專利名稱：輕型太陽能車動態太陽能功率自動追蹤裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種輕型太陽能車動態太陽能功率自動追蹤裝置，是一種具有提 高太陽能電池板利用率功能的自動追蹤系統，屬于載運工具技術領域。
背景技術：
當前國際上太陽能車的研究是一個熱點，對于我國西部高原而言，由于地處高原， 大氣層較薄，日照時間較長，比較適合太陽能車的應用，典型的城市有拉薩和昆明。近幾年 轎車發展太快，造成城區道路嚴重擁擠，在上下班高峰期，市內道路擁堵造成汽車的速度不 如電單車快。由于太陽能電池板的造價昂貴，而實用化太陽能車的功率也很小；另外由于受 到太陽能電池板面積的限制，功率一般小于1000W，因而提高其利用率是極為重要的。提高 太陽能電池板的利用率最現實的做法是盡可能讓太陽光垂直照射太陽能電池板，因而通過 實時功率追蹤實現太陽能電池板的轉動是亟待解決的問題。
發明內容本實用新型的目的是輕型太陽能車動態太陽能功率自動追蹤裝置，是一種具有 追蹤實時功率功能的自動轉動系統，它可以保證車身較輕的情況下，頂棚能隨著太陽光強 度的大小而自動調節頂棚太陽能電池板傾斜的角度，使得太陽光能夠垂直照射太陽能電池 板，提高太陽能電池板的利用率。解決本實用新型的技術問題所采用的方案是利用輕型太陽能車動態太陽能功率 自動追蹤裝置的執行機構及輕型太陽能車動態太陽能功率自動追蹤裝置的控制電路，構建 輕型太陽能車動態太陽能功率自動追蹤裝置，從而對運動中的輕型太陽能車的太陽能電池 板在不同角度太陽光照射下的功率情況進行實時追蹤，并及時對太陽能電池板的角度進行 有效的調整，使得太陽光能夠垂直照射太陽能電池板，實現太陽能電池板功率的最大化。具體方案該裝置主要由執行機構和控制電路兩部分組成，其中執行機構部分由頂棚太陽 能電池板、車身立柱、伸縮桿、橫桿、保護套筒、螺旋桿、螺旋套筒、錐齒輪、傳動軸、聯軸器、 57BYG250-76步進電機、2H3A-16步進電機驅動器、底箱等組成，三塊太陽能電池板以串連 的形式鑲嵌于頂棚內，頂棚左側(面向車的行駛方向時)用貝絲扣與該側兩車身立柱相連， 車身立柱固定不動，太陽能電池板可以以兩貝絲扣構成的直線為軸在一定角度內向上或向 下自動轉動。右側(面向車的行駛方向時)用兩U型槽與兩伸縮桿末端進行連接，U型槽位 于焊接在頂棚的鐵片上，伸縮桿末端可以在其上自由滑動，而不被卡住，增加了伸縮桿的靈 活性。其中伸縮桿是由右側(面向車的行駛方向時)車身立柱改造而成，兩伸縮桿通過一 橫桿構成H型結構，伸縮桿通過該橫桿間接地與螺旋桿相連接，橫桿下端通過一保護套筒 將螺旋桿固定，以保證太陽能車運動過程中的穩定性，螺旋桿立于右端(面向車的行駛方 向時)車身的中部，螺旋桿與傳動軸采用錐齒輪傳動。傳動軸與57BYG250-76步進電機通 過聯軸器相連接，另外57BYG250-76步進電機與傳動軸水平位于車身所附底箱內，2H3A-16步進電機驅動器則與輕型太陽能車動態太陽能功率自動追蹤裝置的控制電路相連接。輕型太陽能車動態太陽能功率自動追蹤裝置的控制電路是是由信號采集、信號轉 換、信號處理三部分組成。其中信號采集是由兩個架設于兩個互為四十五度角的斜坡上的 AC5516光敏電阻完成，而信號轉換是由A/D轉換器將采集到的太陽光強度模擬信號轉換成 數字信號，信號處理部分則是采用PIC16F73單片機機作為核心控制芯片，將PIC16F73單 片機導入特定程序，由PIC16F73單片機對A/D轉換器輸入的數字信號進行比對處理，并由 PIC16F73單片將處理結果的相應信號輸入到2H3A-16步進電機驅動器中驅動57BYG250-76 步進電機。另外有上、下兩限位開關直接接到單片機上，其作用是為避免頂棚傾斜過度， 致使車身失衡，當頂棚碰到限位開關時，無論太陽光強度信號是否繼續增加都將立刻停止 步進電機的運轉。控制電路中有四個二極管組成的電橋，其作用有二 一是可以把9V的交流電壓轉 換為直流電壓；二是當電路中接12V蓄電池時可以防止電路接反了而燒壞內部電路元件。 電路中7805的作用是把高電壓轉換為5V的電壓，為PIC16F73單片機提供電壓，同時也為 檢測電路提供電壓。電路中Rl、R2為光敏電阻，兩電阻一端各串聯排阻A103J上的一個電 阻，另一端接入PIC16F73單片機。光敏分別安裝太陽光強度對比裝置上的兩斜板上檢測兩 斜板上的太陽光強度并把檢測電壓(太陽光強度信號)輸入PIC16F73單片機，檢測電壓 (太陽光強度信號)通過PIC16F73單片機里的A/D轉換為數字信號，單片機PIC16F73對 數字信號進行實時比對，并將處理結果的相應信號輸入2H3A-16步進電機驅動器中來驅動 57BYG250-76步進電機，通過57BYG250-76步進電機的轉動帶動執行機構的運轉使太陽能 電池板實現太陽能功率自動追蹤。電路中的開關K1、K2分別為執行機構上的上、下限位開 關。當碰到上限位開關時，無論太陽光強度信號是否繼續增加太陽能電池板都將立刻停止， 延時三分鐘，然后反向(順時針)轉動；當碰到下限位開關時，無論太陽光強度信號是否繼 續增加太陽能電池板都將立刻停止，延時三分鐘，然后反向(逆時針)轉動；電路中的開關 Κ3，是手動強制復位開關。由于陰天或者晚上輕型太陽能車動態太陽能功率自動追蹤裝置 將不能正常發揮功效，此時需關掉輕型太陽能車動態太陽能功率自動追蹤裝置，且在關掉 前必須使太陽能電池板回到水平位置，這是就需要手動強制復位當按下此開關時，單片機 將帶動執行機構強制復位，使太陽能電池板回到水平位置。本實用新型的裝置的運行方式如下首先假設太陽能電池板兩側的太陽光強度分 別為Ml、Μ2，定值為N，則1、|M1-M2 <N(N為定值)時，延時，太陽能電池板不轉動；2、當 M1-M2 > N時，57BYG250-76步進電機按PIC16F73單片機處理結果的相應信號正轉，傳動 軸也正轉，使得螺旋桿推動螺旋套筒向上運動，進而伸縮桿也向上運動，從而實現太陽能電 池板向上傾斜(順時針旋轉)，碰到上限位開關時，無論太陽光強度信號是否繼續增加都將 立刻停止，延時三分鐘，然后反向轉動；3、當M1-M2 < 0，且|M1-M2| > N時，57BYG250-76步 進電機按PIC16F73單片機處理結果的相應信號反轉，傳動軸也反轉，使得螺旋桿推動螺旋 套筒向下運動，進而伸縮桿也向下運動，從而實現太陽能電池板向下傾斜(逆時針旋轉)， 碰到下限位開關時，無論太陽光強度信號是否繼續增加都將立刻停止，延時三分鐘，然后反 向轉動。本實用新型的有益效果是采用單片機采集信號、處理信號，能夠做到精確控制、 反應及時，能夠實時追蹤太陽能電池板的最大功率，及時調整太陽能電池板的角度，從而提高太陽能電池板的利用率。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，但本實用新型的結構不 限于附圖所示。
圖1為本實用新型機械部分整體結構示意圖；圖2為本實用新型機械部分執行機構頂棚部分原理圖；圖3為本實用新型機械部分執行機構頂棚部分示意圖；圖4為本實用新型機械部分車身局部結構示意圖；圖5為本實用新型機械部分螺旋桿結構示意圖；圖6為本實用新型機械部分信號采集示意圖；圖7為本實用新型電器部分控制電路電路圖。
具體實施方式
圖1中，頂棚太陽能電池板7左側(面向車的行駛方向時)用兩貝絲扣9與該側 兩車身立柱3相連，兩車身立柱3固定不動，頂棚太陽能電池板7可以以兩貝絲扣9構成的 直線為軸在一定角度內(上、下各十五度)向上或向下自動轉動(原理圖如圖2，實物圖如 圖3所示)。右側(面向車的行駛方向時)用兩U型槽1與改側兩伸縮桿2的末端進行連 接，U型槽1位于焊接在頂棚的鐵片上，伸縮桿2的末端可以在其上自由滑動，而不被卡住， 增加了伸縮桿2的靈活性(如圖3所示)。其中伸縮桿2是由右端(面向車的行駛方向時) 車身立柱3改造而成，兩伸縮桿2通過一橫桿4構成H型結構(如圖3所示)，伸縮桿2通 過該橫桿4間接地于螺旋桿11相連接，橫桿4下端通過一保護套筒5將螺旋桿11固定，以 保證太陽能車運動過程中的穩定性(如圖1所示)，螺旋桿11立于右端(面向車的行駛方 向時)車身的中部如(如圖4所示)。螺旋桿11與傳動軸14采用錐齒輪傳動，傳動軸14 與57BYG250-76步進電機16通過聯軸器15相連接，另外57BYG250-76步進電機16與傳動 軸14水平位于車身8所附底箱6內，2H3A-16步進電機驅動器則與輕型太陽能車動態太陽 能功率自動追蹤裝置的控制電路相連接(如圖4、圖5所示)。輕型太陽能車動態太陽能功率自動追蹤裝置的控制電路是是由信號采集、信號轉 換、信號處理三部分組成。其中信號采集是由兩個架設于兩個互為四十五度角的斜坡上的 AC5516光敏電阻完成(如圖6所示)，而信號轉換是由A/D轉換器將采集到的太陽光強度 模擬信號轉換成數字信號，信號處理部分則是采用PIC16F73單片機機作為核心控制芯片， 將PIC16F73單片機導入特定程序，由PIC16F73單片機對A/D轉換器輸入的數字信號進行 比對處理，并由PIC16F73單片機將處理結果的相應信號輸入到2H3A-16步進電機驅動器中 驅動57BYG250-76步進電機。另外有上、下兩限位開關直接接到單片機上，其作用是為避 免頂棚傾斜過度，致使車身失衡，當頂棚碰到限位開關時，無論太陽光強度信號是否繼續增 加都將立刻停止步進電機的運轉。控制電路電路如圖7所示，電路中有四個二極管組成的電橋，其作用有二 一是可 以把9V的交流電壓轉換為直流電壓；二是當電路中接12V蓄電池時可以防止電路接反了而 燒壞內部電路元件。電路中7805的作用是把高電壓轉換為5V的電壓，為PIC16F73單片機提供電壓，同時也為檢測電路提供電壓。電路中R1、R2為光敏電阻，兩電阻一端各串聯排 阻A103J上的一個電阻，另一端接入PIC16F73單片機。光敏分別安裝太陽光強度對比裝置 上的兩斜板上檢測兩斜板上的太陽光強度并把檢測電壓(太陽光強度信號)輸入PIC16F73 單片機，檢測電壓(太陽光強度信號)通過PIC16F73單片機里的A/D轉換為數字信號，單 片機PIC16F73對數字信號進行實時比對，并將處理結果的相應信號輸入2H3A-16步進電機 驅動器中來驅動57BYG250-76步進電機，通過57BYG250-76步進電機的轉動帶動執行機構 的運轉使太陽能電池板實現太陽能功率自動追蹤。電路中的開關K1、K2分別為執行機構上 的上、下限位開關。當碰到上限位開關時，無論太陽光強度信號是否繼續增加太陽能電池板 都將立刻停止，延時三分鐘，然后反向(順時針)轉動；當碰到下限位開關時，無論太陽光強 度信號是否繼續增加太陽能電池板都將立刻停止，延時三分鐘，然后反向(逆時針)轉動； 電路中的開關Κ3，是手動強制復位開關。由于陰天或者晚上輕型太陽能車動態太陽能功率 自動追蹤裝置將不能正常發揮功效，此時需關掉輕型太陽能車動態太陽能功率自動追蹤裝 置，且在關掉前必須使太陽能電池板回到水平位置，這是就需要手動強制復位當按下此開 關時，單片機將帶動執行機構強制復位，使太陽能電池板回到水平位置。1、U型槽；2、伸縮桿；3、車身立柱；4、橫桿；5、保護套筒；6、底箱；7、頂棚太陽能電 池板；8、車身；9、貝絲扣；10、螺旋套筒；11、螺旋桿；12、軸承；13、錐齒輪；14、傳動軸；15、 聯軸器；16、步進電機。Kl上限位開關；Κ2上限位開關；Κ3托運復位開關；Κ4電源開關；Rl光敏電阻；R2 光敏電阻。
權利要求1.一種輕型太陽能車動態太陽能功率自動追蹤裝置，其特征是該裝置主要由執行機 構和控制電路兩部分組成，其中執行機構部分由頂棚太陽能電池板(7)、車身立柱(3)、伸 縮桿⑵、橫桿⑷、保護套筒(5)、螺旋桿(11)、螺旋套筒(10)、錐齒輪(13)、傳動軸(14)、 聯軸器(15)、57BYG250-76步進電機(16)、2H3A_16步進電機驅動器、底箱(6)等組成，頂棚 太陽能電池板(7) —側和兩車身立柱C3)用貝絲扣(9)連接，另一側通過兩U型槽(1)分 別與該側兩伸縮桿⑵的末端相連接，而兩伸縮桿⑵與一橫桿⑷構成一 H型，從而使得 伸縮桿⑵通過橫桿⑷間接地與螺旋桿(11)連接在一起，螺旋桿(11)立于車身⑶的 中部，螺旋桿(11)與傳動軸(14)之間采用錐齒輪(13)傳動，傳動軸(14)和57BYG250-76 步進電機(16)通過聯軸器(15)連接在一起，57BYG250-76步進電機(16)與傳動軸(14)水 平位于車身所附底箱(6)內，2H3A-16步進電機驅動器則與控制電路相連接，控制電路由信 號采集、信號轉換、信號處理三部分組成。
2.如權利要求1所述的輕型太陽能車動態太陽能功率自動追蹤裝置，其特征是所述 的控制電路的信號采集、信號轉換、信號處理三部分，其中信號采集是由兩個架設于兩個互 為四十五度角的斜坡上的AC5516光敏電阻完成，而信號轉換是由A/D轉換器將采集到的 太陽光強度模擬信號轉換成數字信號，信號處理部分則是采用PIC16F73單片機作為核心 控制芯片，將PIC16F73單片機導入特定程序，由PIC16F73單片機對A/D轉換器輸入的數 字信號進行比對處理，并將處理結果的相應信號輸入到2H3A-16步進電機驅動器中驅動 57BYG250-76 步進電機(16)。
3.如權利要求1所述的輕型太陽能車動態太陽能功率自動追蹤裝置，其特征是所述 的控制電路中有四個二極管組成的電橋，電路中Rl、R2為光敏電阻，兩電阻一端各串聯排 阻A103J上的一個電阻，另一端接入PIC16F73單片機，光敏分別安裝太陽光強度對比裝置 上的兩斜板上，電路中的開關K1、K2分別為執行機構上的上、下限位開關。
專利摘要本實用新型涉及一種輕型太陽能車動態太陽能功率自動追蹤裝置，該裝置主要由執行機構和控制電路兩部分組成，其中執行機構部分包括頂棚太陽能電池板、U型槽、伸縮桿、螺旋桿、傳動軸、步進電機等組成，而控制電路部分是用兩個光敏傳感器采集太陽光強度信號，經A/D轉換器轉化后輸入單片機進行處理，然后輸出比對結果的相應信號到步進電機驅動器驅動步進電機，實現頂棚太陽能電池板朝太陽能功率最大方向的自動轉動，主要設置在太陽能車的頂棚以及車身部分，可據太陽光強度的大小計算頂棚太陽能電池板轉動的角度，并實時調節頂棚太陽能電池板的角度，提高太陽能電池板的利用率，結構簡單、成本較低、易于實施、可提高太陽能電池板的利用率，特別是輕型車輛。
文檔編號H02N6/00GK201846280SQ20102059596
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月8日 優先權日2010年11月8日
發明者何語, 郭精玲, 陳元樹, 陳蜀喬, 龍文凱 申請人:昆明理工大學