专利名称：紧凑式太阳能热水器智能旋转台的制作方法
技术领域：
本发明属于旋转装置技术领域，涉及一种能方便、简单、可靠地使紧凑式太阳能热水器旋转起来的紧凑式太阳能热水器智能旋转台。
背景技术：
太阳能热水器市场前景非常广阔，传统固定式安装的太阳能热水器对太阳能的利
用率仍存在很大的提升空间。据统计，目前太阳能热水器占整个热水器市场的11.2%，到2015年，我国太阳能热水器普及率将达到30%，将能创造出约为438亿元的年产值。其中紧凑式太阳能热水器独占65%以上的市场份额。紧凑式太阳能热水器从其诞生至今，已有20多年的时间了。然而多年来其结构形式几乎没有什么重大改变，因此太阳能热水器还存在不少问题尚未真正得到解决，如光照利用率不高，电加热耗能严重，冬天热水供应不足等等。冬季光照倾角的增大和光照时间的减少，使得冬季对太阳能热量的吸收仅为夏季的1/3到1/2倍，这导致太阳能热水器在冬天整箱水温度很难超过40°C。而医学专家研究表明，冬天进浴较为舒适的水温是40°C左右。这时热水器就需要采用电加热补充热水了。这是一个制约太阳能热水器推广应用的重要问题。经过计算我们发现，如果太阳能热水器采用可旋转对光的结构，将可以提高日均热量转换能力约35%，将能很大程度的提高太阳能热水器的太阳能转化能力。现有的太阳能热水器基本都是固定安装。为了达到太阳能热水器的使用要求，通常太阳能热水器都需占用较大的面积；提高热水器热能转换效率通常都是采用较好的采光材料，当然制造成本也较高。据保守估算，如果采用可旋转的对光结构，将可以把日均热能转换效率提高35%。现有紧凑式太阳能热水器成本高、太阳能利用率低。现有的太阳能热水器旋转台有二种结构其一是典型的分体式的太阳能热水器旋转台结构，已投产，它工作原理是利用单片机进行信号采集和运算，驱动两台电机调节热水器的角度，这种结构虽然可实现全方位的对光，但是造价较高；而且很难承受紧凑式太阳能热水器动辄200kg的重量；其工作功耗较大，需要外配电源。其二是典型的紧凑式的太阳能热水器旋转台的结构，尚未投产，它工作原理是通过模拟电路对光照进行强弱对比，驱动电机通过传动机构，使热水器底座带动热水器实现平面对光，这中结构虽然可以解决太阳能热水器的对光问题，但是在结构上存在较大的安全隐患，而且它采用的驱动装置耗能较大，也需要外配电源。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种能方便、简单、可靠地使紧凑式太阳能热水器旋转起来，从而提高太阳能热水器效率的的紧凑式太阳能热水器智能旋转台。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种紧凑式太阳能热水器智能旋转台，包括底座以及通过支杆固定在底座上的支架，在底座下方的四角分别装有2个防止旋转台重心失控而倾翻的辅助后轮、I个承载热水器部分压力并保持旋转台平衡性前轮和I个承载热水器部分压力并驱动旋转台实现对光运动的驱动轮，该驱动轮连接着能使旋转台旋转的电机，电机采用减速马达，电源由蓄电池提供，并通过固定在太阳能热水器正面下方的太阳能板补充蓄电池能量，减速马达通过电机驱动电路与芯片MCU的输出端连接，芯片MCU的输入端分别连接有光照强度检测电路、方向识别电路、行程开关电路和电压检测电路；支架采用条幅式支架结构，该条幅式支架结构有支架高度的调整和支杆排布的调整，将受力较小的条幅调整到受力较大的位置，使得支架安全性达到2.0;还单独设置出水管支架，太阳能热水器的出水管架在出水管支架上。所述芯片MCU为avr电路，通过avr单片机开发的智能电路对光线方向进行采样、分析和运算，然后控制驱动电路驱动电机正反转，从而带动旋转台实现经度方向的对光，在芯片MCU的输出端还连接有指示电路和充电电路，安装在太阳能热水器正上方中部的能辨别光线方向之用的感光元件与光照强度检测电路相连，利用感光元件进行信号采集以及芯片MCU进行运算，利用电机驱动电路驱动电机达到调节热水器的角度的目的。
所述芯片MCU的工作程序流程是从开始进行初始化处理，通过电源电压检测电路和方向识别电路，进入电机驱动电路，带动底座旋转。支架分为上支架和下支架，在太阳能热水器背面的支撑中心装有支撑杆，支撑杆的一端固定在太阳能热水器背部，支撑杆的另一端的端部通过杆端轴承安装在上支架的旋转中心，杆端轴承采用关节轴承，使杆端轴承承载上支架的大部分压力。所述水管支架固定在太阳能热水器后面的地面上。在支架的正面安装有限制旋转台行程的行程开关。所述电机采用多级减速器。本发明的有益效果是采用有限元法，优化构架，降低成本；采用单片机智能电路和外置的看门狗电路，提高控制系统可靠性；在耐用性前提下，采用直流电机作为驱动，提高效率、降低成本；采用多级减速使旋转台运行平稳，不扰乱热水器的微循环；保证低重心，提高安全性；只做经度方向的旋转对光，旋转台闭环控制系统通过识别电路对光线方向进行采样、分析、运算，通过驱动电路驱动电机正反转，带动旋转台实现经度方向的对光，从而大大提高了紧凑式太阳能热水器的热能转化效率。
图I是本发明的安装结构示意图。图2是本发明所述上支架结构示意图。图3是本发明的电路结构框图。图4是本发明的程序流程图。图中1-感光元件，2-出水管，3-出水管支架，4-辅助后轮，5-杆端轴承，6-限位块，7_行程开关,8-前轮,9-太阳能板,10-上支架，11-减速马达，12-驱动轮,13-太阳能热水器。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参见图I至 图4，一种紧凑式太阳能热水器智能旋转台，包括底座以及通过支杆固定在底座上的支架，为了保证支架的安全性能，支架采用条幅式支架结构，
该条幅式支架结构有支架高度的调整和支杆排布的调整，支架分为上支架10和下支架，采用有限元对上支架进行安全性分析，具体步骤如下算例模型分割一网格划分一材料设置一约束设置一载荷设置一计算一输出结果；在底座下方的四角分别装有2个防止旋转台重心失控而倾翻的辅助后轮4、I个承载热水器部分压力并保持旋转台平衡性前轮8和I个承载热水器部分压力并驱动旋转台实现对光运动的驱动轮12，该驱动轮12连接着能使旋转台旋转的电机，电机采用减速马达11，电源由蓄电池提供，并通过固定在太阳能热水器13正面下方的太阳能板9补充蓄电池能量，减速马达11通过电机驱动电路与芯片MCU的输出端连接，芯片MCU的输入端分别连接有光照强度检测电路、方向识别电路、行程开关电路和电压检测电路，在芯片MCU的输出端还连接有指示电路和充电电路，安装在太阳能热水器13正上方中部的能辨别光线方向之用的感光元件I与光照强度检测电路相连，利用感光元件I进行信号采集以及芯片MCU进行运算，利用电机驱动电路驱动电机达到调节热水器的角度的目的，芯片MCU为avr电路，通过avr单片机开发的智能电路对光线方向进行采样、分析和运算，然后控制驱动电路驱动电机正反转，从而带动旋转台实现经度方向的对光，使得控制电路更为可靠、价格更低，芯片MCU的工作程序流程是从开始进行初始化处理，通过电源电压检测电路和方向识别电路，进入电机驱动电路，带动底座旋转；在太阳能热水器13背面的支撑中心装有支撑杆，支撑杆的一端固定在太阳能热水器13背部，支撑杆的另一端的端部通过杆端轴承5安装在上支架10的旋转中心，杆端轴承5采用关节轴承，使杆端轴承5承载上支架10的大部分压力；同时，让热水器旋转起来，首先得解决热水器出水管的扭动问题，为防止出水管2因旋转而干涉支架，太阳能热水器13的出水管2架在出水管支架3上，出水管支架单独设置，固定在太阳能热水器13后面的地面上，这种结构既解决了出水管的扭动问题，同时在制造工艺上又较为简单；限制旋转台行程的行程开关安装在支架的正面；电机采用多级减速器，提高了紧凑式太阳能热水器智能旋转台的安全性、可靠性、耐用性和工艺性。本发明的性能参数是
最大负载150kg ；
铅蓄电池参数6. 6V4. OAh;
太阳能板参数9V 2. Off；
电机额定功耗2. Off (PWM调速)；
整机待机功耗0. 02W ；
整机运行功耗2. Off ；
追踪角度 预设3° (程序控制)；
转台最大旋角小于180° (限位块控制)。根据电路特点和安装要求以及前期功耗估算，可选择直流电机与减速器搭配的方式。电机试选择30转大扭距减速电机,旋转台转动一周折合驱动轮转动圈数N=b/r=16
根据^-，得37.5 +0.6 +0.8=78即所选减速器最大减速比i不得大于78 减速箱传动比i
假设G是热水器的重心，X是OA上O与G的距离。启动时旋转台驱动轮的驱动力
权利要求
1.一种紧凑式太阳能热水器智能旋转台，其特征是包括底座以及通过支杆固定在底座上的支架，在底座下方的四角分别装有2个防止旋转台重心失控而倾翻的辅助后轮、I个承载热水器部分压力并保持旋转台平衡性前轮和I个承载热水器部分压力并驱动旋转台实现对光运动的驱动轮，该驱动轮连接着能使旋转台旋转的电机，电机采用减速马达，电源由蓄电池提供，并通过固定在太阳能热水器正面下方的太 阳能板补充蓄电池能量，减速马达通过电机驱动电路与芯片MCU的输出端连接，芯片MCU的输入端分别连接有光照强度检测电路、方向识别电路、行程开关电路和电压检测电路；支架采用条幅式支架结构，该条幅式支架结构有支架高度的调整和支杆排布的调整，将受力较小的条幅调整到受力较大的位置，使得支架安全性达到2.0 ;还单独设置出水管支架，太阳能热水器的出水管架在出水管支架上。
2.如权利要求I所述紧凑式太阳能热水器智能旋转台，其特征是所述芯片MCUSavr电路，通过avr单片机开发的智能电路对光线方向进行采样、分析和运算，然后控制驱动电路驱动电机正反转，从而带动旋转台实现经度方向的对光，在芯片MCU的输出端还连接有指示电路和充电电路，安装在太阳能热水器正上方中部的能辨别光线方向之用的感光元件与光照强度检测电路相连，利用感光元件进行信号采集以及芯片MCU进行运算，利用电机驱动电路驱动电机达到调节热水器的角度的目的。
3.如权利要求I或2所述紧凑式太阳能热水器智能旋转台，其特征是所述芯片MCU的工作程序流程是从开始进行初始化处理，通过电源电压检测电路和方向识别电路，进入电机驱动电路，带动底座旋转。
4.如权利要求I所述紧凑式太阳能热水器智能旋转台，其特征是支架分为上支架和下支架，在太阳能热水器背面的支撑中心装有支撑杆，支撑杆的一端固定在太阳能热水器背部，支撑杆的另一端的端部通过杆端轴承安装在上支架的旋转中心，杆端轴承采用关节轴承，使杆端轴承承载上支架的大部分压力。
5.如权利要求I所述紧凑式太阳能热水器智能旋转台，其特征是所述水管支架固定在太阳能热水器后面的地面上。
6.如权利要求I或4所述紧凑式太阳能热水器智能旋转台，其特征是在支架的正面安装有限制旋转台行程的行程开关。
7.如权利要求I所述紧凑式太阳能热水器智能旋转台，其特征是所述电机采用多级减速器。
全文摘要
本发明涉及一种紧凑式太阳能热水器智能旋转台，在底座下方装有1个承载热水器部分压力并驱动旋转台实现对光运动的驱动轮，该驱动轮连接着能使旋转台旋转的电机，电机采用减速马达，减速马达通过电机驱动电路与芯片MCU的输出端连接，芯片MCU的输入端分别连接有光照强度检测电路、方向识别电路、行程开关电路和电压检测电路；支架采用条幅式支架结构，该条幅式支架结构有支架高度的调整和支杆排布的调整，将受力较小的条幅调整到受力较大的位置；还单独设置出水管支架，太阳能热水器的出水管架在出水管支架上。优化构架，降低成本，提高控制系统可靠性和耐用性，保证低重心，提高安全性，提高了紧凑式太阳能热水器的热能转化效率。
文档编号F24J2/54GK102645045SQ20121015798
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月21日 优先权日2012年5月21日
发明者刘壮耀, 李小平, 林润棉, 林贵源, 肖耘亚, 黄立强, 黄经岸 申请人:韶关学院