专利名称：太阳位置自动跟踪装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于单片机在自动控制领域中的应用，特别是涉及一种用于太阳能热水器的太阳位置自动跟踪装置。
背景技术：
太阳能热水器利用的是可再生资源，具有节能、环保、方便、运行费用低等优点，因而受到了国家的大力提倡和广大用户的欢迎。但是，随着季节的变换，位置固定的太阳能热水器凸现了两个方面的技术缺陷。一个技术缺陷出现在春、秋季节特别是冬季，由于客观存在环境温度低、光照时间短且光线强度相对较弱，以及光线遮挡、反射等问题，大部分时间太阳能热水器不能正对太阳，致使光照量明显不足，出现了太阳能吸收太阳光效果较差的技术缺陷；为了弥补此技术缺陷，部分太阳能热水器添加了辅助电加热功能，增加了设备和使用成本。另一个技术缺陷出现在夏季，由于实际使用热水量较少且遭受太阳光的暴晒，使得太阳能热水器储水温度长期过高(70～80℃)，有时因为补水量不足而使水温高达90℃以上，远远超出了水垢加剧析出的临界温度值，致使大量水垢沉积及微带腐蚀性气体生成，加快了对水位传感器、水温传感器、电加热装置等部件的侵蚀，使得太阳能热水器故障率增加，整体使用寿命大大降低。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，为太阳能热水器提供一种制造成本低、性能可靠且使用方便的太阳位置自动跟踪装置。
本实用新型是通过以下方式实现的太阳位置自动跟踪装置，包括控制器、太阳位置传感器、旋转托架和底座；旋转托架在底座上转动。底座是带有支撑并且可以调整水平度的环形底板，底板周边焊有挡板，用于限制旋转托架旋转超过360°角的感知行程开关安装在周边挡板上；旋转托架上分布着三个在底座的底板上滚动的轮子，通过同步带驱动其中一个轮子的步进电机安装在旋转托架上，每个轮子的外侧边均附有一个在底座周边挡板上滚动的导向轮；向控制器发送太阳位置信号的太阳位置传感器安装在旋转托架上，太阳位置传感器是由装在一个槽箱中的光敏器件阵列组成的，其中一个光敏器件高高凸起；控制器设有设置时间和温度的按键以及在系统停电时由后备电池供电的日历时钟电路。
太阳位置自动跟踪装置主要根据当前时间和储水温度的高低决定是否对太阳进行位置跟踪当水温低于设定温度且有太阳出现时则进行自动跟踪，使太阳能热水器正对太阳；而当水温高于设定温度时，首先补水，若为满水位状态则使太阳能热水器背向太阳，避免了遭受太阳光的暴晒。太阳位置跟踪装置采用低成本简约化设计，而系统工作用电处于微功耗状态。由于提高了热转换效率，就可以减少集热真空管使用的数量，又因为减少了内部部件的故障率，就使得太阳能热水器使用、维护成本减少。对于跟踪控制同时采用太阳位置传感器与时钟相配合的处理方法，提高了控制的可靠性。该产品与现有太阳能热水器配套，就可以形成一种高档太阳能热水器产品。
图1为本实用新型的结构示意图。图中1为控制器，2为太阳位置传感器，3为感知行程开关，4为旋转托架，5为底座，6为导向轮；7为驱动轮，8为步进电机。
具体实施方法
以下结合附图给出本实用新型一个最佳实施例本实用新型，由控制器1、太阳位置传感器2、旋转托架4和底座5四大部分组成。太阳位置传感器2安装在旋转托架4上，而旋转托架4坐落在底座5上；底座5是带有支撑并可以调整水平度的环形底板，底板的周边焊有挡板，挡板上装有限制旋转托架4旋转超过360°角的感知行程开关3；旋转托架4则装有三只轮子，三只轮子在底座5上滚动，其中一只轮子7由一只安装在旋转托架4上的步进电机8通过同步带驱动，每个轮子的外侧面均附有一只导向轮6，当步进电机8转动时，三只轮子在底座5的底板上滚动，导向轮6在底座5周边挡板上滚动，使旋转托架4在底座5上转动；太阳位置传感器2是由装在一个槽箱中的光敏器件(如廉价的光敏电阻)阵列组成的，其中一个光敏器件高高凸起；控制器1设有设置时间和温度的按键以及在系统停电时由后备电池供电的日历时钟电路，利用时间设定按键可以设定或校正控制器1的工作运行时钟，温度设定键用于设置热水器储水的温度门限值(一般是水垢加快析出时的温度临界值)。
白天(即时钟处于从早上约7点至下午约8点的时间段)有太阳出现时，太阳位置传感器2中高高凸起的光敏器件有较强的信号输出，通过对太阳位置传感器2中其他光敏器件有无较强信号输出的判断，可以鉴别出太阳能热水器和太阳的相对位置关系如果热水器正对太阳，太阳位置传感器2槽箱的左、右边框不会遮挡太阳光线，每列中都会有若干个光敏器件(随季节不同而数目变化)有较强的信号输出；如果热水器斜对太阳，则太阳位置传感器2槽箱的左边框或者右边框将会遮挡太阳光线，使槽箱内靠近左边框或者右边框的整列光敏器件(究竟几列被遮挡与热水器偏斜太阳的程度有关)都没有较强的信号输出；如果热水器背对太阳，槽箱内的光敏器件都没有较强的信号输出。
阴、雨、雪等天气没有太阳出现的白天或者晚上(即时钟处于从晚上约8点至次日早上约7点的时间段)，太阳位置传感器2中高高凸起的光敏器件和槽箱内其他光敏器件都没有较强的信号输出，这时没有必要进行太阳跟踪，因而不对太阳能热水器和太阳的相对位置关系进行鉴别。
实现太阳位置跟踪的过程为白天有太阳出现时，控制器1首先通过太阳能热水器原有的温度传感器判别热水器中储水温度，如果水温低于设定值，控制器1通过太阳位置传感器2鉴别太阳能热水器与太阳的相对位置关系，这时若热水器正对太阳，旋转托架4静止即可，若热水器斜对太阳，控制器1须进一步判断出太阳能热水器是左偏或右偏向于太阳，进而向步进电机8发送正转或反转脉冲驱动信号，使旋转托架4旋转至正对太阳；如果水温达到设定值，控制器1通过太阳能热水器原有的水位传感器检测水位，若水位未满则继续补水，若水位已经达到满水位状态，控制器1则向步进电机8发送使热水器背向太阳的脉冲驱动信号。导轨档板上的位置开关3只有步进电机8驱动轮的导向轮可以触及(该导向轮和另外两个轮子导向轮的安装位置有差别)，用于限制旋转托架4超过360°角的旋转。
在不进行跟踪的间隙，只有太阳位置传感器2与温度传感器间歇性地带电工作，而控制器1以待机方式工作，其它部分如步进电机8的驱动则断电，只有工作时才由控制器1控制其恢复供电，因此系统用电处于微功耗状态。夜间以及不进行太阳位置跟踪的白天只有控制器1以待机方式微功耗工作。
可见，原有的太阳能热水器配置上太阳位置自动跟踪装置，提高了太阳光吸收的效率且避免了热水器遭受太阳光的暴晒，可以减少集热真空管使用的数量并且提高了太阳能热水器的寿命，使整体成本增加较少，是高档太阳能热水器的最佳配置产品。
权利要求1.太阳位置自动跟踪装置，包括控制器[1]、太阳位置传感器[2]、旋转托架[4]和底座[5]，其特征是，旋转托架[4]坐落在底座[5]上面，底座[5]是带有支撑并且可以调整水平度的环形底板，底板周边焊有挡板，挡板上装有限制旋转托架[4]旋转超过360°角的感知行程开关[3]；旋转托架[4]上装有三只轮子，三只轮子在底座[5]上滚动，其中一个轮子[7]由安装在旋转托架[4]上的步进电机[8]通过同步带驱动，每个轮子的外侧边均附有一个导向轮[6]，导向轮[6]在底座[5]周边挡板上滚动。
2.根据权利要求1所述的太阳位置自动跟踪装置，其特征是，向控制器[1]发送太阳位置信号的太阳位置传感器[2]安装在旋转托架[4]上，太阳位置传感器[2]是由装在一个槽箱中的光敏器件阵列组成的，其中一个光敏器件高高凸起。
3.根据权利要求1所述的太阳位置自动跟踪装置，其特征是，控制器[1]设有设置时间和温度的按键以及在系统停电时由后备电池供电的日历时钟电路。
专利摘要本实用新型涉及一种用于太阳能热水器的太阳位置自动跟踪装置，包括控制器、太阳位置传感器、旋转托架和底座；当太阳出现且水温低于设定值时，控制器通过步进电机驱动旋转托架使热水器始终正对太阳，提高了太阳光的吸收效率；水温达到设定值时则自动补水，若水位达到最高水位控制器则使热水器背向太阳，避免了阳光暴晒，减轻了水垢沉积及微带腐蚀性的气体大量产生，延长了热水器的寿命；整个装置成本较小，运行用电微量，是高档太阳能热水器的最佳配置产品。
文档编号F24J2/38GK2713390SQ20042003893
公开日2005年7月27日 申请日期2004年3月11日 优先权日2004年3月11日
发明者霍孟友, 李方毅 申请人:山东大学