[0001] 本发明涉及遮阳伞制造行业的技术领域，尤其是提供一种智能遮阳伞。

[0002] 阳伞是用来遮挡阳光直射人体的伞，是遮阳伞功能的延续，遮阳伞在外观上和遮阳伞相同。我国大部分地区处于北回归线以北，但是夏季还是非常炎热的，特别是大晴天，太阳直射在人身体上会很不舒服，于是人们都采用遮阳伞来遮挡太阳光的直射，但是阳光直射到大地的角度是在不断变化的，每天太阳从东边升起，从西边降落，早上太阳处在地平线0度位置，中午太阳处于人的头顶最高位置，与地面形成90度方位，下午太阳逐渐落下到雨地平线180度的位置。所以说在每个不同时刻，太阳以不同入射角度射到人身体上。通常人们在不同时间点，为了遮蔽太阳光，会倾斜遮阳伞，使得伞面对准阳光直射点，好像抵挡太阳光入侵一样。实际上，这样一种手动调节伞面遮挡阳光的行为是不太方便的，特别是夏季紫外线比较强烈，遮挡有效遮挡阳光是非常有必要的。如果有一种能根据太阳光的方向自动调节伞面方向和位置的装置的话，那么会带来很大的便利性。

[0003] 最近几年全世界范围都在进入智能化世界，许多生活工作中的工具都有智能化的需求，希望给用户带来更好的体验和便利性。但目前对遮阳伞的智能化武装还相对较慢。本发明就是提出一种智能化的遮阳伞系统，在不同的时间点调节伞面位置，达到遮挡阳光的目的。

[0004] 本发明主要解决的技术问题是提供一种智能遮阳伞，能够在阳光炙热的天气，根据不同时间段太阳光的偏移，自动调节伞柄和伞面的方向，使得伞面对准阳光的照射方向，更好地为用户遮阳，该遮阳伞在传统遮阳伞基础上加入控制器、伞柄旋转执行机构、时间模块和GPS模块或者通信模块，从以上模块获取时间和地理位置信息，用来确定此时此刻此地太阳光照射的角度，然后控制伞柄角度的旋转。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种智能遮阳伞，包括伞面、伞骨架和伞柄，所述的伞面通过伞骨架设置在伞柄上端，还包括伞开关，控制器、伞柄旋转执行机构、时钟模块、GPS模块和控制线，所述的伞柄旋转执行机构设置在伞柄上并将伞柄分为上部伞柄和下部伞柄，所述的控制器设置在伞柄旋转执行机构上，所述的伞开关设置在上部伞柄上并位于控制器的上方，所述的时钟模块设置在GPS模块上并分别位于下部伞柄上，所述的控制器、伞柄旋转执行机构、时钟模块和GPS模块通过信号线相连接，所述的伞柄旋转执行机构控制上部伞柄自动旋转一个角度，使得上部伞柄和太阳直射方向同向，从而伞面就和太阳直射方向呈垂直角度。

[0006] 在本发明一个较佳实施例中，所述的上部伞柄的长度小于下部伞柄的长度。

[0007] 在本发明一个较佳实施例中，所述的控制器和伞柄旋转执行机构为一体式结构或分体式结构。

[0008] 在本发明一个较佳实施例中，所述的伞柄旋转执行机构采用角度位移控制设备。

[0009] 在本发明一个较佳实施例中，所述智能遮阳伞还包括通信模块，所述的通信模块与手机实现无线连接。

[0010] 在本发明一个较佳实施例中，所述的GPS模块由通信模块代替，所述的通信模块与手机实现无线连接。

[0011] 在本发明一个较佳实施例中，所述智能遮阳伞能根据时间和纬度信息来准确计算出某地点太阳照射方向，并确定伞面偏移的方向和角度，建立了一套根据时间和纬度信息进行伞面方向调整的机制。

[0012] 本发明的有益效果是：本发明的智能遮阳伞，能够在阳光炙热的天气，根据不同时间段太阳光的偏移，自动调节伞柄和伞面的方向，使得伞面对准阳光的照射方向，更好地为用户遮阳，该遮阳伞在传统遮阳伞基础上加入控制器、伞柄旋转执行机构、时间模块和GPS模块或者通信模块，从以上模块获取时间和地理位置信息，用来确定此时此刻此地太阳光照射的角度，然后控制伞柄角度的旋转。附图说明

[0013] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1 是本发明智能遮阳伞的一较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明智能遮阳伞的另一较佳实施例的结构示意图；
图3是一年中地球上太阳直射点的移动轨迹；
图4是太阳照射地面的角度示意图；
图5是智能遮阳伞的使用方式；
图6是智能遮阳伞控制系统的系统图。

[0014] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0015] 如图1所示，本发明实施例包括：一种智能遮阳伞，包括伞面1、伞骨架2和伞柄3，所述的伞面1通过伞骨架2设置在伞柄3上端，还包括伞开关4，控制器5、伞柄旋转执行机构6、时钟模块7、GPS模块8和控制线9，所述的伞柄旋转执行机构6设置在伞柄3上并将伞柄3分为上部伞柄31和下部伞柄32，所述的控制器5设置在伞柄旋转执行机构6上，所述的伞开关4设置在上部伞柄31上并位于控制器5的上方，所述的时钟模块7设置在GPS模块8上并分别位于下部伞柄32上，所述的控制器5、伞柄旋转执行机构6、时钟模块7和GPS模块8通过信号线9相连接，所述的伞柄旋转执行机构6控制上部伞柄31自动旋转一个角度，使得上部伞柄31和太阳直射方向同向，从而伞面1就和太阳直射方向呈垂直角度。其中，所述的上部伞柄31的长度小于下部伞柄32的长度。

[0016] 进一步的，所述的控制器5和伞柄旋转执行机构6为一体式结构或分体式结构。其中，所述的伞柄旋转执行机构6采用角度位移控制设备。

[0017] 具体的，该智能遮阳伞除对传统遮阳伞进行了改进，包括伞开关4，控制器5，伞柄旋转执行机构6，时钟模块7、GPS模块8和信号线9。

[0018] 控制器5和伞柄旋转执行机构6位于伞柄3中间位置，它们可以是合为一体的，也可以是分开植入伞柄上的部件。时钟模块7用来实时记录当前日期和时间，GPS模块8用来获取当前伞所处的纬度地理位置，当获取这两个信息后，通过信号线9传输到控制器5，控制器5计算出伞柄3和伞面1需要旋转的角度，驱动伞柄旋转执行机构6旋转到计算出的角度位置，完成伞面1的倾斜及遮阳功能。本实施例中智能遮阳伞自成一个能完成所有功能的系统。实际上也可以采用另外一种模式，所述智能遮阳伞还包括通信模块，所述的通信模块与手机实现无线连接。如图2所示，也可以由通信模块10取代GPS模块8，将时钟模块7和通信模块10用手机11来完成，或者将通信模块10用手机11来完成，这样遮阳伞上的通信模块10与手机11实现无线连接，例如用蓝牙，zigbee，wifi等方式进行连接，然后从手机11上获取遮阳伞的纬度位置信息和时间信息，这种方式是可行的，因为现在人都会随身携带具有GPS功能和蓝牙或wifi模块的智能手机，能很容易将智能遮阳伞和手机11相连接。

[0019] 本发明提供了一种智能型遮阳伞能根据时间和纬度信息来准确计算出某地点太阳照射方向，并确定伞面偏移的方向和角度，建立了一套根据时间和纬度信息进行伞面方向调整的机制。其主要思路是遮阳伞能根据太阳光照射的方向自动调节伞柄和伞面的方向，使伞面对准阳光照射方向，更好地达到遮阳的功能。

[0020] 首先需要了解到，每天地球自西向东自转，太阳直射点在地球表面就形成了自东向西的运动轨迹，如图3所示，对于地球上除了南北极外的任何一个位置，在任何季节的任何一天都满足这样的太阳照射规律，地球自转360度，每小时转15度，若不考虑地球的公转的影响，那么每一天在地球上某一点，太阳照射该点的角度每小时变化15度。若考虑地球公转的影响，那么就要考虑太阳直射地球的直射点（太阳直射点是地球表面太阳光射入角度为90°的地点）在一年四季中的变化。太阳直射点所在的经线的地方时为正午12时，其活动规律为：春分（3月21日前后），太阳直射点在赤道（0°），此后北移；夏至（6月22日前后） ，太阳直射点在北回归线（23°26′N）上，此后南移；秋分（9月23日前后） ，太阳直射点在赤道（0°），此后继续南移；冬至（12月22日前后），太阳直射点在南回归线（23°26′S）上，在此之后向北移动。一年之中的太阳直射点移动轨迹如图3所示。所以对于地球上任何一个位置，在当地时间正午12时，太阳都处于一天中相对该位置的最高点，但不一定是直射点，此时刻地球上的纬线上只有一个点是太阳直射点，该纬线上其他位置也是正午12点，但是太阳直射该点的角度称为太阳高度角γ，γ的计算公式为：γ＝90°-（该位置的纬度－太阳直射点的纬度）               (1-1)
例如要了解北京在夏至日的太阳高度，北京处于北纬40°，夏至日太阳直射点纬度位置为23°26′N，所以就可利用该公式计算出太阳高度为90°－(40°N－23°26′N)＝73°26′。但是地球上太阳直射点的纬度在一年中会发生有规律的变化，所以太阳直射点的地理纬度位置可以用以下公式计算：
太阳直射点的地理纬度位置=23°26′N—(R-6月22日)*（23°26′*4/365）     (1-2)其中R为某一天的日期，(R-6月22日)为这一天与6月22日之间相差的天数，（23°26′*4/
365）为太阳直射点每日移动的纬度距离。计算结果若是正值，则为北纬；若是负值，则为南纬。

[0021] 当通过以上公式计算出某一天太阳直射点的地理纬度位置以后，要计算某地正午12点的太阳高度角，只需要知道该位置的地理纬度，就可以用公式1求得。

[0022] 当地球上某位置在某一天正午12点的太阳高度角γ被计算出来后，就可以计算这一天任意时刻太阳入射该位置的三维角度了。具体计算过程可以参照图4，图4中，x轴为地球上某一条经线，y轴为地球上某一条纬线，那么原点o就为地球上某一点的经度与纬度的位置。P点为太阳的球心位置。红色的圈代表太阳，那么Po连线就为阳光照射到o点的方向，设光线与垂直方向夹角为ψ，o点在正午12点的太阳高度角为γ，阳光照射方向Po在x-z平面的投影与x轴之间的夹角设为θ，θ角就太阳每天升起后在白天任何时刻在经线方向相对于地点o的位置。从升起到降落，每小时角度增加15度。另外，Po连线在x-y平面上的投影与y轴之间的夹角为φ。那么依照图4以及公式2-1和2-2，已知某一天某个地点的方位和时间，方位包括该地点的经度和纬度，时间包括这一天的日期和具体精确到小时的时间，那么利用公式1-2就可以求得太阳直射点的地理纬度位置，带入公式1-1，就可以求得该地点的太阳高度角γ，而θ角度可以利用当天任何时刻的时间来求取，求取公式为：                                     (1-3)
这里θ角度从早上6点开始从0逐渐增加，中午12点达到90度，而在下午18点到180度。然后降落，故时间t只能限制在[6,18]之间。当通过已知条件获得γ与θ以后，就可以在图4的太阳照射地址o点的长方体示意图中通过几何关系与三角关系计算ψ角与φ角了，从而确定阳光照射地址o的方向，也就确定了遮阳伞需要倾斜的方向，ψ角与φ角的计算公式为：
                                    (1-4)，
                                            (1-5)。

[0023] 以上两个公式就根据已知的位置信息和时间信息完成了本发明的理论算法部分，下面就要根据这个理论计算结果来完成智能遮阳伞的设计。

[0024] 普通的遮阳伞通常是由伞面、伞骨架、伞柄、伞把和展开装置构成的，其中展开装置包括手动和自动两种形式。伞面由布、塑料或尼龙等材料制成，其形状包括三角形，圆弧面形等，但伞面最下部形成的平面与伞柄一般呈垂直关系。本发明所设计的控制器5和伞柄旋转执行机构6安置在伞柄上，该控制器5和伞柄旋转执行机构6将伞柄3分为上下两部分，控制器5和伞柄旋转执行机构6以上的部分包括上部伞柄31，伞面1和伞骨架2，控制器5和伞柄旋转执行机构6根据太阳光直射角度控制上部伞柄31自动旋转一个角度，这个角度就是太阳直射方向，使得上部伞柄31和太阳直射方向同向，从而伞面1就和太阳直射方向呈垂直角度，达到遮阳的功能，其功能实现方式如图5所示。

[0025] 在该智能遮阳伞中，控制系统是其核心部分，用来根据已知的位置信息和时间信息计算出ψ角与φ角的值，整个系统图如图6所示，该控制系统采用简单的开环控制就完全足够了。

[0026] 该系统图包含控制器和遮阳伞伞柄旋转执行机构两个部分，箭头表示输入输出变量。整个系统的输入为当地纬度位置信息以及时间信息，时间包括当天日期和当前时刻。然后控制器计算出太阳照射方向信息，以控制遮阳伞的伞柄和伞面方向的调节，伞柄上半部分首先旋转到φ位置，然后偏离垂直方向的φ角度。控制器根据这两个变量来对伞柄的旋转方向进行操作，是通过伞柄旋转执行机构来实现的。

[0027] 这样一种智能型遮阳遮阳伞在地球任何地方都能自动根据当地时间和位置信息完成自动化的遮阳功能，具有很好的适应性。将传统的遮阳伞进行智能化的优化，使这一普通的生活必须的工具能在炎热晴天为用户带来更好的遮阳的效果。该发明的遮阳伞能自动根据某时刻太阳光照射方向来调节伞面的方向，克服了传统遮伞需要手动调节伞面位置的缺点。

[0028] 本发明的智能遮阳伞，能够在阳光炙热的天气，根据不同时间段太阳光的偏移，自动调节伞柄和伞面的方向，使得伞面对准阳光的照射方向，更好地为用户遮阳，该遮阳伞在传统遮阳伞基础上加入控制器、伞柄旋转执行机构、时间模块和GPS模块或者通信模块，从以上模块获取时间和地理位置信息，用来确定此时此刻此地太阳光照射的角度，然后控制伞柄角度的旋转。

[0029] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。