[发明专利]太阳自动追踪装置及其追踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳自动追踪装置，具体地说，涉及一种采用GPS模块、电子罗盘和倾角传感器的双轴太阳自动追踪装置。

背景技术

目前，太阳能接收装置的机械结构大多采用固定式装置，这种装置简单，但只能朝向一个固定的方向，使太阳能的接收效率很低。为了提高太阳能利用效率，太阳能接收装置增加了追踪系统。Nader Barsoum于2011年5月在《Intelligent Control and Automation》期刊第二卷第二期上发表的论文“Fabrication of Dual-Axis Solar Tracking Controller Project”提出了采用一种光电追踪方法，该方式受天气影响大，需要人工根据实际地理位置进行调整，降低了追踪装置的实用性。

发明内容

针对现有接收方式的不足，本发明的目的是在于提供一种太阳自动追踪装置，该装置采用了GPS模块、电子罗盘和倾角传感器，实现了全天候追踪太阳，自动调整位置，提高了太阳能接收效率。

本发明的技术方案是：一种太阳自动追踪装置，包括太阳能极板、水平固定轴、固定太阳能极板和水平固定轴的水平支架、支撑水平支架的竖直轴、底座、带动竖直轴转动的竖直直流电机，带动水平固定轴转动的水平直流电机，自动控制电路，其特征在于，所述自动控制电路包括STC单片机、GPS芯片、倾角传感器模块、电子罗盘和直流电机驱动模块。

所述STC单片机U10的31、40引脚接+3.3V电源，20引脚接地，9引脚接复位电路，18、19引脚接11.0592M晶振的两个引脚；STC单片机U10的10、11引脚分别接GPS芯片U7的5、4引脚，STC单片机U10的PIN1、PIN2、PIN3、PIN4、ENAIN和ENBIN引脚分别接光电耦合器U1、U3、U5、U6、U8和U9的2引脚，STC单片机U10的27引脚接倾角传感器U11的SCL引脚和电子罗盘U12的SCL引脚，STC单片机U10的28引脚接倾角传感器U11的SDA引脚和电子罗盘U12的SDA引脚

所述GPS芯片U7的1、19和20引脚接3.3V电源，GPS芯片U7的2、3、10、11、12、13、14、15、16、18和30引脚接地，GPS芯片U7的4引脚接STC单片机U10的10引脚，GPS芯片U7的45引脚接STC单片机U10的11引脚，GPS芯片U7的17引脚接天线，GPS芯片U7的21引脚接备用电池，其它引脚悬空。

所述倾角传感器模块U11的3.3V引脚接+3.3V电源，GND引脚接地，SCL接STC单片机U10的27引脚，SDA引脚接STC单片机U10的28引脚，其他引脚悬空。

所述电子罗盘模块U12的3V3引脚接+3.3V电源，GND引脚接地，SCL引脚接STC单片机U10的27引脚，SDA引脚接U10单片机的28引脚，其他引脚悬空。

所述直流电机驱动模块U4采用L298芯片，U4的IN1、IN2、IN3、IN4、ENA和ENB引脚分别接到光耦合器U1、U3、U5、U6、U8和U9的3引脚。直流电机驱动模块U4的2、3、13和14引脚分别接水平直流电机204的1、2引脚和竖直直流电机303的1、2引脚。直流电机驱动模块U4的1、15、8引脚接地，9引脚接5电源，4引脚接12V电源。

太阳自动追踪方法包括如下步骤：

(一)初始化STC单片机U10：设置STC单片机串口的工作波特率为4800BPS，8位数据位，1个停止标志位和没有校验位；串口接收程序采用中断方式接收数据；

(二)初始化I2C协议：STC单片机U10使能I2C协议通信用的SCL引脚和SDA引脚，并设置倾角传感器模块U11和电子罗盘U12的工作模式；

(三)单片机接收GPS数据：(1)串口发生中断，STC单片机U10接收到GPS芯片U7发送的数据，GPS芯片U7发送NMEA_0183系列数据，STC单片机U10判断并选择$GPRMC类型数据进行保存，如果不是$GPRMC型数据，STC单片机U10就继续接收数据并判断其类型，直到接收到完整的一个$GPRMC类型数据包，STC单片机U10接将GPS数据从ACSII码形式转换成数值型数据，STC单片机U10将时间、日期、纬度、经度等数据保存在内部RAM中，用来计算太阳位置，(3)STC单片机U10对纬度、经度数据进行多次数据取平均方法的滤波处理；