[发明专利]太阳自动追踪装置及其追踪方法

权利要求书

1.一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。

2.根据权利要求1所述的太阳自动追踪装置，其特征在于，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

3.根据权利要求1所述的太阳自动追踪装置，其特征在于，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。

4.根据权利要求1所述的太阳自动追踪装置，其特征在于，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。

5.根据权利要求1所述的太阳自动追踪装置，其特征在于，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。

6.根据权利要求1所述的太阳自动追踪装置，其特征在于，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。

7.实现权利要求1所述的太阳自动追踪装置的追踪方法，其特征在于，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；

(四)计算太阳位置：(1)计算太阳赤纬角n为1月1日起的第几天，n由GPS芯片U7发送的$GPRMC数据包的日期部分算出，(2)计算太阳时角ω＝15°(H-12)，H为24小时制的时间，(3)计算入射角θ_z＝cos^-1[sinδsinφ+cosδcosφcosω]，φ为纬度，(4)计算高度角α＝90°-θ_z，θ_z为太阳入射角，计算水平方位角α为太阳高度角；

(五)读取太阳能极板数据：STC单片机读取倾角传感器模块U11和电子罗盘U12的数据，获得太阳能极板的俯仰角和水平角数据，并将数据存储在RAM中；

(六)比较数据、控制电机：(1)比较传感器测量值和STC单片机U10计算数值，(2)当太阳能极板101俯仰角大于计算所得的太阳俯仰角，STC单片机U10通过PIN1和PIN2、ENAIN引脚控制水平直流电机204，使水平直流电机204通过齿轮205、206带动水平轴转动201，在转动调整过程中STC单片机U10一直通过倾角传感器模块U11测量太阳能极板101的俯仰角，当太阳能极板101的俯仰角和计算的太阳俯仰角相同时，停止转动；反之，当太阳能极板101的俯仰角小于计算所得的太阳俯仰角，控制水平直流电机204反转，直到太阳能极板101俯仰角和太阳高度角相同，停止转动。等到下一刻钟，再继续调整俯仰角，(3)当太阳能极板101的水平方位角角大于计算所得的太阳水平方位角，单片机通过PIN3和PIN4、ENBIN控制竖直直流电机303，使竖直直流电机303通过齿轮302、304带动竖直轴203转动，在转动调整过程中STC单片机U10一直通过电子罗盘U12测量太阳能极板101的水平方位角，当太阳能极板101的水平方位角和计算的太阳水平方位角相同时，竖直直流电机303停止转动；反之，当太阳能极板101的水平方位角小于计算所得的太阳水平方位角，控制竖直直流电机303反转，直到太阳能极板101的水平方位角和太阳水平方位角相同，竖直直流电机303停止转动。等到下一刻钟，再继续调整方位角。