[发明专利]太阳光光纤照明装置及太阳跟踪方法

权利要求书

1.一种太阳光光纤照明装置，包括集光器阵列(1)、与控制器(18)电连接的太阳定位传感器(2)、角度传感器，其特征在于：

所述集光器阵列(1)包括多个单元，其中每个单元包括采光聚光透镜(30)、光纤(25)、夹持头(26)和镜筒(31)，所述采光聚光透镜(30)经镜筒(31)固定在俯仰板(3)上，所述光纤(25)经夹持头(26)贯穿俯仰板(3)并固定在俯仰板(3)上，光纤(25)受光端置于采光聚光透镜(30)焦点处，集光器阵列(1)的镜筒(31)轴线与太阳定位传感器(2)的遮光筒(33)轴线平行；

所述太阳定位传感器(2)包括定位聚光透镜(32)和光敏器件阵列(34)，所述光敏器件阵列(34)置于定位聚光透镜(32)焦平面附近，所述定位聚光透镜(32)通过遮光筒(33)相对固定在光敏器件阵列(34)上，遮光筒(33)固定在俯仰板(3)上，所述俯仰板(3)固定在左横轴(4)和右横轴(29)上，所述左横轴(4)通过左轴承(5)与U型支架(9)相连接，右横轴(29)通过右轴承(28)与U型支架(9)相连接；

所述角度传感器为横轴角度传感器(27)和纵轴角度传感器(19)，所述横轴角度传感器(27)的输入轴与右横轴(29)相连接且固定在U型支架(9)的一侧，用于测量俯仰板(3)的俯仰角，所述U型支架(9)的另一侧固定有横轴电机(8)，所述横轴电机(8)的输出轴经横轴大齿轮(7)与横轴小齿轮(6)啮合，横轴小齿轮(6)带动俯仰板(3)转动；

所述纵轴角度传感器(19)和纵轴电机(22)固定在底座上，所述底座包括上盖板(11)、下盖板(17)、纵轴(14)、固定柱(12)，所述纵轴(14)置于底座的中间，所述底座四周置有多个固定柱(12)，所述固定柱(12)上下两端分别固定在上盖板(11)和下盖板(17)上，所述纵轴(14)的顶部穿过上盖板(11)经上向心轴承(24)和上轴承盖(10)与上盖板(11)连接，所述纵轴(14)的顶部末端与U型支架(9)固定连接，所述纵轴(14)的上端置有纵轴小齿轮(13)，所述纵轴(14)下端依次同轴串联下向心轴承(21)和推力轴承(20)，下轴承盖(15)将下向心轴承(21)和推力轴承(20)连接在固定环(16)上，固定环(16)固定在下盖板(17)上，所述纵轴(14)下部末端与纵轴角度传感器(19)的输入轴连接，用于测量U型支架(9)的方位角，所述纵轴电机(22)输出轴经纵轴大齿轮(23)啮合纵轴(14)上的纵轴小齿轮(13)，纵轴小齿轮(13)带动纵轴(14)转动；

所述控制器(18)为单片机(101)的通讯端口，所述控制器(18)分别与横轴角度传感器(27)、纵轴角度传感器(19)、GPS电路(102)、信号处理电路(103)通讯端口电连接，所述单片机(101)的输出端口分别与横轴电机驱动器(104)、纵轴电机驱动器(105)控制端口电连接，所述信号处理电路(103)用于接受太阳定位传感器(2)输入的模拟信号，并转换为数字信号后传输到单片机(101)的通讯端口，所述横轴电机驱动器(104)和纵轴电机驱动器(105)用于接受单片机(101)的信号，驱动相应电机。

2.根据权利要求1所述的太阳光光纤照明装置，其特征是：所述集光器阵列(1)包括的多个单元是5个或12个或36个。

3.根据权利要求1所述的太阳光光纤照明装置，其特征是：所述光敏器件阵列(34)采用光敏二极管阵列或光敏电阻或光伏电池阵列或热敏二极管阵列或热敏电阻阵列或热电偶阵列。

4.根据权利要求1所述的太阳光光纤照明装置，其特征是：所述横轴角度传感器(27)和纵轴角度传感器(19)采用巨磁阻式角度传感器或电容式角度传感器或码盘式角度传感器或电位器式角度传感器。

5.根据权利要求1所述的太阳光光纤照明装置，其特征是：所述单片机(101)采用C8051F020单片机。

6.一种使用权利要求1所述的太阳光光纤照明装置的太阳跟踪方法，包括利用GPS信号，结合轨道算法，计算太阳方位，利用角度传感器反馈信号计算跟踪偏差，利用偏差驱动电机，实现装置的闭环跟踪控制，并利用太阳定位传感器进一步精确定位太阳位置，驱动电机实现高精度太阳跟踪，其特征在于：

设定单片机(101)启动后，读取GPS信号；

根据GPS信号，计算太阳真实位置；

读取角度传感器数值，得到装置实际姿态；

如果装置实际姿态与根据GPS信号计算出的太阳位置偏差较大，则驱动电机进行闭环控制，降低角度偏差；

当角度偏差小于一定数值后，装置再利用太阳定位传感器(2)精确定位太阳位置，根据阳光焦斑位置与光敏器件阵列(34)中心位置的偏差，精确判断太阳跟踪偏差，并驱动电机使得阳光聚焦光斑落在太阳定位传感器(2)的光敏器件阵列(34)中心位置，此时对于集光器阵列(1)，阳光经采光聚光透镜(30)聚焦后光斑落在光纤(25)受光端面上，光纤(25)将阳光传输到需要的场合进行照明；

单片机(101)执行时间中断功能，设定中断时间周期，每次中断开始后重新读取GPS信号，计算太阳位置，并结合角度传感器信号计算跟踪偏差，驱动电机进行跟踪姿态调整，减小跟踪偏差，在此基础上再利用太阳定位精确定位太阳位置，驱动电机实现高精度太阳跟踪。