一种光辐射源追踪器及控制电路

1.本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种光辐射源追踪器及控制电路。


背景技术：

2.目前，对于空间中光强或者电磁波的追踪常用的方式是通过光电传感器判别方向，并控制追踪系统进行追踪。以对太阳光追踪为例，常见的有重力式、电磁式和电动式，这些光电跟踪装置都使用光敏传感器如硅光电管。
3.以视日追踪装置为例，传统的追踪系统控制策略，光电管的安装靠近遮光板，调整遮光板的位置使遮光板对准太阳、硅光电管刚好被阳光照射；当太阳西移时遮光板的阴影偏移，光电管输出电压减小，作为偏差信号，经放大电路放大，经控制器采集后年由伺服机构调整角度使跟踪装置对准太阳完成跟踪。
4.为保障精度，光电传感器通常采用四象限位置传感器来完成。四象限位置传感器内部采用四块光电池按矩形排列，每块光电池受光照能独立输出电压值，通过外接简易光学系统，让光源投影到阵列上，比较每块光电池电压就可得到光源角度。
5.在此方法中，其输出的信息要足以解算出精确的相对角度。方案中采取传感器与执行机构独立方式，处理器不断从传感器获取光源信息，也不断从执行机构获取其角度信息，通过运算得到相应的控制信号。由四象限传感器原理图可以看出，控制四象限传感器，需要单片机能够实时进行四路a/d采样，通常的单片机都不能提供四个a/d传感器，所以传统的追踪控制策略有改进的空间。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种光辐射源追踪器及控制电路，节省了硬件开销，简化了控制逻辑。
7.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
8.本发明实施例的第一方面提供了一种光辐射源追踪器，所述追踪器包括：安装架，所述安装架包括第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽；第一传感器、第二传感器和第三传感器，所述第一传感器设置于所述第一凹槽内，所述第二传感器设置于所述第二凹槽内，所述第三传感器设置于所述第三凹槽内。
9.在一些实施例中，所述安装架包括第一挡板、第二挡板和第三挡板，所述第一挡板、第二挡板和第三挡板的一个边相互连接，所述第一凹槽设置于所述第一挡板和所述第二挡板之间，所述第二凹槽设置于所述第二挡板和所述第三挡板之间，所述第三凹槽设置于所述第三挡板和所述第一挡板之间。
10.在一些实施例中，所述安装架还包括底板，所述第一挡板、第二挡板和第三挡板均为直角三角形，所述第一挡板、第二挡板和第三挡板的第一个直角边相互连接，所述第一挡板、第二挡板和第三挡板的第二个直角边均连接底板。
11.在一些实施例中，所述第一挡板与所述第二挡板的夹角、所述第二挡板与所述第
三挡板的夹角、所述第三挡板与所述第一挡板的夹角均为120度。
12.在一些实施例中，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器等间距排列呈正三角形。
13.在一些实施例中，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器均采用光敏电阻。
14.本发明实施例的第二方面提供了一种光辐射源追踪器的控制电路，所述控制电路包括如上所述的追踪器以及控制模块，所述控制模块用于通过所述第一传感器、第二传感器和第三传感器获取光电信号，并根据所述光电信号控制所述追踪器转动至理想位置。
15.在一些实施例中，所述控制模块包括处理器和执行机构，所述处理器采用stm32f103rbt6单片机，所述处理器通过所述第一传感器、第二传感器和第三传感器获取光电信号，并根据光电信号控制所述执行机构工作，所述执行机构带动所述追踪器转动至理想位置。
16.在一些实施例中，所述执行机构包括第一电机和第二电机，所述第一电机和第二电机分别连接所述处理器的两个输出端，所述第一电机用于控制追踪器在横向轴转动，所述第二电机用于控制追踪器在纵向轴转动。
17.在一些实施例中，所述控制电路还包括用于滤波的第一电容、第二电容和第三电容，所述第二传感器的一端连接所述第一传感器的一端和所述处理器的第一输入端，所述第二传感器的另一端连接所述第三传感器的一端和所述处理器的第二输入端，所述第一传感器的另一端连接电源，所述第三传感器的另一端接地，所述第一电容与所述第一传感器并联，所述第二电容与所述第二传感器并联，所述第三电容与所述第三传感器并联。
18.根据本发明实施例的一种光辐射源追踪器及控制电路，至少具有如下有益效果：遮光的挡板由原先的四块变成了三块，节省了硬件开销，简化了控制逻辑。追踪器的控制电路设计上采用三个光敏电阻串联的方式，利用差分效果将需采集的模拟量减少到了两个，传感器选择性能比较成熟，成本也比较低的光敏电阻作为光电传感器，硬件实现大大简化，性能也能得到保证。整体改善了跟踪精度，光照强度的适应能力好，同时使用器件也减少了。
19.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为根据实施例的整体俯视结构示意图；
22.图2为根据实施例的安装架结构示意图；
23.图3为根据实施例的控制电路原理图。
24.附图标记说明如下：1、第一挡板；2、第二挡板；3、第三挡板；4、第一电机；5、第二电机；6、底板。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连通”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本公开的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
30.以下结合本说明书的附图1至图3，对本公开的较佳实施方式予以进一步地详尽阐述。
31.根据一些实施例，本技术提供了一种光辐射源追踪器，所述追踪器包括：
32.安装架，所述安装架包括第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽；
33.第一传感器、第二传感器和第三传感器，所述第一传感器设置于所述第一凹槽内，所述第二传感器设置于所述第二凹槽内，所述第三传感器设置于所述第三凹槽内。
34.基于上述实施例，本技术整体的设计相较于传统的设计材料减少了，节省了硬件开销，简化了控制逻辑，需采集的电信号也相应减少到了两个，硬件实现大大简化，性能也能得到保证。当第一传感器、第二传感器和第三传感器中的一个传感器受到的光照强度大于另外两个传感器时，或其中两个传感器受到的光照强度大于另外一个传感器时，则追踪器自动进行计算分析光源位置，自动转动至第一传感器、第二传感器和第三传感器均受到相同的光照强度时，则停止转动。
35.根据一些实施例，所述安装架包括第一挡板1、第二挡板2和第三挡板3，所述第一挡板1、第二挡板2和第三挡板3的一个边相互连接，所述第一凹槽设置于所述第一挡板1和所述第二挡板2之间，所述第二凹槽设置于所述第二挡板2和所述第三挡板3之间，所述第三凹槽设置于所述第三挡板3和所述第一挡板1之间。
36.基于上述实施例，如图1至图2所示，第一挡板1、第二挡板2和第三挡板3的一个边相互连接后，形成第一挡板1和第二挡板2之间的第一凹槽，第二挡板2和第三挡板3之间的第二凹槽，第三挡板3和第一挡板1之间的第三凹槽。第一挡板1或第二挡板2或第三挡板3损坏时，便于拆卸检修和更换。遮光的挡板由传统的四块变成了三块，节省了硬件开销，简化了控制逻辑。
37.根据一些实施例，所述安装架还包括底板6，所述第一挡板1、第二挡板2和第三挡板3均为直角三角形，所述第一挡板1、第二挡板2和第三挡板3的第一个直角边相互连接，所述第一挡板1、第二挡板2和第三挡板3的第二个直角边均连接底板6。
38.根据一些实施例，所述第一挡板1与所述第二挡板2的夹角、所述第二挡板2与所述第三挡板3的夹角、所述第三挡板3与所述第一挡板1的夹角均为120度。
39.基于上述实施例，如图1所示，第一传感器设置在第一挡板1和第二挡板2之间的根部，第二传感器设置在第二挡板2和第三挡板3之间的根部，第三传感器设置在第三挡板3和第一挡板1之间的根部。所述第一传感器、第二传感器和第三传感器等间距排列呈正三角形，以便于追踪器能够准确定位到光源的位置。
40.根据一些实施例，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器均采用光敏电阻。
41.基于上述实施例，第一传感器、第二传感器和第三传感器还可以采用光敏二极管和光敏三极管等光敏器件，以便于追踪太阳光照，本技术不对第一传感器、第二传感器和第三传感器所采用的器件进行限定。采用光敏电阻性能比较成熟，成本也比较低。
42.根据上述实施例，本技术提供了一种光辐射源追踪器的控制电路，所述控制电路包括如上所述的追踪器以及控制模块，所述控制模块用于通过所述第一传感器、第二传感器和第三传感器获取光电信号，并根据所述光电信号控制所述追踪器转动至理想位置。
43.基于上述实施例，如图3所示，所述控制模块包括处理器和执行机构，所述处理器采用但不限于stm32f103rbt6单片机，也可以是其他微处理器，本技术不做限定，所述处理器通过所述第一传感器、第二传感器和第三传感器获取光电信号，并根据光电信号控制所述执行机构工作，所述执行机构带动所述追踪器转动至理想位置。在本技术的一些实施例中，理想位置为第一传感器、第二传感器和第三传感器均受到相同的光照强度的位置。在另一些实施例中，理想位置也可以根据实际需求设定，不对理想位置的具体位置以及方向做限定。
44.根据一些实施例，所述执行机构包括第一电机4和第二电机5，所述第一电机4和第二电机5分别连接所述处理器的两个输出端，所述第一电机4用于控制追踪器在横向轴转动，所述第二电机5用于控制追踪器在纵向轴转动。
45.基于上述实施例，如图3所示，第一电机4和第二电机5的控制端分别连接处理器的两个输出端，以用于处理器输出pwm调制信号控制两个电机转动的速度，以及控制两个电机分别在何时转动何时停止。第一电机4和第二电机5的正极连接+5v电源，负极均接地。以用于向两个电机提供转动所需的电能。
46.根据一些实施例，所述控制电路还包括用于滤波的第一电容、第二电容和第三电容，所述第二传感器的一端连接所述第一传感器的一端和所述处理器的第一输入端，所述第二传感器的另一端连接所述第三传感器的一端和所述处理器的第二输入端，所述第一传感器的另一端连接电源，所述第三传感器的另一端接地，所述第一电容与所述第一传感器
并联，所述第二电容与所述第二传感器并联，所述第三电容与所述第三传感器并联。
47.基于上述实施例，如图3所示，第一传感器采用第一光敏电阻r1，第二传感器采用第二光敏电阻r2，第三传感器采用第三光敏电阻r3。光敏电阻的特性为入射光强时，电阻减小，入射光弱时，电阻增大。当第一光敏电阻r1的光照强度大于第二光敏电阻r2和第三光敏电阻r3时，第一光敏电阻r1的阻值减小，第一光敏电阻r1两端的电压减小，第二光敏电阻r2和第三光敏电阻r3的阻值增大，第二光敏电阻r2和第三光敏电阻r3两端的电压也增大。处理器检测到电压差后，计算出旋转方向以及旋转角度，根据旋转方向以及旋转角度控制第一电机4和第二电机5转动，第一电机4和第二电机5带动追踪器转动至第一光敏电阻r1、第二光敏电阻r2和第三光敏电阻r3均受到相同的光照强度的位置。
48.根据上述实施例，本技术提供了一种光辐射源追踪器的控制方法，应用于如上所述的控制电路，所述控制方法包括：
49.步骤101，所述处理器获取所述第二传感器两端的第一电信号和第二电信号；
50.步骤102，所述处理器根据所述第一电信号和第二电信号计算获得旋转方向及角度；
51.步骤103，所述处理器根据所述旋转方向及角度控制所述第一电机4和/或第二电机5工作，以使得所述第一电机4和/或第二电机5控制所述追踪器转动至理想位置。
52.基于上述实施例，在步骤步骤101中，处理器只需要获取第二光敏电阻r2两端的第一电信号和第二电信号即可，获取方法如图3所示，处理器的两个输入端分别连接第二光敏电阻r2的两端，处理器的输入端pa0获取第一电信号，处理器的输入端pa1获取第二电信号。
53.在步骤102中，向处理器输入第一光敏电阻r1、第二光敏电阻r2和第三光敏电阻r3的总电压值3.3v，即如图3中第一光敏电阻r1连接的3.3v电源为总电压值，因为第一光敏电阻r1连接的3.3v电源总电压值可以改变为5v或10v等，所以在更改第一光敏电阻r1连接的电源总电压值时，向处理器输入相应的更改后的总电压值即可。在一些实施例中，如图3所示，处理器连接的电源和第一光敏电阻r1连接的电源均为3.3v电压，即处理器按照自身连接的电源电压计算即可。
54.根据总电压值以及第一电信号和第二电信号可以计算出第一光敏电阻r1两端的第一电压值、第二光敏电阻r2两端的第二电压值和第三光敏电阻r3两端的第三电压值。比较第一光敏电阻r1两端的第一电压值、第二光敏电阻r2两端的第二电压值和第三光敏电阻r3两端的第三电压值，当第一电压值、第二电压值和第三电压值不一致时，则根据差值计算出需要旋转的方向以及角度。
55.其中，第一光敏电阻r1两端的第一电压值的计算方式包括：第一光敏电阻r1连接的3.3v电源总电压值减去pa0点的对地电压即可。第二光敏电阻r2两端的第二电压值的计算方式包括：如图3所示，处理器获取pa0点和pa1点的电压差绝对值即可。第三光敏电阻r3两端的第三电压值的计算方式包括：如图3所示，处理器与第三光敏电阻r3为共用地点，所以，处理器可以通过自身内部对地测量pa1点电压即可。
56.在步骤103中，处理器根据旋转方向及角度控制第一电机4和/或第二电机5工作，以使得第一电机4和/或第二电机5控制追踪器转动至理想位置。理想位置为第一光敏电阻r1、第二光敏电阻r2和第三光敏电阻r3均受到相同的光照强度的位置，即第一电压值、第二电压值和第三电压值电压相同的位置。
57.根据一些实施例，在步骤102，处理器根据所述第一电信号和第二电信号计算获得旋转方向及角度中，所述控制方法包括：
58.步骤1021，根据所述第一电信号和第二电信号计算获取第一传感器两端电压、第二传感器两端电压和第三传感器两端电压；
59.步骤1022，若所述第一传感器两端电压、第二传感器两端电压和第三传感器两端电压为理想值时，则结束流程，若所述第一传感器两端电压、第二传感器两端电压和第三传感器两端电压不为理想值时，则根据所述第一传感器两端电压、第二传感器两端电压和第三传感器两端电压计算获得所述旋转方向及角度。
60.进一步的，在步骤1022之后，旋转方向及角度后再次获取第一电信号和第二电信号，根据再次获取的第一电信号和第二电信号，根据第一电信号和第二电信号计算出旋转后的第一传感器两端电压、第二传感器两端电压和第三传感器两端电压，如果第一传感器两端电压、第二传感器两端电压和第三传感器两端电压还是不一致，则继续控制调整追踪器方向，追踪器再反馈控制信号，直至第一传感器两端电压、第二传感器两端电压和第三传感器两端电压相同时，则停止旋转，形成闭环控制。
61.其中，第一传感器为第一光敏电阻r1，第二传感器为第二光敏电阻r2，第三传感器为第三光敏电阻r3。第一传感器两端电压为上述的第一电压值，第二传感器两端电压为上述的第二电压值，第三传感器两端电压为上述的第三电压值。
62.进一步的，理想值可以根据实际需求设定，在一些实施例中，上述的理想值为第一电压值、第二电压值和第三电压值电压相同时。
63.在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
64.虽然已参照几个典型实施方式描述了本公开，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本公开能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。