基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统及跟踪方法技术方案

本发明专利技术公开的基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统由机身主体和控制模块经连接构成；机身主体，包括太阳高度角调整单元、太阳方位角调整单元及支撑机构，且支撑机构由底座和垂直焊接于底座中央的减速机支座构成，太阳方位角调整单元设置于减速机支座上，太阳高度角调整单元设置于太阳方位角调整单元上且与太阳方位角调整单元连接；太阳高度角调整单元、太阳方位角调整单元均与控制模块连接。本发明专利技术还公开了利用基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统对太阳进行跟踪的方法。本发明专利技术基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统及跟踪方法，能对太阳能双轴视日跟踪系统的太阳高度角和方位角控制，实现了对太阳的跟踪，有效提高了发电效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于跟踪系统
，具体涉及一种基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统，本专利技术还涉及利用基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统对太阳进行跟踪的方法。
技术介绍
能源是经济社会发展的命脉，是提高人们生活水平的保障。在能源日趋匮乏的今天，全世界都把目光投向了可再生能源，希望能改变人类的能源结构，实现可持续发展。太阳能作为一种新兴的可再生能源，对于缓解能源危机，并在极大程度上改善环境污染有着极其重要的意义。太阳能的开发利用具有巨大的市场前景。目前，太阳能光伏发电存在的一个瓶颈问题就是发电效率低，而解决此问题的办法之一是开发出太阳能跟踪系统，使太阳能电池板能始终面向太阳，以提高光伏发电的效率。现有的太阳跟踪系统角度检测主要用编码器及角位移传感器等。这些检测装置大多安装复杂，且安装精度要求高、校准费时，成本也高。在使用的过程中常常会由于安装误差导致传感器容易损坏。AHRS称为航姿参考系统，它包括有多个轴向传感器，能为飞行器提供航向，横滚和侧翻信息，这类系统能为飞行器提供准确可靠的姿态与航行信息，若将AHRS模块应用于太阳能电池板的角度检测则具有创新意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统，能对太阳能双轴视日跟踪系统的太阳高度角和方位角进行控制，使太阳能电池板始终与太阳光线垂直，实现了对太阳的跟踪，有效提高了发电效率。本专利技术的另一目的在于提供利用基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统对太阳进行跟踪的方法。本专利技术所采用的第一种技术方案是，基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统，由机身主体和控制模块经连接构成；机身主体，包括有太阳高度角调整单元、太阳方位角调整单元及支撑机构，且支撑机构由底座和垂直焊接于底座中央的减速机支座构成，太阳方位角调整单元设置于减速机支座上，太阳高度角调整单元设置于太阳方位角调整单元上且与太阳方位角调整单元连接；太阳高度角调整单元、太阳方位角调整单元均与控制模块连接。本专利技术第一种技术方案的特点还在于：控制模块，包括有单片机，单片机分别连接外部时钟模块、人机交互模块、电机驱动模块及AHRS模块；太阳高度角调整单元、太阳方位角调整单元均与电机驱动模块连接，太阳高度角调整单元与AHRS模块连接。太阳方位角调整单元，包括有设置于减速机支座上端的蜗轮-蜗杆减速机和直流电机，且蜗轮-蜗杆减速机与直流电机连为一体；蜗轮-蜗杆减速机的上部焊接有竖直设置的立柱，太阳高度角调整单元支撑于立柱的上端；直流电机分别通过导线与电机驱动模块、太阳高度角调整单元内的太阳能板连接。太阳高度角调整单元由太阳能电池板支撑-调整一体化装置和太阳能电池板经连接构成；太阳能电池板支撑-调整一体化装置，包括有太阳能电池板支撑单元和太阳能电池板调整单元；太阳能电池板支撑单元，包括有水平设置的回转轴，且回转轴的中部与通过U型螺栓a、U型螺栓b与立柱连接，回转轴的一端通过左支座连接左支撑架，回转轴的另一端通过右支座连接右支撑架，且左支撑架通过支撑杆与右支撑架连接；太阳能电池板与左支撑架、支撑杆和右支撑架连为一体，即左支撑架、支撑杆和右支撑架共同对太阳能电池板起到支撑固定作用，太阳能电池板通过导线与AHRS模块连接；太阳能电池板调整单元，包括有直流电动推杆，且直流电动推杆分别通过导线与太阳能电池板、电机驱动模块连接；直流电动推杆的缸体通过销轴a与推杆支座连接，直流电动推杆的缸杆通过销轴b与支撑杆的中部连接。单片机采用STC89C52RC单片机最小系统作为核心控制单元。电机驱动模块内采用H桥芯片L298N，在L298N芯片上反向并联续流二极管电路。外部时钟模块为DS1302芯片。AHRS模块采用GY-953。人机交互模块包括有液晶显示屏和按钮开关；液晶显示屏采用LCD1602；按钮开关由开关S1和S2构成。本专利技术所采用的第二种技术方案是，利用基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统对太阳进行跟踪的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、按下人机交互模块的按钮开关，并通过单片机读取外部时钟模块获取的当前时间，具体包括年、月、日、时、分、秒；步骤2、经步骤1后，根据烧录到单片机内的算法，由外部时钟读到的当前时间，计算出用角度表示的太阳时角，具体算法如下：τ＝(SO-12)×15°(1)；式中，τ为太阳时角，SO为真太阳时，单位为小时；太阳高度角α具体按照以下算法获得：太阳方位角γ具体按照以下算法获得：在上两式中，ED为太阳赤纬角，为当地的地理纬度，τ为当时的太阳时角；步骤3、经步骤2后，通过单片机读取AHRS模块获取的太阳能电池板12面向太阳的高度角α1和方位角γ1；步骤4、经步骤3后，通过比较烧录到单片机内部算法所计算出的太阳高度角α、太阳方位角γ与经AHRS模块读到的太阳高度角α1和方位角γ1，得到太阳高度角偏差Δα和太阳方位角Δγ；步骤5、经步骤4后，设定一个阈值|δ|，将太阳高度角偏差Δα和方位角偏差Δγ分别和设定的阈值|δ|进行比较，并通过烧录到单片机内算法判断直流电机正转或反转以及直流电动推杆的上推或下拉；其中，阈值|δ|取1°～2°；步骤6、经步骤5后，利用电机驱动模块来驱动直流电机和直流电动推杆作出动作；步骤7、经步骤6后，由AHRS模块读取驱动后的太阳能电池板面向太阳的高度角α1和方位角γ1，并进行保存；步骤8、经步骤7后，将太阳高度角α1、方位角γ1与经单片机内算法得到的太阳高度角α和方位角γ再次比较；若偏差不在阈值|δ|范围内，即Δα>|δ|，Δγ>|δ|时，Δα<|δ|，Δγ>|δ|时或Δα>|δ|，Δγ<|δ|时，则执行步骤5；若太阳高度角偏差Δα和方位角偏差Δγ在阈值|δ|范围内，即Δα<|δ|，Δγ<|δ|时，则一次跟踪结束，并通过液晶显示屏显示外部时钟模块读到的时间和此时太阳能电池板的高度角αs和方位角γs。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统，通过AHRS模块及相应的程序相互配合，能直接读出当时太阳的高度角和方位角，从而实现对太阳能双轴跟踪系统的方位角和高度角进行控制。(2)本专利技术基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统，较现有的结构控制装置而言：AHRS模块能同时检测太阳的高度角和方位角，由于仅需一个模块，所以所需成本低；AHRS模块能通过软件来补偿安装误差，不需要过高的安装精度，能有效降低安装难度。(3)本专利技术基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统能为太阳能双轴视日跟踪系统的研究提供良好的理论基础和试验平台。附图说明图1是本专利技术基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统的结构示意图；图2是本专利技术基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统内部电路连接示意图；图3是本专利技术基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统的控制电路图；图4是本专利技术基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统的轨迹跟踪流程图。图中，1.底座，2.减速机支座，3.蜗轮-蜗杆减速机，4.直流电机，5.销a，6.推杆支座，7.立柱，8.缸体，9.回转轴，10.右支座，11.缸杆，12.太阳能电池板，13.销b，14.支撑杆，15.U型螺栓a，16.左支座，17.U型螺栓b，18.直流电动推杆，19.左支撑本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统，其特征在于，由机身主体和控制模块经连接构成；所述机身主体，包括有太阳高度角调整单元、太阳方位角调整单元及支撑机构，且所述支撑机构由底座(1)和垂直焊接于底座(1)中央的减速机支座(2)构成，所述太阳方位角调整单元设置于减速机支座(2)上，所述太阳高度角调整单元设置于太阳方位角调整单元上且与太阳方位角调整单元连接；太阳高度角调整单元、太阳方位角调整单元均与控制模块连接。

【技术特征摘要】
1.基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统，其特征在于，由机身主体和控制模块经连接构成；所述机身主体，包括有太阳高度角调整单元、太阳方位角调整单元及支撑机构，且所述支撑机构由底座(1)和垂直焊接于底座(1)中央的减速机支座(2)构成，所述太阳方位角调整单元设置于减速机支座(2)上，所述太阳高度角调整单元设置于太阳方位角调整单元上且与太阳方位角调整单元连接；太阳高度角调整单元、太阳方位角调整单元均与控制模块连接。2.根据权利要求1所述的基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统，其特征在于，所述控制模块，包括有单片机(26)，所述单片机(26)分别连接外部时钟模块(25)、人机交互模块(27)、电机驱动模块(21)及AHRS模块(22)；所述太阳高度角调整单元、太阳方位角调整单元均与电机驱动模块(21)连接，太阳高度角调整单元与AHRS模块(22)连接。3.根据权利要求1或2所述的基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统，其特征在于，所述太阳方位角调整单元，包括有设置于减速机支座(2)上端的蜗轮-蜗杆减速机(3)和直流电机(4)，且所述蜗轮-蜗杆减速机(3)与直流电机(4)连为一体；所述蜗轮-蜗杆减速机(3)的上部焊接有竖直设置的立柱(7)，所述太阳高度角调整单元支撑于立柱(7)的上端；所述直流电机(4)分别通过导线与电机驱动模块(21)、太阳高度角调整单元内的太阳能板(12)连接。4.根据权利要求3所述的基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统，其特征在于，所述太阳高度角调整单元由太阳能电池板支撑-调整一体化装置和太阳能电池板(12)经连接构成；所述太阳能电池板支撑-调整一体化装置，包括有太阳能电池板支撑单元和太阳能电池板调整单元；所述太阳能电池板支撑单元，包括有水平设置的回转轴(9)，且回转轴(9)的中部与通过U型螺栓a(15)、U型螺栓b(17)与立柱(7)连接，所述回转轴(9)的一端通过左支座(16)连接左支撑架(19)，所述回转轴(9)的另一端通过右支座(10)连接右支撑架(20)，且所述左支撑架(19)通过支撑杆(14)与右支撑架(20)连接；所述太阳能电池板(12)与左支撑架(19)、支撑杆(14)和右支撑架(20)连为一体，即左支撑架(19)、支撑杆(14)和右支撑架(20)共同对太阳能电池板(12)起到支撑固定作用，所述太阳能电池板(12)通过导线与AHRS模块(22)连接；所述太阳能电池板调整单元，包括有直流电动推杆(18)，且直流电动推杆(18)分别通过导线与太阳能电池板(12)、电机驱动模块(21)连接；所述直流电动推杆(18)的缸体(8)通过销轴a(5)与推杆支座(6)连接，所述直流电动推杆(18)的缸杆(11)通过销轴b(13)与支撑杆(14)的中部连接。5.根据权利要求2所述的基于AHRS模块的太阳能双轴视日跟踪系统，其特征在于，所述单片机(26)采用STC89C52RC单片机最小系统作为核心控制单元。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李淑娟，路雄，王超，杨轩，谷中豪，安蓓，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61