一種利用光強(qiáng)度傳感器的太陽(yáng)方向檢測(cè)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用光強(qiáng)度傳感器的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置，屬于光電檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域和太陽(yáng)能利用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能是取之不盡用之不竭的一種能源，成為解決未來能源危機(jī)的一種重要途徑。通過測(cè)量得到實(shí)時(shí)太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)自動(dòng)追蹤，成為重要的任務(wù)。然而目前已有的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置體積大，成本高，技術(shù)復(fù)雜度高，不能投入到家庭等中小型光伏設(shè)備應(yīng)用場(chǎng)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)單方便，成本低廉，利用光強(qiáng)度傳感器的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置自動(dòng)跟蹤方法，并提供相應(yīng)的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置。
[0004]本發(fā)明是利用多片光強(qiáng)度傳感器，按照正六棱柱的空間幾何位置放置，通過嵌入式控制芯片讀取各面光強(qiáng)度傳感器的感測(cè)數(shù)值，再按照利用了空間向量數(shù)學(xué)關(guān)系的方位角檢測(cè)算法，計(jì)算出實(shí)時(shí)的太陽(yáng)水平角和高度角。具體包括以下步驟:
(I)當(dāng)太陽(yáng)光照強(qiáng)度足夠時(shí)，使得光伏供電模塊產(chǎn)生足夠的電功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作，之后系統(tǒng)開始檢測(cè)太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置角。
[0005](2)系統(tǒng)工作后，通過地磁傳感器的讀數(shù)，計(jì)算出檢測(cè)裝置與地磁北極的放置偏角。
[0006](3)系統(tǒng)工作后，通過計(jì)算各面光強(qiáng)度傳感器測(cè)得光強(qiáng)度的均值、方差等參數(shù)判斷天氣情況是否晴朗。如果不是晴天就無(wú)需計(jì)算太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置角，判定是晴天再計(jì)算太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置角。
[0007](4)在晴朗的光照環(huán)境下，嵌入式控制芯片根據(jù)各面的光強(qiáng)度強(qiáng)弱分布，判斷側(cè)壁上出被直射的光強(qiáng)度傳感器是哪幾個(gè)，落在陰影面的光強(qiáng)度傳感器是哪幾個(gè)，判斷太陽(yáng)光線水平角的大致區(qū)間。用落在陰影面的傳感器讀取的數(shù)值計(jì)算出環(huán)境光線的強(qiáng)度，再對(duì)各面上不同傳感器的數(shù)值進(jìn)行差分處理，減少環(huán)境光線的干擾。
[0008](5)然后利用正交分解和余弦定理等數(shù)學(xué)處理方法，通過光強(qiáng)度先計(jì)算出太陽(yáng)光線的水平角，再利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算假想的垂直于水平角的側(cè)壁面上的光強(qiáng)度，再利用計(jì)算出的假想的構(gòu)造面的光強(qiáng)度數(shù)值和頂面?zhèn)鞲衅髯x取的數(shù)值計(jì)算出太陽(yáng)光線的高度角。
[0009](6)通過無(wú)線藍(lán)牙通信方式，檢測(cè)系統(tǒng)可以和其他設(shè)備相連工作，如與光伏板機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備相連，組成光伏追蹤系統(tǒng)，提高太陽(yáng)能發(fā)電效率。
[0010]為了解決太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置檢測(cè)的問題，通過上述方法，發(fā)明了一種利用光強(qiáng)度傳感器的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置:包括中空的凸型的基座，所述基座的上部分為中空正六棱柱，下部分為圓柱形，所述基座的外側(cè)壁設(shè)有LCD顯示屏，所述基座的內(nèi)部分別設(shè)有嵌入式控制芯、藍(lán)牙通信芯片、地磁傳感器模塊，所述基座的外部設(shè)有光伏供電模塊，所述基座上部分正六棱柱的六個(gè)側(cè)面和頂面上分別設(shè)有光強(qiáng)度傳感器。
[0011]所述藍(lán)牙通信芯片通過導(dǎo)線與嵌入式控制芯片串口相連。
[0012]所述地磁傳感器模塊通過導(dǎo)線與嵌入式控制芯片IIC通道相連。
[0013]所述光伏供電模塊通過導(dǎo)線與嵌入式控制芯片電源接口相連。
[0014]所述IXD顯示屏通過導(dǎo)線與嵌入式控制芯片通用1端口相連。
[0015]所述光強(qiáng)度傳感器通過導(dǎo)線與嵌入式控制芯片IIC通道相連。
[0016]相鄰的兩個(gè)所述光強(qiáng)度傳感器在水平面上呈120°角，頂面的傳感器與設(shè)置在側(cè)面的光強(qiáng)度傳感器垂直，所述嵌入式控制芯片讀取光強(qiáng)度傳感器的讀數(shù)，并根據(jù)強(qiáng)度關(guān)系計(jì)算出太陽(yáng)方向角。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn):
1、用光伏板自行供電，一舉兩得，既避免了檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)外在電力的依賴，又避免在日照不足的陰天等無(wú)需檢測(cè)的情況下進(jìn)行無(wú)效工作，浪費(fèi)能源。
[0018]2、無(wú)需機(jī)械裝置轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量裝置本身，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)測(cè)量，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的復(fù)雜度，而且方便使用。
[0019]3、同時(shí)測(cè)量太陽(yáng)的水平角和高度角，用靜態(tài)測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)雙軸運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)的測(cè)量。
[0020]4、通過獨(dú)特的幾何構(gòu)型，使系統(tǒng)的測(cè)量誤差波動(dòng)范圍與太陽(yáng)角度變化范圍始終成收斂關(guān)系，降低了系統(tǒng)誤差。
[0021 ] 5、檢測(cè)裝置完全不需要人工設(shè)置和干預(yù)，內(nèi)設(shè)的地磁傳感器可以自動(dòng)檢測(cè)傳感器放置的偏角，將檢測(cè)裝置檢測(cè)到的相對(duì)太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置角加上放置偏角得到準(zhǔn)確的絕對(duì)地理坐標(biāo)下的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置角，無(wú)需人工修正對(duì)齊檢測(cè)裝置的放置朝向。
[0022]下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的透視圖；
圖2為太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置的系統(tǒng)原理框圖；
附圖標(biāo)記說明:
I一基座；2—光強(qiáng)度傳感器；
3—嵌入式控制芯片； 4一藍(lán)牙通信芯片；
5一光伏供電模塊；6—IXD顯不屏；
7—地磁傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示，一種用于太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置自動(dòng)檢測(cè)裝置，包括正多邊形基座1、光強(qiáng)度傳感器2(型號(hào):GY-30)、嵌入式控制芯片3(型號(hào):cortex-M3 STM32)、藍(lán)牙通信芯片4(型號(hào):藍(lán)牙模塊HC-06)、光伏供電模塊5、LCD顯示屏(型號(hào):LCD12864)6、地磁傳感器7(型號(hào):MAG3110)o
[0025](I)當(dāng)光伏模塊5接收到太陽(yáng)光線照射強(qiáng)度足夠時(shí)，將給整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)提供工作所需的電能。系統(tǒng)開始工作。這樣的發(fā)明不僅節(jié)能，而且保證了系統(tǒng)的工作效率，不會(huì)在無(wú)需檢測(cè)的環(huán)境中浪費(fèi)電力。
[0026](2)系統(tǒng)開始工作后，嵌入式控制芯片3通過IIC總線通信，讀取基座I上每個(gè)面的光強(qiáng)度傳感器2，通過各個(gè)側(cè)壁上光強(qiáng)度傳感器2的讀數(shù)大小關(guān)系，判斷出太陽(yáng)水平角的大概方位。
[0027](3)將側(cè)壁上光強(qiáng)度傳感器2讀取的數(shù)值用正交分解的方法，把每個(gè)面光強(qiáng)度等效在東西軸向和南北軸向上，再把相對(duì)面的光強(qiáng)度做差分，消除環(huán)境光影響。然后用余弦定理通過計(jì)算出的東西和南北軸向的等效光強(qiáng)度算出太陽(yáng)水平方位角。
[0028](4)通過求出的水平角和東西和南北軸向的等效光強(qiáng)度，計(jì)算出假想水平正對(duì)面的等效光強(qiáng)度，讀取頂面光強(qiáng)度傳感器2的讀數(shù)，通過余弦定理計(jì)算出太陽(yáng)高度角。
[0029](5)嵌入式控制芯片3將算出的太陽(yáng)水平角和高度角通過藍(lán)牙模塊4發(fā)送給其他設(shè)備。
[0030]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例的所提供的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置檢測(cè)方案有以下有益效果:
1、所提供的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置檢測(cè)方案和系統(tǒng)成本低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于推廣普及。
[0031]2、智能化程度高，使用操作便捷。只要將太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置放置在水平地面，直接暴露在陽(yáng)光直射下即可，無(wú)需人工干預(yù)設(shè)置。
[0032]3、所提供的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置體積小巧玲瓏，無(wú)需外接電源，尤其適合家庭戶外的工作環(huán)境，可以很好的為小型太陽(yáng)追蹤光伏系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)。
[0033]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用光強(qiáng)度傳感器的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置，其特征在于:包括中空的凸型的基座，所述基座的上部分為中空正六棱柱，下部分為圓柱形，所述基座的外側(cè)壁設(shè)有LCD顯示屏，所述基座的內(nèi)部分別設(shè)有嵌入式控制芯、藍(lán)牙通信芯片、地磁傳感器模塊，所述基座的外部設(shè)有光伏供電模塊，所述基座上部分正六棱柱的六個(gè)側(cè)面和頂面上分別設(shè)有光強(qiáng)度傳感器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置，其特征在于:所述藍(lán)牙通信芯片通過導(dǎo)線與嵌入式控制芯片串口相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置，其特征在于:所述地磁傳感器模塊通過導(dǎo)線與嵌入式控制芯片IIC通道相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置，其特征在于:所述光伏供電模塊通過導(dǎo)線與嵌入式控制芯片電源接口相連。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置，其特征在于:所述LCD顯示屏通過導(dǎo)線與嵌入式控制芯片通用1端口相連。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置，其特征在于:所述光強(qiáng)度傳感器通過導(dǎo)線與嵌入式控制芯片IIC通道相連。7.根據(jù)權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)要求所述的太陽(yáng)方向檢測(cè)裝置，其特征在于:相鄰的兩個(gè)所述光強(qiáng)度傳感器在水平面上呈120°角，頂面的傳感器與設(shè)置在側(cè)面的光強(qiáng)度傳感器垂直，所述嵌入式控制芯片讀取光強(qiáng)度傳感器的讀數(shù)，并根據(jù)強(qiáng)度關(guān)系計(jì)算出太陽(yáng)方向角。
【專利摘要】本發(fā)明是利用多片光強(qiáng)度傳感器，按照正六棱柱的空間幾何位置放置，通過嵌入式控制芯片讀取各面光強(qiáng)度傳感器的感測(cè)數(shù)值，再按照利用了空間向量數(shù)學(xué)關(guān)系的方位角檢測(cè)算法，計(jì)算出實(shí)時(shí)的太陽(yáng)水平角和高度角。實(shí)現(xiàn)靜態(tài)測(cè)量，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的復(fù)雜度，而且方便使用，降低了系統(tǒng)誤差。
【IPC分類】G05D3/12
【公開號(hào)】CN105446361
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510877971
【發(fā)明人】姜琴, 扈健瑋, 岑榮瀅
【申請(qǐng)人】青島工學(xué)院
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月4日