[发明专利]一种面向物联网应用的太阳能跟踪系统

说明书

技术领域

本发明属于移动通讯技术领域，特别是涉及到物联网应用中太阳能跟踪系统跟踪运输设备的技术。

背景技术

物联网技术的高速发展带领人们走向智慧时代。随着人们对物理世界的各种信号、信息探索步伐的加快，各种传感器的使用量迅猛增加。在多数情况下，人们希望：传感器能够长时间工作而不需要更换电池，传感器采集的信号能够远传到指定服务器而不需要人工收集，能够远程控制传感器而不需要人工维护，不同类型的传感器即插即用而不用为接口不统一而烦恼，传感器安装便捷、成本低廉等。

传感器的工作离不开电能，短时间工作用干电池就可以解决传感器供电问题。然而传感器要连续工作达数月，就会面临中途更换电池的问题，如果给传感器配备大容量电池，又会造成资源浪费。如果要传感器连续工作数年，那么供电将是一个更为严峻的问题。太阳能发电板可以解决传感器的供电问题，但是，单纯的太阳能发电板光能利用率低，要想满足传感器的功耗需求，板的面积就不得不增大，这将造成安装不便、资源浪费等。

目前，市面上的太阳能跟踪系统大多体积庞大、跟踪方式大多采用光敏传感器，根据光敏传感器采集的数值调整太阳能跟踪装置的角度，进行多次采样多次调整后才能对准太阳，流程繁琐、能量利用率低。并且功能单一，仅仅具有供电功能，远程的用户无法获取太阳能跟踪装置的工作状态、电池电量等信息，更无法对其进行远程控制。另外，物联网中传感器种类繁多、接口多样，系统部署是一项繁重的工作。

为了解决上述问题，一种基于天文控制算法，具有数据无线远传、方便远程控制的，传感器采用统一接口标准、传感器即插即用的，新型面向物联网领域的太阳能跟踪系统势在必行。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种面向物联网应用的太阳能跟踪系统，由远程服务器、物联网成员和安装在所有物联网成员上的机械系统与电路系统组成。

机械系统由底座、支撑立柱、旋转圆筒、下轴承、上轴承、水平旋转装置、垂直旋转装置和向日板组成；支撑立柱从下向上，依次固定着底座、下轴承的内圈、大伞齿的内圈、上轴承的内圈和上支座；旋转圆筒上下两端分别固定在上轴承和下轴承的外圈上；小伞齿与大伞齿在旋转圆筒内咬合，小伞齿转轴以水平方向伸出旋转圆筒；小伞齿转轴上套有衬套，衬套固定在旋转圆筒的筒壁上，大伞齿与小伞齿的组合减速比为1:2；下涡轮固定在旋转圆筒的外侧小伞齿转轴的端点处；下蜗杆固定在下步进电机的转轴上，并与下涡轮咬合；下步进电机通过下机座固定在旋转圆筒的外侧；下步进电机带动下蜗杆和下涡轮转动，使旋转圆筒围绕支撑立柱360度旋转；上步进电机通过上机座固定在旋转圆筒上部的外侧；上步进电机输出轴上安装上蜗杆，上蜗轮与上涡杆咬合，上涡轮内圈固定在水平的俯仰支架转轴的中间部位；两个俯仰支架分别固定在俯仰支架转轴的两端；向日板固定在俯仰支架上，向日板上表面安装太阳能发电板、锂电池和电路系统；上步进电机带动上涡轮和上蜗杆旋转，可以使向日板从水平面顺时针右旋90度。

电路系统由太阳能发电板、充电模块、锂电池、电池管理模块、步进电机驱动模块、三轴加速度模块、地磁场感应模块、全球定位系统模块、无线模块、存储模块和中央处理器组成；中央处理器负责步进电机驱动模块、三轴加速度模块、地磁场感应模块、全球定位系统模块、无线模块、存储模块、充电模块和电池管理模块的运行。

太阳能发电板接收太阳能，转换为电能，是锂电池的能量来源；充电模块接收太阳能发电板转换的电能为锂电池充电；电池管理模块是电池管理芯片，保护锂电池，防止过充、过流和短路，检测电池剩余电量，估计系统续航时间，为控制算法提供信息；锂电池为中央处理器提供电能；步进电机驱动模块用于驱动步进电机，改变向日板的方向；三轴加速度模块用于检查向日板的仰角，与步进电机驱动模块构成闭环反馈；全球定位系统模块用来获取当地的经度和纬度，为天文控制算法提供原始数据，全球定位系统模块可与远程处理器通信；存储模块用于存储系统运行过程中的各种信息；无线模块分为短距离无线模块和远距离无线模块，短距离无线模块采用中央处理器自带的RF收发器，远距离无线模块采用3G模块；外部传感器模块将中央处理器输出的IIC总线协议转换为传感器需要的总线协议。

机械系统使太阳能发电板在三维空间旋转；电路系统伺服机械系统并且提供外部传感器即插即用功能，外部传感器模块与中央处理器通讯采用统一的IIC接口方式；外部传感器是采用任何通讯协议的传感器。

所有物联网成员的太阳能跟踪系统的信息能够通过无线网传到远程服务器。