CN203812096U - 一种光电式太阳跟踪传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光电式太阳跟踪传感器，属于太阳跟踪技术领域。本实用新型包括外壳、9个光电探头、接口电缆和光电转换电路；所述外壳包括半球体盖子和圆柱形底座，由尼龙材料加工而成；所述9个光电探头均匀地安装在以半球体盖子的球顶为中心点的两条相差90o的经线上，所述9个光电探头的输出端分别与所述光电转换电路的输入端相连；所述圆柱形底座内部设有4个单头铜柱，光电转换电路通过铜柱安装在圆柱形底座上。本实用新型结构简单、易于实现，感光范围大，跟踪精度高，能同时从东西和南北两个方向检测太阳光线。

Description

一种光电式太阳跟踪传感器

技术领域

本实用新型涉及一种光电式太阳跟踪传感器，属于太阳跟踪技术领域。

背景技术

节能减排、低碳生活已成为人们所关注的问题，太阳能作为一种新兴的绿色能源，正得到迅速发展与应用。利用太阳能电池板收集太阳能并进行光伏发电，是太阳能应用的一个重要内容。有研究表明，通过太阳跟踪并使太阳能电池板时刻与太阳入射光线垂直，比固定安装太阳能电池板的太阳能接受率提高37%。为实现太阳能电池板跟随太阳转动，目前研制出了很多种太阳跟踪机构以及相应的太阳跟踪传感器。但大多数太阳跟踪传感器均是针对某种特定的太阳跟踪机构而设计，其普适性受到一定的限制，将其应用于其它类型太阳跟踪机构的效果不理想，尤其是对于专利（专利号ZL 201110103316.X）所述的利用丝杠传动、分别从东西和南北两个方向驱动太阳能电池板转动的双轴太阳跟踪机构。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种感光范围大且跟踪精度高的光电式太阳跟踪传感器。

本实用新型技术方案是：一种光电式太阳跟踪传感器，包括外壳、9个光电探头2、接口电缆4、光电转换电路；所述外壳包括半球体盖子1和圆柱形底座3，由尼龙材料加工而成，半球体盖子1上面设有9个通孔Ⅰ5，所述9个光电探头2通过9个通孔Ⅰ5均匀地安装在以半球体盖子1的球顶正中央为中心点的两条相差90o的经线上，所述9个光电探头2的输出端分别与所述光电转换电路的输入端相连；所述接口电缆4的一端与光电转换电路相连，另一端与外部电源和外部控制器相连，圆柱形底座3内部设有4个单头铜柱7，光电转换电路通过铜柱7安装在圆柱形底座3上；所述圆柱形底座3的侧壁设有一个通孔Ⅱ8，所述接口电缆4通过通孔Ⅱ8将该光电式太阳跟踪传感器与外部电源和外部控制器进行电气连接；半球体盖子1底部的圆环上均匀设有4个螺纹孔，所述圆柱形底座3的圆环柱壁上均匀地垂直分布4个与半球体盖子1底部螺纹孔配对的螺纹通孔6，半球体盖子1通过螺纹孔与圆柱形底座3相连，所述圆柱形底座3的底部设有2个螺纹孔，用于整个光电式太阳跟踪传感器的固定安装。

所述半球体盖子1为外直径为100 mm、内直径76 mm的空心半球体结构，通孔Ⅰ5的直径为15.4 mm，所述9个光电探头2通过9个通孔Ⅰ5均匀地安装在以半球体盖子1的球顶正中央为中心点的两条相差90o的经线上，具体的在于所述9个通孔Ⅰ5的其中1个位于半球体盖子1顶点处，其余8个以半球体盖子1的顶点为中心呈十字型均匀分布在半球体盖子1上；9个通孔Ⅰ5的中心线汇交于半球体盖子1的球心，以半球体盖子1顶点处通孔的中心线为基准，同一十字方向上相邻两个通孔的中心线夹角为30°。

所述圆柱形底座3为空心圆柱体结构，其外直径为100 mm，内直径为76 mm，高为50 mm，深为40 mm，通孔Ⅱ8的直径为12 mm。

所述每一个光电探头2包括镜筒9、凸透镜10和1个光敏电阻；所述镜筒9的外径为15.4 mm，内径为13 mm，高为12 mm；所述凸透镜10的直径为13 mm，焦距为10 mm；所述光敏电阻的阻值为100 kΩ，表面直径为4 mm，光敏电阻安装在镜筒9内的中心线上并且其感光表面与镜筒9顶面相距6.9 mm，所述镜筒9采用吸光能力较强的纯黑色塑料材质，可大大减小太阳光在镜筒9内壁上的反射。

所述光电转换电路包括9个光电探头2的光敏电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、多路复用电子开关ADG706和分压电阻R19；所述光敏电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9的一端分别与所述ADG706的端口S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16相连，另一端均与电源端VCC相连；所述ADG706的A0、A1、A2、 A3端口和EN端分别与外部控制器的I/O端口相连，所述分压电阻R19的一端接地，另一端与所述ADG706的公共端D相连，公共端D同时与外部控制器的ADC接口相连。

所述接口电缆4为一根8芯护套线，接口电缆4的一端分别与所述ADG706的电源端VCC、使能端EN、公共端D、输入通道的选择控制端A0、A1、A2和A3，以及接地端GND相连，所述接口电缆4的另一端分别与外部电源（DC1.8V ~DC5.5V）以及外部控制器（如MSP430F2132单片机）的I/O端口和ADC接口相连。

如图2、图3、图4所示，结合上述的半球体盖子1、圆柱形底座3和光电探头2的尺寸及其安装位置，通过分析太阳光线在镜筒9中的光路，并根据光的折射定律和几何学知识，计算得出单个光电探头2的感光范围为以镜筒9轴心线为对称轴的-28.83o~28.83o，从而可知整个太阳跟踪传感器的感光范围为以过半球体球顶的中心线为对称轴的-88.83o~88.83o，即当传感器水平放置时可感知高度角在-88.83o~88.83o范围内的太阳入射光线，可保证太阳跟踪传感器在太阳能电池板转动到任意倾角时对太阳光线检测无盲区；而且使光电探头2中的光敏电阻的受光量尽可能大，且能均匀感知太阳光正射时的最大光强，提高了对太阳光线检测的分辨率和精度，从而提高了太阳跟踪精度；同时通过圆柱形底座3及其内部所设的单头铜柱7，便于在太阳跟踪传感器内部安装相应电路和元器件。

本实用新型的工作原理是：将所述光电式太阳跟踪传感器安装于太阳跟踪机构上（例如此太阳跟踪机构可见专利ZL 201110103316.X），使所述圆柱形底座3的下底面平行了太阳能电池板，而且所述光电探头2所在的2个方向应分别平行于东西、南北方向，同时通过接口电缆4分别与外部电源（DC1.8V~DC5.5V）以及外部控制器（如MSP430F2132单片机）的I/O端口和ADC接口相连。外部控制器通过其I/O端口对ADG706的选择控制端A0、A1、A2和A3进行控制，可在任意时刻实现ADG706的S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15和S16端口中的任意一个与公共端D连通，从而可在任意时刻控制所述9个光电探头2中的光敏电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9中的任意一个与电阻R19构成电阻分压电路，即可在任意时刻选择9个光电探头2中的任意一个进行光电检测。当某个光电探头2感知的光强增大时，其内部的光敏电阻的阻值变小，从而电阻R19上的电压变大，ADG706公共端D的输出电压增大，即该光电探头2的光电检测值变大。进行太阳跟踪时，分别在所述光电探头2所在的2个方向上，通过外部控制器（如MSP430F2132单片机）逐个控制每个方向上的5个光电探头2进行光电检测，并对其检测结果进行相互比较，然后根据比较结果，发出控制指令使太阳跟踪机构驱动太阳能电池板向最大光电检测值所对应的光电探头2所在的方位转动。当在2个方向上均得出所述9个光电探头2中最中间的光电探头2的光电检测值最大时，则认为太阳光垂直入射太阳能电池板。

其中，外部控制器（如MSP430F2132单片机）与ADG706的连接及其对ADG706输入通道的选择与控制均为常规技术，如专利CN200920251213.6《多通道光功率计》一文中介绍了单片机与ADG706的连接及其对ADG706的通道的选择与控制。

本实用新型的有益效果是：此太阳跟踪传感器结构简单、易于实现，感光范围大，对太阳光强分辨率高，跟踪精度高，能从东西和南北2个方向同时检测太阳光线。

附图说明

图1是本实用新型传感器的整体结构示意图；

图2是本实用新型传感器的盖子结构示意图；

图3是本实用新型传感器的底座结构示意图；

图4是本实用新型传感器的光电探头结构示意图；

图5是本实用新型传感器的光电转换电路原理图。

图1-5中各标号：1-半球体盖子，2-光电探头，3-圆柱形底座，4-接口电缆，5-通孔Ⅰ，6-螺纹通孔，7-铜柱，8-通孔Ⅱ，9-镜筒，10-凸透镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如图1-5所示，一种光电式太阳跟踪传感器，包括外壳、9个光电探头2、接口电缆4、光电转换电路；所述外壳包括半球体盖子1和圆柱形底座3，由尼龙材料加工而成，半球体盖子1上面设有9个通孔Ⅰ5，所述9个光电探头2通过9个通孔Ⅰ5均匀地安装在以半球体盖子1的球顶正中央为中心点的两条相差90o的经线上，所述9个光电探头2的输出端分别与所述光电转换电路的输入端相连；所述接口电缆4的一端与光电转换电路相连，另一端与外部电源和外部控制器相连，圆柱形底座3内部设有4个单头铜柱7，光电转换电路通过铜柱7安装在圆柱形底座3上；所述圆柱形底座3的侧壁设有一个通孔Ⅱ8，所述接口电缆4通过通孔Ⅱ8将该光电式太阳跟踪传感器与外部电源和外部控制器进行电气连接；半球体盖子1底部的圆环上均匀设有4个螺纹孔，所述圆柱形底座3的圆环柱壁上均匀地垂直分布4个与半球体盖子1底部螺纹孔配对的螺纹通孔6，半球体盖子1通过螺纹孔与圆柱形底座3相连，所述圆柱形底座3的底部设有2个螺纹孔。

所述每一个光电探头2包括镜筒9、凸透镜10和1个光敏电阻；所述镜筒9的外径为15.4 mm，内径为13 mm，高为12 mm；所述凸透镜10的直径为13 mm，焦距为10 mm；所述光敏电阻的阻值为100 kΩ，表面直径为4 mm，光敏电阻安装在镜筒9内的中心线上并且其感光表面与镜筒9顶面相距6.9 mm。

所述光电转换电路包括9个光电探头2的光敏电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、多路复用电子开关ADG706和分压电阻R19；所述光敏电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9的一端分别与所述ADG706的端口S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16相连，另一端均与电源端VCC相连；所述ADG706的A0、A1、A2、 A3端口和EN端分别与外部控制器的I/O端口相连，所述分压电阻R19的一端接地，另一端与所述ADG706的公共端D相连，公共端D同时与外部控制器的ADC接口相连。

实施例2：如图1-5所示，一种光电式太阳跟踪传感器，包括外壳、9个光电探头2、接口电缆4、光电转换电路；所述外壳包括半球体盖子1和圆柱形底座3，由尼龙材料加工而成，半球体盖子1上面设有9个通孔Ⅰ5，所述9个光电探头2通过9个通孔Ⅰ5均匀地安装在以半球体盖子1的球顶正中央为中心点的两条相差90o的经线上，所述9个光电探头2的输出端分别与所述光电转换电路的输入端相连；所述接口电缆4的一端与光电转换电路相连，另一端与外部电源和外部控制器相连，圆柱形底座3内部设有4个单头铜柱7，光电转换电路通过铜柱7安装在圆柱形底座3上；所述圆柱形底座3的侧壁设有一个通孔Ⅱ8，所述接口电缆4通过通孔Ⅱ8将该光电式太阳跟踪传感器与外部电源和外部控制器进行电气连接；半球体盖子1底部的圆环上均匀设有4个螺纹孔，所述圆柱形底座3的圆环柱壁上均匀地垂直分布4个与半球体盖子1底部螺纹孔配对的螺纹通孔6，半球体盖子1通过螺纹孔与圆柱形底座3相连，所述圆柱形底座3的底部设有2个螺纹孔。

所述半球体盖子1为外直径为100 mm、内直径76 mm的空心半球体结构，通孔Ⅰ5的直径为15.4 mm。 

所述圆柱形底座3为空心圆柱体结构，其外直径为100 mm，内直径为76 mm，高为50 mm，深为40 mm，通孔Ⅱ8的直径为12 mm。

所述每一个光电探头2包括镜筒9、凸透镜10和1个光敏电阻；所述镜筒9的外径为15.4 mm，内径为13 mm，高为12 mm；所述凸透镜10的直径为13 mm，焦距为10 mm；所述光敏电阻的阻值为100 kΩ，表面直径为4 mm，光敏电阻安装在镜筒9内的中心线上并且其感光表面与镜筒9顶面相距6.9 mm。

所述光电转换电路包括9个光电探头2的光敏电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、多路复用电子开关ADG706和分压电阻R19；所述光敏电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9的一端分别与所述ADG706的端口S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16相连，另一端均与电源端VCC相连；所述ADG706的A0、A1、A2、 A3端口和EN端分别与外部控制器的I/O端口相连，所述分压电阻R19的一端接地，另一端与所述ADG706的公共端D相连，公共端D同时与外部控制器的ADC接口相连。

所述接口电缆4为一根8芯护套线。

上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种光电式太阳跟踪传感器，其特征在于：包括外壳、9个光电探头（2）、接口电缆（4）、光电转换电路；所述外壳包括半球体盖子（1）和圆柱形底座（3），由尼龙材料加工而成，半球体盖子（1）上面设有9个通孔Ⅰ（5），所述9个光电探头（2）通过9个通孔Ⅰ（5）均匀地安装在以半球体盖子（1）的球顶正中央为中心点的两条相差90o的经线上，所述9个光电探头（2）的输出端分别与所述光电转换电路的输入端相连；所述接口电缆（4）的一端与光电转换电路相连，另一端与外部电源和外部控制器相连，圆柱形底座（3）内部设有4个单头铜柱（7），光电转换电路通过铜柱（7）安装在圆柱形底座（3）上；所述圆柱形底座（3）的侧壁设有一个通孔Ⅱ（8），所述接口电缆（4）通过通孔Ⅱ（8）将该光电式太阳跟踪传感器与外部电源和外部控制器进行电气连接；半球体盖子（1）底部的圆环上均匀设有4个螺纹孔，所述圆柱形底座（3）的圆环柱壁上均匀地垂直分布4个与半球体盖子（1）底部螺纹孔配对的螺纹通孔（6），半球体盖子（1）通过螺纹孔与圆柱形底座（3）相连，所述圆柱形底座（3）的底部设有2个螺纹孔。

2.根据权利要求1所述的光电式太阳跟踪传感器，其特征在于：所述半球体盖子（1）为外直径为100 mm、内直径76 mm的空心半球体结构，通孔Ⅰ（5）的直径为15.4 mm。

3. 根据权利要求1所述的光电式太阳跟踪传感器，其特征在于：所述圆柱形底座（3）为空心圆柱体结构，其外直径为100 mm，内直径为76 mm，高为50 mm，深为40 mm，通孔Ⅱ（8）的直径为12 mm。

4.根据权利要求1所述的光电式太阳跟踪传感器，其特征在于：所述每一个光电探头（2）包括镜筒（9）、凸透镜（10）和1个光敏电阻；所述镜筒（9）的外径为15.4 mm，内径为13 mm，高为12 mm；所述凸透镜（10）的直径为13 mm，焦距为10 mm；所述光敏电阻的阻值为100 kΩ，表面直径为4 mm，光敏电阻安装在镜筒（9）内的中心线上并且其感光表面与镜筒（9）顶面相距6.9 mm。

5.根据权利要求1所述的光电式太阳跟踪传感器，其特征在于：所述光电转换电路包括9个光电探头（2）的光敏电阻（R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9）、多路复用电子开关ADG706和分压电阻R19；所述光敏电阻（R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9）的一端分别与所述ADG706的端口（S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16）相连，另一端均与电源端VCC相连；所述ADG706的（A0、A 1、A2、 A3）端口和EN端分别与外部控制器的I/O端口相连，所述分压电阻R19的一端接地，另一端与所述ADG706的公共端D相连，公共端D同时与外部控制器的ADC接口相连。

6.根据权利要求1所述的光电式太阳跟踪传感器，其特征在于：所述接口电缆（4）为一根8芯护套线。