自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其包括追蹤器、控制器和聚光器，所述追蹤器將所述聚光器的角度與太陽的角度進行比較，再通過所述控制器使所述聚光器對太陽追蹤，從而使所述聚光器能夠實時接收由直射的太陽光照射的高能量的光。本實用新型的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)能夠精確追蹤太陽且太陽能利用率、轉化效率較高。
【專利說明】
自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及光纖照明技術領域，特別涉及一種自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前世界上研究光纖照明最成功的有三個國家:日本、瑞典和美國。其中，日本商業(yè)化最成功，在九一年成立了有關光纖照明的公司。日本制作的光纖照明燈在療養(yǎng)院、地鐵、以及解決小區(qū)內某些住宅沒有太陽光照明等方面都有廣泛應用。瑞典在國際上聲名不顯，主要研究光纖照明在極端惡劣條件下室內照明的問題。美國的光纖照明依托實驗室展開，目前還沒有商業(yè)化的成品。中國目前在光纖照明還處于起步階段，近兩年有了突破性進展。在APEC會議上，光纖照明被首次應用于會議室內照明，但中國制作的光纖照明系統(tǒng)還不夠完善，存在成本高，效率偏低的問題。
[0003]自然光照明不僅可以節(jié)約能源，更重要的是健康、自然與安全。光纖照明在家用、商業(yè)、軍事都有很廣泛的用途。家用方面可以做室內照明，這樣比較環(huán)保又節(jié)能；商業(yè)方面在大型商場、會議室、地鐵站、機場、隧道、療養(yǎng)院都有應用，主要因為它綠色、節(jié)能;在軍事方面一些地下軍事設施或軍工廠也有應用，原因是因為這些場所要避免電火花和電磁脈沖，不能用電。
[0004]目前太陽室內照明技術蓬勃發(fā)展，尤其是光纖照明方面具有更深遠的發(fā)展?jié)摿?，這種照明方式不存在光電轉換技術中太陽電池效率低，成本高和污染等問題，是一種自然安全的照明方式。然而太陽光線隨著時間、地區(qū)的變化，使得對太陽光的準確追蹤定位存在一定困難，導致太陽能轉化效率不高，并且惡劣天氣、強光干擾會影響太陽能的采集。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型旨在克服以上技術問題，提出一種能夠精確追蹤太陽且太陽能利用率、轉化效率較高的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)。
[0006]為解決上述技術問題，根據(jù)本實用新型的第一方面，提供一種自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其包括追蹤器、控制器和聚光器，所述追蹤器將所述聚光器的角度與太陽的角度進行比較，再通過所述控制器使所述聚光器對太陽追蹤，從而使所述聚光器能夠實時接收由直射的太陽光照射的高能量的光。
[0007]根據(jù)本實用新型的第二方面，提供一種自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其中，所述追蹤器包括GPS模塊、傾角傳感器以及電子羅盤模塊;所述控制器包括單片機模塊、步進電機驅動器模塊以及步進電機模塊;并且，所述傾角傳感器讀取俯仰角，所述電子羅盤讀取方位角，所述GPS模塊測經瑋度和時間，通過公式計算當?shù)靥柕姆轿唤歉┭鼋牵瑢⑺鰞A角傳感器和電子羅盤測得的所述聚光器的角度與所述GPS模塊通過公式算出來的太陽的角度進行比較，再利用步進電機調整方向，使所述聚光器的角度調到與太陽的角度相等，以對準太陽，其中，所述單片機模塊通過編寫程序實現(xiàn)接收所述追蹤器傳來的數(shù)據(jù)，并以此調整步進電機驅動器模塊，所述步進電機驅動器模塊控制步進電機并調節(jié)轉速，而步進電機調節(jié)所述聚光器的高度角和方位角，以實現(xiàn)對太陽光的自動追蹤。
[0008]根據(jù)本實用新型的第三方面，提供一種自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其中，所述追蹤器還包括四象限探測器，該四象限探測器的位于四象限的四個部分采集光強從而可以實時探測光強變化，通過四個部分光強的對比，所述單片機模塊細微調整聚光器方向而更精確地追蹤太陽光。
[0009]根據(jù)本實用新型的第四方面，提供一種自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其中，還包括顯示屏，所述顯示屏與所述單片機模塊連接，所述顯示屏用于顯示所述追蹤器發(fā)送的實時數(shù)據(jù)。
[0010]根據(jù)本實用新型的第五方面，提供一種自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其中，所述實時數(shù)據(jù)包括太陽所在方位的經瑋度數(shù)據(jù)、時間信息，太陽的方位角信息，所述聚光器的高度角信息以及所述聚光器接收的太陽光的光強值。
[0011 ]根據(jù)本實用新型的第六方面，提供一種自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其中，所述光纖照明系統(tǒng)還包括用于濾除有害射線的裝置，由所述聚光器聚合后的太陽光先經過所述裝置濾除有害射線，再通過光纖導入到室內照明。
[0012]根據(jù)本實用新型的第七方面，提供一種自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其中，所述聚光器上與光纖接觸的位置設置有螺紋結構，所述螺紋結構用于調節(jié)所述光纖的位置。
[0013]根據(jù)本實用新型的第八方面，提供一種自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其中，所述單片機模塊上設置有按鍵，通過所述按鍵來手動調節(jié)所述聚光器的高度角。
[0014]根據(jù)本實用新型的第九方面，提供一種自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其中，所述步進電機模塊上設置有撥碼盒，所述撥碼盒用于調節(jié)所述步進電機驅動器模塊的脈沖大小和頻率大小。
[0015]根據(jù)本實用新型的第十方面，提供一種自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其中，所述聚光器為帶有鏡筒的透鏡組。
[0016]本實用新型的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)相比于現(xiàn)有技術具有如下優(yōu)點:能夠對太陽光進行精確追蹤，太陽能利用率、轉化效率較高，并且具有機身小巧輕便，造型流暢的特點。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)的結構示意圖；
[0018]圖2為本實用新型的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)的具體結構示意圖。
[0019]附圖標記說明:
[0020]1、追蹤器11、GPS模塊
[0021]12、傾角傳感器13、電子羅盤模塊
[0022]14、四象限探測器2、控制器
[0023]21、單片機模塊22、步進電機驅動器模塊
[0024]23、步進電機模塊3、聚光器
[0025]4、光纖5、顯示屏
【具體實施方式】
[0026]為使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明了，下面結合【具體實施方式】并參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本實用新型的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構及技術的描述，以避免不必要地混淆本實用新型的概念。
[0027]圖1為本實用新型的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)的結構示意圖，圖2為本實用新型的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)的具體結構示意圖，如圖1和圖2所示，自動追蹤太陽的光纖4照明系統(tǒng)包括追蹤器1、控制器2、聚光器3與光纖4。其中，追蹤器I包括GPS模塊11、傾角傳感器12、電子羅盤模塊13與四象限探測器14，控制器2包括:單片機模塊21、步進電機驅動器模塊22與步進電機模塊23。
[0028]GPS模塊11用于實時獲取太陽所在方位的經瑋度以及時間信息，傾角傳感器12用于實時探測聚光器3的高度角信息，電子羅盤模塊13用于實時探測太陽的方位角信息，四象限探測器14用于實時探測太陽光的光強大小。單片機模塊21、步進電機模塊23分別與步進電機驅動器模塊22連接，追蹤器I與單片機模塊21連接，單片機模塊21用于接收追蹤器I探測到的實時數(shù)據(jù)，單片機模塊21根據(jù)接收到的實時數(shù)據(jù)來控制步進電機驅動器模塊22，步進電機驅動器模塊22用于驅動步進電機模塊23，聚光器3用于實時接收太陽光，聚光器3與步進電機模塊23連接，步進電機模塊23用于調整聚光器3的高度角，光纖4用于將聚光器3實時接收的太陽光導入到室內進行照明。其中，在光纖4將太陽光導入到室內進行照明前需要先濾除有害射線。
[0029]需要說明的是，單片機模塊21是通過編寫程序方式來接收并處理追蹤器I發(fā)送的實時數(shù)據(jù)。其中，實時數(shù)據(jù)可以包括太陽所在方位的經瑋度數(shù)據(jù)、時間信息，太陽的方位角信息，聚光器3的高度角信息以及聚光器3接收的太陽光的光強值等信息。
[0030]另外，需要說明的是，四象限探測器14為ABCD四個部分進行采集光強，這樣可以實時探測太陽光的光強變化，通過四個部分光強的對比，單片機模塊21將細微調整聚光器3的角度或方向以實現(xiàn)對太陽光的精確追蹤。
[0031]在本實用新型的進一步實施例中，自動追蹤太陽的光纖4照明系統(tǒng)還包括顯示屏5，該顯示屏5與單片機模塊21連接，顯示屏5用于顯示追蹤器I發(fā)送的實時數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，顯示屏5為IXD液晶顯示屏5。
[0032]在本實用新型的進一步實施例中，聚光器3上與光纖4接觸的位置設置有螺紋結構，該螺紋結構用于調節(jié)光纖4的位置，在使用時為了使得聚光器3接收到最大光強，一般會將光纖4的一端調節(jié)至透鏡焦點位置處。優(yōu)選地，聚光器3為帶有鏡筒的透鏡組，其作用可以會聚太陽光，耦合入光纖4且可以增大光強。
[0033]在本實用新型的進一步實施例中，單片機模塊21根據(jù)追蹤器I發(fā)送的實時數(shù)據(jù)進行處理后可以控制步進電機驅動器模塊22并發(fā)出指令，步進電機驅動器模塊22根據(jù)指令會對步進電機模塊23進行控制，同時可以調節(jié)步進電機模塊23的轉速，由于步進電機模塊23可以調節(jié)聚光器3的高度角，從而實現(xiàn)對步進電機模塊23的精確控制，進而實現(xiàn)對太陽光的高精度自動追蹤。此外，單片機模塊21上還可以設置有按鍵，在使用本實用新型的自動追蹤太陽的光纖4照明系統(tǒng)時可以通過按鍵來手動調節(jié)聚光器3的高度角，以實現(xiàn)對太陽光的實時追足示O
[0034]在本實用新型的進一步實施例中，步進電機模塊23上設置有撥碼盒，該撥碼盒用于調節(jié)步進電機驅動器模塊22的脈沖大小和頻率大小。
[0035]在本實用新型的進一步實施例中，光纖4為多模石英光纖4，或石英包層石英光纖4，或塑料包層石英光纖4。
[0036]本實用新型的自動追蹤太陽的光線照明系統(tǒng)的使用方法及原理如下:
[0037]首先是追蹤器I的數(shù)據(jù)采集工作。其中，GPS模塊11由天線采集日期時間以及太陽所在位置的經瑋度信息，將其傳輸?shù)絾纹瑱C模塊21中，單片機模塊21內通過程序處理得到的數(shù)據(jù)來計算太陽的高度角和方位角;傾角傳感器12采集聚光器3的高度角和方位角信息，然后傳輸?shù)絾纹瑱C模塊21中；四象限探測器14用于采集光強信息，傳輸?shù)絾纹瑱C模塊21中。
[0038]數(shù)據(jù)采集完后是控制器2部分工作。首先單片機模塊21根據(jù)采集的數(shù)據(jù)信息進行判斷，當光強沒有超過系統(tǒng)設定閾值時，單片機模塊21選擇GPS模塊11工作，單片機模塊21將太陽與聚光器3的角度進行比對，當二者不一致時，通過發(fā)送信號到步進電機驅動器模塊22來控制步進電機模塊23轉動方向，以此來調節(jié)聚光器3的角度，使之對準太陽。當光強超過最大閾值或最小閾值時，單片機模塊21選擇四象限探測器14工作。本實用新型中使用的四象限探測器14為，ABCD四個部分的各個光強會進行比對，當ABCD四個部分光強大小不一致時，通過發(fā)送信號到步進電機驅動器模塊22來控制步進電機模塊23轉動方向，使ABCD四個部分光強大小相等，此時太陽光必定垂直照射在四象限探測器14上，當四象限探測器14與聚光器3保持相同角度時，聚光器3也對準太陽。
[0039]控制器2調節(jié)完后是聚光器3部分對準太陽進行自動追蹤。聚光器3前端的透鏡會聚太陽光，聚光器3的尾端有帶螺紋的孔，光纖4前端固定有螺母，可將光纖4調整到透鏡的焦點上，增大光強。
[0040]當自動追蹤完成后，若需要顯示數(shù)據(jù)信息或手動調整聚光器3的角度，可以通過單片機模塊21上的按鍵完成。由于單片機模塊21外接LCD液晶顯示屏5，當按鍵后，可通過按鍵上下選擇顯示GPS模塊11信息、傾角傳感器12信息、電子羅盤模塊13信息或四象限探測器14光強信息，也可通過按鍵選擇手動調整步進電機模塊23轉動方向來調整聚光器3的高角度。
[0041]應當理解的是，本實用新型的上述【具體實施方式】僅僅用于示例性說明或解釋本實用新型的原理，而不構成對本實用新型的限制。因此，在不偏離本實用新型的精神及范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。此外，本實用新型所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求范圍及邊界、或者這種范圍及邊界的等同形式內的全部變化及修改例。
【主權項】
1.一種自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其特征在于，該光纖照明系統(tǒng)包括追蹤器、控制器和聚光器，所述追蹤器將所述聚光器的角度與太陽的角度進行比較，再通過所述控制器使所述聚光器對太陽追蹤，從而使所述聚光器能夠實時接收由直射的太陽光照射的高能量的光。2.根據(jù)權利要求1所述的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其特征在于: 所述追蹤器包括GPS模塊、傾角傳感器以及電子羅盤模塊； 所述控制器包括單片機模塊、步進電機驅動器模塊以及步進電機模塊； 所述傾角傳感器讀取俯仰角，所述電子羅盤讀取方位角，所述GPS模塊測經瑋度和時間，通過公式計算當?shù)靥柕姆轿唤歉┭鼋?，將所述傾角傳感器和電子羅盤測得的所述聚光器的角度與所述GPS模塊通過公式算出來的太陽的角度進行比較，再利用步進電機調整方向，使所述聚光器的角度調到與太陽的角度相等，以對準太陽， 其中，所述單片機模塊通過編寫程序實現(xiàn)接收所述追蹤器傳來的數(shù)據(jù)，并以此調整步進電機驅動器模塊，所述步進電機驅動器模塊控制步進電機并調節(jié)轉速，而步進電機調節(jié)所述聚光器的高度角和方位角，以實現(xiàn)對太陽光的自動追蹤。3.根據(jù)權利要求2所述的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其特征在于: 所述追蹤器還包括四象限探測器，該四象限探測器的位于四象限的四個部分采集光強從而可以實時探測光強變化，通過四個部分光強的對比，所述單片機模塊細微調整聚光器方向而更精確地追蹤太陽光。4.根據(jù)權利要求2或3所述的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其特征在于，還包括顯示屏，所述顯示屏與所述單片機模塊連接，所述顯示屏用于顯示所述追蹤器發(fā)送的實時數(shù)據(jù)。5.根據(jù)權利要求2或3所述的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)包括太陽所在方位的經瑋度數(shù)據(jù)、時間信息，太陽的方位角信息，所述聚光器的高度角信息以及所述聚光器接收的太陽光的光強值。6.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖照明系統(tǒng)還包括用于濾除有害射線的裝置，由所述聚光器聚合后的太陽光先經過所述裝置濾除有害射線，再通過光纖導入到室內照明。7.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其特征在于，所述聚光器上與光纖接觸的位置設置有螺紋結構，所述螺紋結構用于調節(jié)所述光纖的位置。8.根據(jù)權利要求2或3所述的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機模塊上設置有按鍵，通過所述按鍵來手動調節(jié)所述聚光器的高度角。9.根據(jù)權利要求2或3所述的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其特征在于，所述步進電機模塊上設置有撥碼盒，所述撥碼盒用于調節(jié)所述步進電機驅動器模塊的脈沖大小和頻率大小。10.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，其特征在于，所述聚光器為帶有鏡筒的透鏡組。
【文檔編號】F21S11/00GK205540300SQ201620218223
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】張旭, 蔡嘉慧, 王怡然, 王智
【申請人】北京交通大學