控组件包括存储芯片和MCU主控器，所述存储芯片与MCU主控器连接，所述MCU主控器分别与判断信号采集组件、驱动组件和调试定位控制板连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)采用太阳能聚焦平台，实现光能到热能的直接转化，与传统的光电转换相比，形式更加直接且转换效率更高。

(2)太阳能聚焦平台内设置行程限位组件，确保了太阳能聚焦平台的转动控制在一定的角度范围内，防止了聚焦平台由于惯性过量转动而导致的跟踪不精确，提高了太阳能的采集效率。

(3)通过太阳能聚焦曲面将太阳光反射聚焦于太阳能真空管内，一方面提高 了太阳能的采集效率，另一方面也扩大了太阳能的采集范围。

(4)设有有机玻璃盖板，一方面保证了太阳光可以照射到聚焦平台上，另一方面也保护了太阳能聚焦平台，防止异物掉落到太阳能聚焦曲面上破坏聚焦曲面，也防止太阳能真空管被破坏。

(5)设有行程限位开关触发杆槽，在不用时可以收纳行程限位开关触发杆，提高了装置的使用效率，节省了空间。

(6)设有调试定位控制板，可以对太阳能聚焦平台的位置进行校准和标定，使跟踪效果更加精确，同时也保障了在特殊情况下人工可以对装置进行控制，增强了整体装置的安全性。

(7)以时钟芯片为基准，结合光电传感器作为辅助，使整个控制模块更加稳定可靠，对太阳能利用率的提升有着极大的帮助。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的透视图；

图3为本发明的结构线框图；

其中，1为太阳能聚焦平台，2为机械控制模块，3为MCU主控模块，11为第一连接轴承，12为第二连接轴承，13为咬合大齿轮，14为太阳能真空管，15为太阳能真空管支架，16为有机玻璃盖板，17为太阳能聚焦曲面，18为大齿轮固定挡板，19为开槽固定挡板，110为行程限位开关触发杆，111为行程限位开关触发杆槽，21为承载支架，22为咬合小齿轮，23为步进电机，31为MCU主控组件，32为时钟芯片，33为光电传感器，34为驱动组件，35为行程限位开关信号采集器，36为调试定位控制板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，为混合控制式太阳能追踪装置，包括：太阳能聚焦平台1，用于将太阳能进行聚焦，直接将太阳能转化为热能；机械控制模块2，用于控制太阳能 聚焦平台1的转动，实现太阳能聚焦平台1对太阳的追踪；MCU主控模块3，用于自动根据时间和当前接收的光信号计算太阳的位置坐标，驱动机械控制模块2控制太阳能聚焦平台1的转动。

其中，太阳能聚焦平台1包括：转动组件，用于连接太阳能聚焦平台1和机械控制模块2，实现太阳能聚焦平台1的转动；太阳能转化组件，用于跟随转动组件进行转动，继而聚焦接收太阳能并将其转化为热能；行程限位组件，用于限制太阳能聚焦平台1的转动角度。转动组件包括：连接轴承，包括第一连接轴承11和第二连接轴承12，用于连接太阳能聚焦平台1和机械控制模块2，作为太阳能聚焦平台1的转动轴；固定挡板，包括大齿轮固定挡板18和开槽固定挡板19，分别与第一连接轴承11和第二连接轴承连接，用于固定太阳能转化组件；咬合大齿轮13，用于根据机械控制模块2的控制实现太阳能聚焦平台1的转动。太阳能转化组件包括：太阳能真空管14，用于将接收到的太阳能转化为热能；太阳能真空管支架15，用于将太阳能真空管14固定于转动组件上；太阳能聚焦曲面17，用于接收太阳能，并将其反射聚焦于太阳能真空管14；有机玻璃盖板16，用于透过阳光并保护太阳能真空管14。行程限位组件包括：行程限位开关，用于限制太阳能聚焦平台1的转动角度；行程限位开关触发杆110，用于手动或自动触发行程限位开关；行程限位开关触发杆槽111，固定于太阳能转化组件上，用于收纳并固定行程限位开关触发杆110。

机械控制模块2包括：承载支架21，用于承载支撑太阳能聚焦平台1和MCU主控模块3；步进电机23，用于根据MCU主控模块3的信号控制太阳能聚焦平台1的转动，实现太阳能聚焦平台1对太阳的追踪；咬合小齿轮22，用于连接太阳能聚焦平台1和步进电机23，实现太阳能聚焦平台1的转动。

MCU主控模块3包括：判断信号采集组件，用于采集控制太阳能聚焦平台1转动角度的判断信号；驱动组件34，用于驱动机械控制模块2控制太阳能聚焦平台1的转动；调试定位控制板36，用于对太阳能聚焦平台1的位置进行校准和标定；MCU主控组件31，用于根据判断信号采集模块采集的信号进行计算，得到太阳能聚焦平台1转动的方向和角度，并将其传输至驱动模块。判断信号包括光信号、时间信号和行程限位开关的电信号。判断信号采集组件包括：光电传感器33，安装于太阳能聚焦平台1上，用于采集当前接收到的光信号；时钟芯片32，用于记录时间信号；行程限位开关信号采集器35，用于采集行程限位开关的电信号。 MCU主控组件31包括：存储芯片，用于存储当地时间太阳升起角度、当前接收到的光信号、时间信号和行程限位开关的电信号；MCU主控器，用于根据时间信号判断当前时间，结合存储的当地时间太阳升起角度，计算太阳能聚焦平台1转动的方向和角度，并根据接收到的光信号对计算结果进行修正，同时根据行程限位开关的电信号，判断太阳能聚焦平台1是否需要制动。

本装置的具体立体结构如图2～3所示，连接方式如下：太阳能聚焦平台1通过第一连接轴承11和第二连接轴承12固定于机械控制模块2的承载支架21上，固定在第一连接轴承11的咬合大齿轮13通过咬合小齿轮22连接到步进电机23上。混合控制式太阳能追踪装置以固定于承载支架21上的MCU主控组件31为核心，以时钟芯片32为基准，本实施例中采用的是DS1302芯片，通过查询当地时间太阳升起角度，结合分布于太阳能聚焦平台1内太阳能真空管14两侧的两块光电传感器33的采集信号，控制驱动组件34驱动步进电机23以带动太阳能聚焦平台1转动，实现太阳光线经过太阳能聚焦曲面17反射后对太阳能真空管14聚焦；固定在太阳能聚焦曲面17上的行程限位开关触发杆110及连接到MCU控制系统的行程限位开关信号采集器35和调试定位控制板36用于对太阳能聚焦平台1位置的辅助校准和限定。

太阳能聚焦平台1的第一连接轴承11通过大齿轮固定挡板18连接太阳能聚焦曲面17，第二连接轴承12通过开槽固定挡板19连接太阳能聚焦曲面17，太阳能真空管14通过太阳能真空管固定支架15固定在大齿轮固定挡板18和开槽固定挡板19之间，太阳能聚焦平台有机玻璃盖板16连接太阳能聚焦曲面17、大齿轮固定挡板18和开槽固定挡板19，行程限位开关触发杆槽111用于收纳行程限位开关触发杆110。

本装置具体使用时，首先进行上电复位，复位后MCU主控制组件31读取DS1302时钟芯片数据，计算太阳能聚焦平台1运行到当前时间所对应角度位置，基于太阳位置坐标模型不够精确，根据光电传感器33进行微调，同时根据行程限位开关的电信号，判断太阳能聚焦平台1是否需要制动，若需要则发送制动信号至驱动组件34，控制步进电机23制动太阳能聚焦平台1，在太阳能聚焦平台1达到目标位置并制动后，太阳光线经过太阳能聚焦曲面17反射后对太阳能真空管14聚焦，实现光能对热能的转化，本装置具体的控制方法包括下列步骤：

步骤一：混合控制式太阳能追踪装置开机后，MCU主控器根据Mode0是否为 1判断进入初始标定与否；初始标定的目的为记录两次行程限位开关触发区间内的步进电机脉冲数N，同时写入外部存储芯片，以便系统进行日常校准；初始标定一经写入后除太阳能追踪系统重新组装等情况下原则上无需再次操作；

步骤二：MCU主控器根据Mode0的值是否为0判断进入日常校准与否；日常校准的用途为确保系统断电重新上电后以及从夜晚节能模式切换为日常工作状态时可以找到初始基准位置；

步骤三：混合控制式太阳能追踪装置在初始标定和日常校准后进入日常工作模式；通过读取时钟芯片，本实施例中为DS1302时钟芯片切换夜晚节能模式还是太阳能追踪模式；节能模式下关闭步进电机驱动供电；太阳能追踪模式下以DS1302时钟芯片为主导计算步进电机脉冲值，以光电传感器为辅助，实现太阳能聚焦平台微调，以使阳光照射经过太阳能聚焦曲面后聚焦轴线在太阳能真空管上，实现对太阳能真空管聚焦；

步骤四：太阳能追踪模式结束后进入夜晚节能模式，夜晚节能模式结束后进入日常校准模式，重复步骤二至步骤三。