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1、10申请公布号CN104156004A43申请公布日20141119CN104156004A21申请号201410376444522申请日20140804G05D3/12200601G05B19/04220060171申请人高崧地址132000吉林省吉林市龙潭区山前路5442号72发明人高崧舒诚名赵莹赵玉刚王继忠崔哲浩毕红54发明名称一种小型太阳能自动追踪与智能供电装置57摘要本发明公开了一种小型太阳能自动追踪与智能供电装置，它由太阳能电池板、方位探头、水平直流电机、竖直直流电机、底座、支架、齿轮、水平轴、竖直轴、轴承、联轴器、触发装置组成。本发明采用双轴自动追踪设计，大大提高了太阳能的利用率。
2、，绿色环保，节能减排；利用单片机AD模块检测锂电池电压，防止因为过度放电而损坏，功耗低、智能化；电压通过USB口引出，给手机、相机等充电，简单、方便；直接将系统放在窗户边上就可以了，可以实现自启动，只要有光，便能自动追光，高效实用。51INTCL权利要求书2页说明书4页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书4页附图4页10申请公布号CN104156004ACN104156004A1/2页21一种小型太阳能自动追踪与智能供电装置，其特征在于，它由太阳能电池板、方位探头、水平直流电机、竖直直流电机、底座、支架、齿轮、水平轴、竖直轴、轴承、联轴器、触发装置组成；。
3、竖直直流电机固定在底座的侧边，竖直轴固定在底座中间的轴承上，竖直直流电机通过齿轮与竖直轴咬合，支架固定在竖直轴上，支架的双侧各安装有一个轴承，轴承上穿有一根水平轴，太阳能电池板中心位置固定在水平轴上，在支架外侧的水平轴通过联轴器与水平固定的直流电机轴相连，支架上安装有四个触发装置，方位探头固定在太阳能电池板上；竖直电机转动时，可以带动竖直轴左右转动；水平电机转动时，可以带动太阳能电池板上下转动；四个触发装置，控制系统在上下90度、左右350度范围内转动，当电机转到上下左右允许的最大转角时，会打到触碰开关，从而触发单片机控制电机停止转动；方位探头检测太阳的的方位，单片机采集方位信号，并作出相应指。
4、示，控制水平、竖直放置的电机转动，实现太阳能电池板始终正对着太阳，从而以最大面积高效吸收太阳能，并将能量储存在锂电池中，通过电压转换电路，给电子设备供电；同时采用AD转换器采集锂电池供电电压，若锂电池电量不足，单片机控制供电保护电路自动切断对外供电，以防止锂电池由于过度放电而损坏。2如权利要求1所述的一种小型太阳能自动追踪与智能供电装置，其特征在于，所述太阳能电池板为A级单晶硅材料，功率为5W，其中二极管D9的正极与太阳能电池板正极相连，负极与锂电池正极相连。3如权利要求1所述的一种小型太阳能自动追踪与智能供电装置，其特征在于，所述方位探头由五个光敏电阻、五个比较器、三个电阻、三个电位器组成；。
5、光敏电阻放在上、下、左、右、中五个位置固定，上下两个光敏电阻串联一起，一端接VCC，一端接地，中间引出两个端子，分别接向比较器CMP1的正输入端、比较器CMP2的负输入端，同时在VCC和GND之间接一个电位器W1，电位器W1中间端接到比较器CMP1的负输入端，电位器W1中间端再串接电阻R7接到比较器CMP2的正输入端；左右两个光敏电阻串联一起，一端接VCC，一端接地，中间引出两个端子，分别接向比较器CMP3的正输入端、比较器CMP4的负输入端，同时在VCC和GND之间接一个电位器W2，电位器W2中间端接到比较器CMP3的负输入端，电位器W2中间端再串接电阻R6接到比较器CMP4的正输入端；最中。
6、间的光敏电阻一端接VCC，另一端接电阻R5，然后再接地，光敏电阻和R5之间引出一个端子接到比较器CMP5的正输入端，电位器W3的上端接VCC，下端接GND，中间端接CMP5的负输入端；五个比较器输出端口COUT1、COUT2、COUT3、COUT4、COUT5分别接单片机的P50、P51、P52、P53、P54口。4如权利要求1所述的一种小型太阳能自动追踪与智能供电装置，其特征在于，所述直流电机为小型5V直流电机，用于控制和驱动直流电机的电机驱动器为L298，其中IN1、IN2、IN3、IN4分别与单片机的P41、P42、P43、P44口相连，OUT1和OUT2与水平电机相连，OUT3和OUT。
7、4与竖直电机相连，通过单片机输出PWM波来控制直流电机的转速快慢，二极管D1到D8起到续流作用。5如权利要求1所述的一种小型太阳能自动追踪与智能供电装置，其特征在于，所述触发装置由四个触碰开关、四个电阻组成，电阻R1、R2、R3、R4的一端与33V相连，另一端权利要求书CN104156004A2/2页3分别与触碰开关S1、S2、S3、S4公共端相连，触碰开关的常开端与地相连，同时触碰开关S1、S2、S3、S4的公共端分别与单片机的IO口P20、P21、P22、P23相连，所述触发装置分别安放在支架上下左右最大转角处，防止电机因堵转而损坏。6如权利要求1所述的一种小型太阳能自动追踪与智能供电装置。
8、，其特征在于，所述锂电池为5V10000MA。7如权利要求1所述的一种小型太阳能自动追踪与智能供电装置，其特征在于，所述供电保护电路由继电器J、电压转换芯片1117和USB输出口组成；1117输入端与锂电池正极相连，接地端与锂电池负极相连，输出端为33V电压，给单片机及其它模块供电；同时继电器J的公共端与锂电池的正极相连，继电器的常开端与USB的正极相连，只有当锂电池的电量充足时，单片机才控制继电器导通。8如权利要求1所述的一种小型太阳能自动追踪与智能供电装置，其特征在于，所述AD转换器采用电压采集模块提供输入的电路，电压采集模块是由串联电阻R8和R9组成，电阻R8的一端与锂电池正极相连，另一。
9、端与R9相连，R9另一端与锂电池负极相连，同时R8和R9的中间与单片机上的AD采集输入口P60相连，从而可以实时监测锂电池的电量。权利要求书CN104156004A1/4页4一种小型太阳能自动追踪与智能供电装置技术领域0001本发明涉及的是一种小型绿色能源系统，具体涉及的是一种小型太阳能自动追踪与智能供电装置。背景技术0002目前，日常生活中的小型消费类电子产品如手机、相机等基本上都是靠市电进行充电的，耗电量看似不起眼，每年的电费累加起来价格不菲，同时发电站烧煤供电对环境也会产生污染；少数电子产品是靠太阳能供电的，但是太阳能电池板是固定不动的，只有中午的时候能达到标准光照条件，其光能利用率极其。
10、底下。发明内容0003本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种小型太阳能自动追踪与智能供电装置。0004为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案0005一种小型太阳能自动追踪与智能供电装置，它由太阳能电池板、方位探头、水平直流电机、竖直直流电机、底座、支架、齿轮、水平轴、竖直轴、轴承、联轴器、触发装置组成；0006竖直直流电机固定在底座的侧边，竖直轴固定在底座中间的轴承上，竖直直流电机通过齿轮与竖直轴咬合，支架固定在竖直轴上，支架的双侧各安装有一个轴承，轴承上穿有一根水平轴，太阳能电池板中心位置固定在水平轴上，在支架外侧的水平轴通过联轴器与水平固定的直流电机轴相连，支架上安装有。
11、四个触发装置，方位探头固定在太阳能电池板上；0007竖直电机转动时，可以带动竖直轴左右转动；水平电机转动时，可以带动太阳能电池板上下转动；四个触发装置，控制系统在上下90度、左右350度范围内转动，当电机转到上下左右允许的最大转角时，会打到触碰开关，从而触发单片机控制电机停止转动；方位探头检测太阳的的方位，单片机采集方位信号，并作出相应指示，控制水平、竖直放置的电机转动，实现太阳能电池板始终正对着太阳，从而以最大面积高效吸收太阳能，并将能量储存在锂电池中，通过电压转换电路，给电子设备供电；同时采用AD转换器采集锂电池供电电压，若锂电池电量不足，单片机控制供电保护电路自动切断对外供电，以防止锂电。
12、池由于过度放电而损坏。0008进一步的，所述的太阳能电池板为A级单晶硅材料，功率为5W，其中二极管D9的正极与太阳能电池板正极相连，负极与锂电池正极相连。0009进一步的，所述的方位探头由五个光敏电阻、五个比较器、三个电阻、三个电位器组成；光敏电阻放在上、下、左、右、中五个位置固定，上下两个光敏电阻串联一起，一端接VCC，一端接地，中间引出两个端子，分别接向比较器CMP1的正输入端、比较器CMP2的负输入端，同时在VCC和GND之间接一个电位器W1，电位器W1中间端接到比较器CMP1的负输入端，电位器W1中间端再串接电阻R7接到比较器CMP2的正输入端；左右两个光敏电阻串说明书CN104156。
13、004A2/4页5联一起，一端接VCC，一端接地，中间引出两个端子，分别接向比较器CMP3的正输入端、比较器CMP4的负输入端，同时在VCC和GND之间接一个电位器W2，电位器W2中间端接到比较器CMP3的负输入端，电位器W2中间端再串接电阻R6接到比较器CMP4的正输入端；最中间的光敏电阻一端接VCC，另一端接电阻R5，然后再接地，光敏电阻和R5之间引出一个端子接到比较器CMP5的正输入端，电位器W3的上端接VCC，下端接GND，中间端接CMP5的负输入端；五个比较器输出端口COUT1、COUT2、COUT3、COUT4、COUT5分别接单片机的P50、P51、P52、P53、P54口。00。
14、10进一步的，所述所述的直流电机为小型5V直流电机，用于控制和驱动直流电机的电机驱动器为L298，其中IN1、IN2、IN3、IN4分别与单片机的P41、P42、P43、P44口相连，OUT1和OUT2与水平电机相连，OUT3和OUT4与竖直电机相连，通过单片机输出PWM波来控制直流电机的转速快慢，二极管D1到D8起到续流作用。0011进一步的，所述的触发装置由四个触碰开关、四个电阻组成，电阻R1、R2、R3、R4的一端与33V相连，另一端分别与触碰开关S1、S2、S3、S4公共端相连，触碰开关的常开端与地相连，同时触碰开关S1、S2、S3、S4的公共端分别与单片机的IO口P20、P21、P2。
15、2、P23相连。所述触发装置分别安放在支架上下左右最大转角处，防止电机因堵转而损坏。0012进一步的，所述的锂电池为5V10000MA。0013进一步的，所述供电保护电路由继电器J、电压转换芯片1117和USB输出口组成；1117输入端与锂电池正极相连，接地端与锂电池负极相连，输出端为33V电压，给单片机及其它模块供电；同时继电器J的公共端与锂电池的正极相连，继电器的常开端与USB的正极相连，只有当锂电池的电量充足时，单片机才控制继电器导通。0014进一步的，所述AD转换器采用电压采集模块提供输入的电路，电压采集模块是由串联电阻R8和R9组成，电阻R8的一端与锂电池正极相连，另一端与R9相连，。
16、R9另一端与锂电池负极相连。同时R8和R9的中间与单片机上的AD采集输入口P60相连，从而可以实时监测锂电池的电量。0015本发明对比现有技术有如下的有益效果本发明采用双轴自动追踪设计，大大提高了太阳能的利用率，绿色环保，节能减排；利用单片机AD模块检测锂电池电压，防止因为过度放电而损坏，功耗低、智能化；电压通过USB口引出，给手机、相机等充电，简单、方便；直接将系统放在窗户边上就可以了，可以实现自启动，只要有光，便能自动追光，高效实用。附图说明0016图1为本发明的机械结构示意图。0017图2为底座结构俯视图。0018图3为本发明的系统设计结构框图。0019图4为电机驱动模块电路图。0020。
17、图5为方位探头模块电路图。0021图6为防堵转触发装置电路图。0022图7为AD电压采集及对外供电保护模块电路图。0023图8为程序设计流程图，包括主程序设计流程图和AD中断程序流程图。说明书CN104156004A3/4页6具体实施方式0024下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述0025图1为本发明的机械结构示意图。图2为底座结构俯视图。一种小型太阳能自动追踪与智能供电装置，主要包括太阳能电池板9、方位探头10、水平直流电机8、竖直直流电机2、底座1、支架5、齿轮3、水平轴6、竖直轴4、轴承7。硬件平台主要是先把竖直电机2固定在底座1的中心侧边，再把竖直轴4固定在底座1中间的轴承上。
18、，竖直电机2通过齿轮3与竖直轴4咬合，当电机2转动时，可以带动竖直轴4左右转动。然后将支架5固定在竖直轴4上，在支架5的双侧各安装一个轴承7，轴承7上穿一根水平轴6，太阳能电池板9中心位置固定在水平轴6上，在支架5外侧的水平轴6通过联轴器与水平固定的直流电机轴8相连，当水平电机8转动时，可以带动太阳能电池板9上下转动。0026图3为本发明的系统设计结构框图。太阳能电池板将光能转换成电能，储存在锂电池中，锂电池在单片机的控制下智能对外供电。利用方位探头检测光照强度和太阳方位，单片机首先读取光照强度信号，若是黑夜，则进入休眠模式，若是白天，则再读取太阳方位信号，进行数据处理后，控制电机做相应转动。。
19、同时利用AD中断实时检测锂电池电压，如锂电池电量不足，系统会自动切断对外供电电路，防止电池因过度放电而损坏。0027图4为电机驱动模块电路图。电机驱动器型号为L298，其中IN1、IN2、IN3、IN4为驱动器的四路输入，分别与单片机的P41、P42、P43、P44口相连，对应四路输出OUT1、OUT2、OUT3、OUT4，其中OUT1和OUT2与水平电机两端相连，OUT3和OUT4与竖直电机两端相连，通过单片机的P41、P42、P43、P44口输出PWM波来调整直流电机的转速快慢，二极管D1到D8起到续流作用，可以有效防止电机由于惯性产生逆电流烧坏驱动器。ENA和ENB为通道使能端，接高电平。
20、即可，VCC为驱动器工作电压，接5V，VSS为电机驱动电压，由于本发明所选直流电机功耗较小，VSS接5V就可以了，1脚、8脚和15脚接地。0028图5为方位探头模块电路图。方位探头由五个光敏电阻、五个比较器、三个电阻、三个电位器组成。所述光敏电阻放在上、下、左、右、中五个位置固定。上下两个光敏电阻串联一起，一端接VCC，一端接地，中间引出两个端子，分别接向比较器CMP1的正输入端、比较器CMP2的负输入端，同时在VCC和GND之间接一个电位器W1，电位器W1中间端接到比较器CMP1的负输入端，在串接电阻R7接到比较器CMP2的正输入端；同理，左右两个光敏电阻串联一起，一端接VCC，一端接地，中。
21、间引出两个端子，分别接向比较器CMP3的正输入端、比较器CMP4的负输入端，同时在VCC和GND之间接一个电位器W2，电位器W2中间端接到比较器CMP3的负输入端，在串接电阻R6接到比较器C4的正输入端；最中间的光敏电阻一端接VCC，另一端接电阻R5，然后再接地，光敏电阻和R5之间引出一个端子接到比较器CMP5的正输入端，电位器W3的上端接VCC，下端接GND，中间端接CMP5的负输入端。五个比较器输出端口COUT1、COUT2、COUT3、COUT4、COUT5分别接单片机的P50、P51、P52、P53、P54口。0029图6为防堵转触发装置电路图。触发装置由四个触碰开关、四个电阻组成，所。
22、述触发装置分别安放在支架上下左右最大转角处。电阻R1、R2、R3、R4的一端与33V相连，另一端分别与触碰开关S1、S2、S3、S4公共端相连，触碰开关的常开端与地相连，同时触碰开关S1、S2、S3、S4的公共端分别与单片机的IO口P20、P21、P22、P23相连，当没有触发时，P20、P21、P22、P23为高电平，当有触发时，P20、P21、P22、P23变为低电平，单片机检测到低电平后立即控制相应电机做相应转动，防止电机因堵转而损坏。说明书CN104156004A4/4页70030图7为AD电压采集及对外供电保护模块电路图。电压采集模块是由串联电阻R8和R9组成，电阻R8的一端与锂电池。
23、正极相连，另一端与R9相连，R9另一端与锂电池负极相连。同时R8和R9的中间与单片机上的AD采集输入口P60相连，从而可以实时监测锂电池的电量。所述对外供电保护电路由继电器J、电压转换芯片1117和USB输出口组成。1117输入端与锂电池正极相连，接地端与锂电池负极相连，输出端为33V电压，给单片机及其它模块供电。同时继电器J的公共端与锂电池的正极相连，继电器的常开端与USB的正极相连，只有当锂电池的电量充足时，单片机才控制继电器导通，这样USB端才能正常对外供电。0031图8为程序设计流程图，包括主程序设计流程图和AD中断程序流程图。左边为主程序设计流程图，即开机之后，系统初始化，单片机检测。
24、是否由光照，若有光照，则读取太阳方位信号，然后调整太阳能电池板位置，调整完毕后休眠15分钟，再回到光强检测位置，如此循环；同时采用AD中断模式实时采集锂电池电压，如图8右侧所示为AD中断程序流程图，即AD中断开始，采集锂电池电压，单片机判断锂电池是否欠压，若是则切断对外供电电路，中断结束，若不是，直接执行中断结束。0032以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。说明书CN104156004A1/4页8图1图2说明书附图CN104156004A2/4页9图3图4说明书附图CN104156004A3/4页10图5图6说明书附图CN104156004A104/4页11图7图8说明书附图CN104156004A11。