专利名称：轻型太阳能车动态太阳能功率自动追踪装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种轻型太阳能车动态太阳能功率自动追踪装置，是一种具有提 高太阳能电池板利用率功能的自动追踪系统，属于载运工具技术领域。
背景技术：
当前国际上太阳能车的研究是一个热点，对于我国西部高原而言，由于地处高原， 大气层较薄，日照时间较长，比较适合太阳能车的应用，典型的城市有拉萨和昆明。近几年 轿车发展太快，造成城区道路严重拥挤，在上下班高峰期，市内道路拥堵造成汽车的速度不 如电单车快。由于太阳能电池板的造价昂贵，而实用化太阳能车的功率也很小；另外由于受 到太阳能电池板面积的限制，功率一般小于1000W，因而提高其利用率是极为重要的。提高 太阳能电池板的利用率最现实的做法是尽可能让太阳光垂直照射太阳能电池板，因而通过 实时功率追踪实现太阳能电池板的转动是亟待解决的问题。
发明内容本实用新型的目的是轻型太阳能车动态太阳能功率自动追踪装置，是一种具有 追踪实时功率功能的自动转动系统，它可以保证车身较轻的情况下，顶棚能随着太阳光强 度的大小而自动调节顶棚太阳能电池板倾斜的角度，使得太阳光能够垂直照射太阳能电池 板，提高太阳能电池板的利用率。解决本实用新型的技术问题所采用的方案是利用轻型太阳能车动态太阳能功率 自动追踪装置的执行机构及轻型太阳能车动态太阳能功率自动追踪装置的控制电路，构建 轻型太阳能车动态太阳能功率自动追踪装置，从而对运动中的轻型太阳能车的太阳能电池 板在不同角度太阳光照射下的功率情况进行实时追踪，并及时对太阳能电池板的角度进行 有效的调整，使得太阳光能够垂直照射太阳能电池板，实现太阳能电池板功率的最大化。具体方案该装置主要由执行机构和控制电路两部分组成，其中执行机构部分由顶棚太阳 能电池板、车身立柱、伸缩杆、横杆、保护套筒、螺旋杆、螺旋套筒、锥齿轮、传动轴、联轴器、 57BYG250-76步进电机、2H3A-16步进电机驱动器、底箱等组成，三块太阳能电池板以串连 的形式镶嵌于顶棚内，顶棚左侧(面向车的行驶方向时)用贝丝扣与该侧两车身立柱相连， 车身立柱固定不动，太阳能电池板可以以两贝丝扣构成的直线为轴在一定角度内向上或向 下自动转动。右侧(面向车的行驶方向时)用两U型槽与两伸缩杆末端进行连接，U型槽位 于焊接在顶棚的铁片上，伸缩杆末端可以在其上自由滑动，而不被卡住，增加了伸缩杆的灵 活性。其中伸缩杆是由右侧(面向车的行驶方向时)车身立柱改造而成，两伸缩杆通过一 横杆构成H型结构，伸缩杆通过该横杆间接地与螺旋杆相连接，横杆下端通过一保护套筒 将螺旋杆固定，以保证太阳能车运动过程中的稳定性，螺旋杆立于右端(面向车的行驶方 向时)车身的中部，螺旋杆与传动轴采用锥齿轮传动。传动轴与57BYG250-76步进电机通 过联轴器相连接，另外57BYG250-76步进电机与传动轴水平位于车身所附底箱内，2H3A-16步进电机驱动器则与轻型太阳能车动态太阳能功率自动追踪装置的控制电路相连接。轻型太阳能车动态太阳能功率自动追踪装置的控制电路是是由信号采集、信号转 换、信号处理三部分组成。其中信号采集是由两个架设于两个互为四十五度角的斜坡上的 AC5516光敏电阻完成，而信号转换是由A/D转换器将采集到的太阳光强度模拟信号转换成 数字信号，信号处理部分则是采用PIC16F73单片机机作为核心控制芯片，将PIC16F73单 片机导入特定程序，由PIC16F73单片机对A/D转换器输入的数字信号进行比对处理，并由 PIC16F73单片将处理结果的相应信号输入到2H3A-16步进电机驱动器中驱动57BYG250-76 步进电机。另外有上、下两限位开关直接接到单片机上，其作用是为避免顶棚倾斜过度， 致使车身失衡，当顶棚碰到限位开关时，无论太阳光强度信号是否继续增加都将立刻停止 步进电机的运转。控制电路中有四个二极管组成的电桥，其作用有二 一是可以把9V的交流电压转 换为直流电压；二是当电路中接12V蓄电池时可以防止电路接反了而烧坏内部电路元件。 电路中7805的作用是把高电压转换为5V的电压，为PIC16F73单片机提供电压，同时也为 检测电路提供电压。电路中Rl、R2为光敏电阻，两电阻一端各串联排阻A103J上的一个电 阻，另一端接入PIC16F73单片机。光敏分别安装太阳光强度对比装置上的两斜板上检测两 斜板上的太阳光强度并把检测电压(太阳光强度信号)输入PIC16F73单片机，检测电压 (太阳光强度信号)通过PIC16F73单片机里的A/D转换为数字信号，单片机PIC16F73对 数字信号进行实时比对，并将处理结果的相应信号输入2H3A-16步进电机驱动器中来驱动 57BYG250-76步进电机，通过57BYG250-76步进电机的转动带动执行机构的运转使太阳能 电池板实现太阳能功率自动追踪。电路中的开关K1、K2分别为执行机构上的上、下限位开 关。当碰到上限位开关时，无论太阳光强度信号是否继续增加太阳能电池板都将立刻停止， 延时三分钟，然后反向(顺时针)转动；当碰到下限位开关时，无论太阳光强度信号是否继 续增加太阳能电池板都将立刻停止，延时三分钟，然后反向(逆时针)转动；电路中的开关 Κ3，是手动强制复位开关。由于阴天或者晚上轻型太阳能车动态太阳能功率自动追踪装置 将不能正常发挥功效，此时需关掉轻型太阳能车动态太阳能功率自动追踪装置，且在关掉 前必须使太阳能电池板回到水平位置，这是就需要手动强制复位当按下此开关时，单片机 将带动执行机构强制复位，使太阳能电池板回到水平位置。本实用新型的装置的运行方式如下首先假设太阳能电池板两侧的太阳光强度分 别为Ml、Μ2，定值为N，则1、|M1-M2 <N(N为定值)时，延时，太阳能电池板不转动；2、当 M1-M2 > N时，57BYG250-76步进电机按PIC16F73单片机处理结果的相应信号正转，传动 轴也正转，使得螺旋杆推动螺旋套筒向上运动，进而伸缩杆也向上运动，从而实现太阳能电 池板向上倾斜(顺时针旋转)，碰到上限位开关时，无论太阳光强度信号是否继续增加都将 立刻停止，延时三分钟，然后反向转动；3、当M1-M2 < 0，且|M1-M2| > N时，57BYG250-76步 进电机按PIC16F73单片机处理结果的相应信号反转，传动轴也反转，使得螺旋杆推动螺旋 套筒向下运动，进而伸缩杆也向下运动，从而实现太阳能电池板向下倾斜(逆时针旋转)， 碰到下限位开关时，无论太阳光强度信号是否继续增加都将立刻停止，延时三分钟，然后反 向转动。本实用新型的有益效果是采用单片机采集信号、处理信号，能够做到精确控制、 反应及时，能够实时追踪太阳能电池板的最大功率，及时调整太阳能电池板的角度，从而提高太阳能电池板的利用率。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的结构不 限于附图所示。
图1为本实用新型机械部分整体结构示意图；图2为本实用新型机械部分执行机构顶棚部分原理图；图3为本实用新型机械部分执行机构顶棚部分示意图；图4为本实用新型机械部分车身局部结构示意图；图5为本实用新型机械部分螺旋杆结构示意图；图6为本实用新型机械部分信号采集示意图；图7为本实用新型电器部分控制电路电路图。
具体实施方式
图1中，顶棚太阳能电池板7左侧(面向车的行驶方向时)用两贝丝扣9与该侧 两车身立柱3相连，两车身立柱3固定不动，顶棚太阳能电池板7可以以两贝丝扣9构成的 直线为轴在一定角度内(上、下各十五度)向上或向下自动转动(原理图如图2，实物图如 图3所示)。右侧(面向车的行驶方向时)用两U型槽1与改侧两伸缩杆2的末端进行连 接，U型槽1位于焊接在顶棚的铁片上，伸缩杆2的末端可以在其上自由滑动，而不被卡住， 增加了伸缩杆2的灵活性(如图3所示)。其中伸缩杆2是由右端(面向车的行驶方向时) 车身立柱3改造而成，两伸缩杆2通过一横杆4构成H型结构(如图3所示)，伸缩杆2通 过该横杆4间接地于螺旋杆11相连接，横杆4下端通过一保护套筒5将螺旋杆11固定，以 保证太阳能车运动过程中的稳定性(如图1所示)，螺旋杆11立于右端(面向车的行驶方 向时)车身的中部如(如图4所示)。螺旋杆11与传动轴14采用锥齿轮传动，传动轴14 与57BYG250-76步进电机16通过联轴器15相连接，另外57BYG250-76步进电机16与传动 轴14水平位于车身8所附底箱6内，2H3A-16步进电机驱动器则与轻型太阳能车动态太阳 能功率自动追踪装置的控制电路相连接(如图4、图5所示)。轻型太阳能车动态太阳能功率自动追踪装置的控制电路是是由信号采集、信号转 换、信号处理三部分组成。其中信号采集是由两个架设于两个互为四十五度角的斜坡上的 AC5516光敏电阻完成(如图6所示)，而信号转换是由A/D转换器将采集到的太阳光强度 模拟信号转换成数字信号，信号处理部分则是采用PIC16F73单片机机作为核心控制芯片， 将PIC16F73单片机导入特定程序，由PIC16F73单片机对A/D转换器输入的数字信号进行 比对处理，并由PIC16F73单片机将处理结果的相应信号输入到2H3A-16步进电机驱动器中 驱动57BYG250-76步进电机。另外有上、下两限位开关直接接到单片机上，其作用是为避 免顶棚倾斜过度，致使车身失衡，当顶棚碰到限位开关时，无论太阳光强度信号是否继续增 加都将立刻停止步进电机的运转。控制电路电路如图7所示，电路中有四个二极管组成的电桥，其作用有二 一是可 以把9V的交流电压转换为直流电压；二是当电路中接12V蓄电池时可以防止电路接反了而 烧坏内部电路元件。电路中7805的作用是把高电压转换为5V的电压，为PIC16F73单片机提供电压，同时也为检测电路提供电压。电路中R1、R2为光敏电阻，两电阻一端各串联排 阻A103J上的一个电阻，另一端接入PIC16F73单片机。光敏分别安装太阳光强度对比装置 上的两斜板上检测两斜板上的太阳光强度并把检测电压(太阳光强度信号)输入PIC16F73 单片机，检测电压(太阳光强度信号)通过PIC16F73单片机里的A/D转换为数字信号，单 片机PIC16F73对数字信号进行实时比对，并将处理结果的相应信号输入2H3A-16步进电机 驱动器中来驱动57BYG250-76步进电机，通过57BYG250-76步进电机的转动带动执行机构 的运转使太阳能电池板实现太阳能功率自动追踪。电路中的开关K1、K2分别为执行机构上 的上、下限位开关。当碰到上限位开关时，无论太阳光强度信号是否继续增加太阳能电池板 都将立刻停止，延时三分钟，然后反向(顺时针)转动；当碰到下限位开关时，无论太阳光强 度信号是否继续增加太阳能电池板都将立刻停止，延时三分钟，然后反向(逆时针)转动； 电路中的开关Κ3，是手动强制复位开关。由于阴天或者晚上轻型太阳能车动态太阳能功率 自动追踪装置将不能正常发挥功效，此时需关掉轻型太阳能车动态太阳能功率自动追踪装 置，且在关掉前必须使太阳能电池板回到水平位置，这是就需要手动强制复位当按下此开 关时，单片机将带动执行机构强制复位，使太阳能电池板回到水平位置。1、U型槽；2、伸缩杆；3、车身立柱；4、横杆；5、保护套筒；6、底箱；7、顶棚太阳能电 池板；8、车身；9、贝丝扣；10、螺旋套筒；11、螺旋杆；12、轴承；13、锥齿轮；14、传动轴；15、 联轴器；16、步进电机。Kl上限位开关；Κ2上限位开关；Κ3托运复位开关；Κ4电源开关；Rl光敏电阻；R2 光敏电阻。
权利要求1.一种轻型太阳能车动态太阳能功率自动追踪装置，其特征是该装置主要由执行机 构和控制电路两部分组成，其中执行机构部分由顶棚太阳能电池板(7)、车身立柱(3)、伸 缩杆⑵、横杆⑷、保护套筒(5)、螺旋杆(11)、螺旋套筒(10)、锥齿轮(13)、传动轴(14)、 联轴器(15)、57BYG250-76步进电机(16)、2H3A_16步进电机驱动器、底箱(6)等组成，顶棚 太阳能电池板(7) —侧和两车身立柱C3)用贝丝扣(9)连接，另一侧通过两U型槽(1)分 别与该侧两伸缩杆⑵的末端相连接，而两伸缩杆⑵与一横杆⑷构成一 H型，从而使得 伸缩杆⑵通过横杆⑷间接地与螺旋杆(11)连接在一起，螺旋杆(11)立于车身⑶的 中部，螺旋杆(11)与传动轴(14)之间采用锥齿轮(13)传动，传动轴(14)和57BYG250-76 步进电机(16)通过联轴器(15)连接在一起，57BYG250-76步进电机(16)与传动轴(14)水 平位于车身所附底箱(6)内，2H3A-16步进电机驱动器则与控制电路相连接，控制电路由信 号采集、信号转换、信号处理三部分组成。
2.如权利要求1所述的轻型太阳能车动态太阳能功率自动追踪装置，其特征是所述 的控制电路的信号采集、信号转换、信号处理三部分，其中信号采集是由两个架设于两个互 为四十五度角的斜坡上的AC5516光敏电阻完成，而信号转换是由A/D转换器将采集到的 太阳光强度模拟信号转换成数字信号，信号处理部分则是采用PIC16F73单片机作为核心 控制芯片，将PIC16F73单片机导入特定程序，由PIC16F73单片机对A/D转换器输入的数 字信号进行比对处理，并将处理结果的相应信号输入到2H3A-16步进电机驱动器中驱动 57BYG250-76 步进电机(16)。
3.如权利要求1所述的轻型太阳能车动态太阳能功率自动追踪装置，其特征是所述 的控制电路中有四个二极管组成的电桥，电路中Rl、R2为光敏电阻，两电阻一端各串联排 阻A103J上的一个电阻，另一端接入PIC16F73单片机，光敏分别安装太阳光强度对比装置 上的两斜板上，电路中的开关K1、K2分别为执行机构上的上、下限位开关。
专利摘要本实用新型涉及一种轻型太阳能车动态太阳能功率自动追踪装置，该装置主要由执行机构和控制电路两部分组成，其中执行机构部分包括顶棚太阳能电池板、U型槽、伸缩杆、螺旋杆、传动轴、步进电机等组成，而控制电路部分是用两个光敏传感器采集太阳光强度信号，经A/D转换器转化后输入单片机进行处理，然后输出比对结果的相应信号到步进电机驱动器驱动步进电机，实现顶棚太阳能电池板朝太阳能功率最大方向的自动转动，主要设置在太阳能车的顶棚以及车身部分，可据太阳光强度的大小计算顶棚太阳能电池板转动的角度，并实时调节顶棚太阳能电池板的角度，提高太阳能电池板的利用率，结构简单、成本较低、易于实施、可提高太阳能电池板的利用率，特别是轻型车辆。
文档编号H02N6/00GK201846280SQ20102059596
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月8日 优先权日2010年11月8日
发明者何语, 郭精玲, 陈元树, 陈蜀乔, 龙文凯 申请人:昆明理工大学