專利名稱：一種基于日晷儀的太陽跟蹤定位裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽定位技術領域，尤其涉及一種基于日晷儀的太陽跟蹤定位裝置。
背景技術：
在能源危機日益嚴重的今天，太陽能等新能源的利用具有極大的情景。太陽能作為一種綠色環(huán)保的能源，越來越受到人們的重視。太陽能發(fā)電能為人類提供可持續(xù)能源，但其發(fā)電效率低，發(fā)電成本相對較高，這制約了其大規(guī)模應用。太陽能發(fā)電板所獲得光照度E = E0Cos θ，其中，θ為入射光線與被照表面的法線之間的夾角，表示θ為0度時，太陽能發(fā)電板所獲得的光照度。光照度越大，光電板產生的光電流越大。由此可見研究具有實用價值的太陽能自動跟蹤裝置，使太陽光直射在太陽能電池板上，即θ =0°，以此提高太陽能電池板的使用效率，則是促進太陽能廣泛應用的主要途
徑之一。此外，其他一些方式的太陽能利用，比如光——熱形式的太陽能熱水器的太陽能利用率也和太陽能電板相同。日晷是有悠久歷史的利用太陽光測量時間的工具，其結構簡單，適用范圍廣，并且
可靠性高。

實用新型內容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于日晷儀的太陽跟蹤定位裝置。本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的一種基于日晷儀的太陽跟蹤定位裝置，它主要由數(shù)字信號處理裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和日晷儀等依次相連組成；其中，日晷儀主要由晷面和表組成，數(shù)據(jù)采集裝置包括若干個感光元件、一個比較感光元件和一個數(shù)據(jù)轉換器等，感光元件和比較感光元件分別與數(shù)據(jù)轉換器相連；數(shù)字信號處理裝置可以為數(shù)字信號處理芯片或PC機；感光元件和比較感光元件均分布在日晷儀的晷面上。本實用新型的有益效果是本實用新型實時采集太陽方位信息并得到太陽的精確方位，穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，適合于大多數(shù)太陽能使用設備。

圖1是本實用新型的整體結構框圖；圖2是本實用新型太陽定位方法的流程圖；圖3是本實用新型中日晷儀原理解釋俯視圖，圖4是本實用新型中日晷儀原理解釋側視圖；圖5是本實用新型實例中使用的地平式日晷模型圖；[0015]圖6是本實用新型實例中感光元件排列分析圖；圖7是本實用新型實例中使用的地平式日晷原理圖；圖8是本實用新型實例中感光元件排列方式示意圖圖9是本實用新型實例中處理數(shù)據(jù)流程圖；圖中，表1、晷面2。
具體實施方式
下面根據(jù)附圖詳細描述本實用新型，本實用新型的目的和效果將變得更加明顯。如圖1所示，本實用新型基于日晷儀的太陽跟蹤定位裝置主要由數(shù)字信號處理裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和日晷儀依次相連組成；其中，日晷儀主要由晷面和表組成，根據(jù)太陽照射角的變化產生陰影；數(shù)據(jù)采集裝置包括若干個感光元件、一個比較感光元件和一個數(shù)據(jù)轉換器，感光元件和比較感光元件分別與數(shù)據(jù)轉換器相連，數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)日晷產生的陰影得到數(shù)字信號，并將該信號傳輸給數(shù)字信號處理裝置；數(shù)字信號處理裝置可以為數(shù)字信號處理芯片或PC機，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理等功能。其中，數(shù)據(jù)采集裝置中的感光元件可以使用光敏電阻或光敏二極管等獨立光敏器件，數(shù)據(jù)轉換器可以使用以ADC0809為代表的各類AD轉換芯片。數(shù)據(jù)采集裝置也可以由 CXD感光模塊以及相應的芯片和電路組成。本裝置的各部分連接方式如下數(shù)據(jù)采集裝置中的感光元件分布在日晷儀的晷面上，此分布方式為以日晷三角形的表的最高點所對應在晷面上的點為圓心，取N個離散的值作為特殊半徑值，所有的感光元件均分布在這N個特殊半徑值所在的圓周上，并保持每個感光元件之間的間隔相同。所取的特殊半徑值越密則精度越高，同時電路也相應較復雜； 類似的，在同一特殊半徑所在的圓周上排列的感光元件越密，其精度也越高。如圖2所示，基于日晷儀的太陽跟蹤定位方法包括如下步驟步驟1 日晷儀根據(jù)太陽光照位置的變化，在其晷面上產生相應的陰影。以下以地平式日晷為例，解釋其原理。如圖3和圖4所示，為日晷儀原理解釋圖，圖3為俯視圖，圖4為側視圖，圖中標號1為表、2為晷面。地平式日晷理論上可以測量M小時內所有時刻的太陽方位角。但是為了減少光的衍射所造成的誤差，實際應用中，擋光物體(稱為“晷針”或“表”)一般不采用處于圓心位置的圓柱體，而是一個三角形的不透明板，如圖5所示。經過改進之后，雖然可測量的時間段變少了，約為12小時，不過大大提高了精度，對于非高緯度用戶來說，測量時間的減少影響不大，而對于高緯度用戶來說，其地理位置本身并不適用于利用太陽能，所以這樣子的設計是一種比較合理也簡單的設計。步驟2 數(shù)據(jù)采集裝置將晷面上的陰影信息轉化為數(shù)字電信號。如圖6所示，設被陰影部分阻擋的感光元件經過處理后的電信號為邏輯“1”，被太陽直射的電信號為邏輯“0”。通過傳輸數(shù)據(jù)線，采集到的信號最后以邏輯數(shù)“1”或“0”的形式傳送給數(shù)據(jù)處理裝置。關于邏輯信號“ 1，，與邏輯信號“0”的產生方法如下比較感光元件的光照環(huán)境在陰影與直射之間，則其測得的信號強弱程度也在兩者之間。感光元件從日晷儀平臺上測得的數(shù)據(jù)逐一與比較感光元件從日晷儀平臺上測得的數(shù)據(jù)進行比較，確定其邏輯符號。整個[0037]
系統(tǒng)采用定時掃描方式，動態(tài)掃描并分析信號。步驟3 數(shù)字信號處理裝置對輸入的信號進行處理，還原出日晷儀的晷面上的陰 M^in 息。圖7所示，為本專利說明書中所使用實例中的晷面上的陰影軌跡?？芍?，任一時刻其軌跡形狀均為三角形，而其底邊則固定不變，所以只要找到三角形陰影的頂點A，即可確定陰影的形狀。所以，還原日晷晷面上的陰影信息的方法其實就是找到陰影頂點A的方法。感光元件的排列方式為密度為以所處位置距離圓心的距離R為參數(shù)的函數(shù)，設其線度排列密度為P。處于半徑為R出的圓環(huán)上排列的元件個數(shù)為N= ρ 個。即為單位長度上有P個元件分布，在單位面積上有P 2個元件排列。并賦予每個感光元件一個二維序列標號η m。其中，η表示半徑序列號，由內至外從1開始遞增；m為某一圓周上排列的第m個感光元件;mn為半徑序號為η的圓周上的排列的感光元件的總數(shù)目。簡單來說，感光元件的排列方式為N個同心圓環(huán)組成，具體如圖8所示。之后以下各步均可以在數(shù)字信號處理裝置中完成。在實現(xiàn)對點A的尋找之前，先行將輸入的各點數(shù)據(jù)填充入一個矩陣中。Xnm代表第η個半徑值所對應的圓周上的第m個感光元件的邏輯數(shù)(值為“0”或“1”)。根據(jù)本算法的數(shù)據(jù)結構，矩陣中某些元素不存在， 不構成一個完整的矩陣，可以將元素不存在的位置用“0”填充以使矩陣完整。
權利要求1. 一種基于日晷儀的太陽跟蹤定位裝置，其特征在于，它主要由數(shù)字信號處理裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和日晷儀依次相連組成；其中，日晷儀主要由晷面和表組成，表固定在晷面上， 數(shù)據(jù)采集裝置包括若干個感光元件、一個比較感光元件和一個數(shù)據(jù)轉換器，感光元件和比較感光元件分別與數(shù)據(jù)轉換器相連；數(shù)字信號處理裝置為數(shù)字信號處理芯片或PC機；感光元件和比較感光元件均分布在日晷儀的晷面上。
專利摘要本實用新型公開了一種基于日晷儀的太陽跟蹤定位裝置，它主要由數(shù)字信號處理裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和日晷儀等依次相連組成；日晷儀根據(jù)太陽光照位置的變化，在其晷面上產生相應的陰影；數(shù)據(jù)采集裝置將晷面上的陰影信息轉化為數(shù)字電信號；數(shù)字信號處理裝置對輸入的信號進行處理，還原出日晷儀的晷面上的陰影信息；最后計算太陽水平方位角和高度方位角，從而得到太陽的位置；本實用新型實時采集太陽方位信息并得到太陽的精確方位，穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，適合于大多數(shù)太陽能使用設備。
文檔編號G05D3/12GK202205097SQ20112016664
公開日2012年4月25日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權日2011年5月24日
發(fā)明者孟濬, 王路克, 謝小玲 申請人:浙江大學