專利名稱：太陽能跟蹤裝置的控制器的制作方法
技術領域：
太陽能跟蹤裝置的控制器技術領域[0001]本實用新型涉及一種太陽能跟蹤裝置的控制器。
技術背景[0002]現(xiàn)有太陽能跟蹤裝置多采用光電或光學原理來判別太陽位置，少數(shù)采用定時跟蹤方式。對于光電跟蹤，因為環(huán)境光源、溫度等的干擾較強烈，因此難以保證傳感器精度；而對于定時跟蹤，就太陽能跟蹤的頻率(即多久進行一次太陽位置檢測和控制)以及定時方式較少提及，而且對于控制器和執(zhí)行機構的能耗較難降低。實用新型內容[0003]本實用新型的目的是提供一種太陽能跟蹤裝置的控制器，克服現(xiàn)有產品中上述方面的不足。[0004]本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)[0005]一種太陽能跟蹤裝置的控制器，包括傳感器信號調理模塊、人機交互模塊、電機驅動模塊、計時/定時模塊和單片機最小系統(tǒng)模塊，所述傳感器信號調理模塊包括光電傳感器和溫度傳感器；人機交互模塊包括LCD顯示模塊和按鍵模塊；電機驅動模塊包括驅動芯片和兩路步進電機，驅動芯片和步進電機連接；計時/定時模塊包括定時芯片、計時芯片和備用自動充電電池，計時芯片和備用自動充電電池連接；單片機最小系統(tǒng)模塊分別與光電傳感器、溫度傳感器、IXD顯示模塊、按鍵模塊、驅動芯片、步進電機、定時芯片和計時芯片連接，單片機最小系統(tǒng)模塊還與電源模塊連接。[0006]所述單片機最小系統(tǒng)模塊包括單片機和與單片機連接的外部時鐘電路、復位電路和USBASP下載線的ISP端口，其中外部時鐘采用8M的無源石英晶振，無源石英晶振兩端分別通過20pF陶瓷接地；復位電路的復位端口接有IOkQ上拉電阻，復位電路通過復位按鍵接地，復位按鍵與104陶瓷電容并聯(lián)。[0007]所述光電傳感器包括9片小型硅光電池，小型硅光電池與主要由LM741組成的可實現(xiàn)減法運算的差分放大電路連接，差分放大電路與主要由LM358組成的一階有源濾波電路連接，一階有源電路與單片機連接。[0008]所述溫度傳感器為單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20通過I/O 口線與單片機連接。[0009]所述IXD顯示模塊為字符型1602單色液晶顯示模塊HD44780，IXD顯示模塊電路通過8位PC數(shù)據(jù)端口的數(shù)據(jù)總線與單片機進行并口數(shù)據(jù)通信。[0010]所述按鍵模塊的按鍵一端與單片機連接，按鍵另一端直接接地。[0011]電機驅動模塊的驅動芯片為步進電機專用控制芯片L297和雙H橋電機驅動芯片 U98。[0012]所述計時/定時模塊的計時芯片為芯片DS1302，DS1302外接32. 768kHz的石英晶振，DS1302的VCC2通過0. IuF陶瓷電容與地連接，DS1302的VCCl與備用自動充電電3池連接，備用自動充電電池為3. 6V的可充電鎳鎘電池，可充電鎳鎘電池與自動充電電路連接，自動充電電路主要由LM393和NE555組成；所述計時/定時模塊的定時芯片為芯片 QA640893A，芯片QA640893A的輸出端與單片機的外部中斷INT2連接。[0013]所述電源模塊主要由LM7805構成，LM7805的輸入端通過電解電容和陶瓷電容與外部12V電源連接，LM7805的輸出端接有電解電容和陶瓷電容。[0014]本實用新型的有益效果為提高太陽能跟蹤裝置可靠性、傳感器精度和定時精度， 降低太陽能跟蹤裝置能耗，增加單位面積太陽能利用效率。


[0015]下面根據(jù)附圖對本實用新型作進一步詳細說明。[0016]圖1是本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器的結構框圖；[0017]圖2是本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器的單片機最小系統(tǒng)模塊的電路圖；[0018]圖3是本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器的光電傳感器的電路連接圖；[0019]圖4是本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器的溫度傳感器的電路連接圖；[0020]圖5是本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器的LCD顯示模塊的電路圖；[0021]圖6是本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器的按鍵模塊的電路圖；[0022]圖7是本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器的電機驅動模塊的電路圖；[0023]圖8是本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器的定時芯片的電路連接圖；[0024]圖9是本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器的備用自動充電電池的自動充電電路圖；[0025]圖10是本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器的計時芯片的電路連接圖；[0026]圖11是本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器的電源模塊的電路圖；[0027]圖12是本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器的算法流程圖。[0028]圖中[0029]1、傳感器信號調理模塊；101、光電傳感器；102、溫度傳感器；2、人機交互模塊； 201、IXD顯示模塊；202、按鍵模塊；3、電機驅動模塊；301、驅動芯片；302、步進電機；4、計時/定時模塊；401、定時芯片；402、計時芯片；403、備用自動充電電池；5、單片機最小系統(tǒng)模塊；6、電源模塊。
具體實施方式
[0030]如圖1-11所示，本實用新型實施例所述的一種太陽能跟蹤裝置的控制器，包括傳感器信號調理模塊1、人機交互模塊2、電機驅動模塊3、計時/定時模塊4和單片機最小系統(tǒng)模塊5，所述傳感器信號調理模塊1包括光電傳感器101和溫度傳感器102 ；人機交互模塊2包括IXD顯示模塊201和按鍵模塊202 ；電機驅動模塊3包括驅動芯片301和兩路步進電機302，驅動芯片301和步進電機302連接；計時/定時模塊4包括定時芯片401、計時芯片402和備用自動充電電池403，計時芯片402和備用自動充電電池403連接；單片機最小系統(tǒng)模塊5分別與光電傳感器101、溫度傳感器102、IXD顯示模塊201、按鍵模塊202、驅動芯片301、步進電機302、定時芯片401和計時芯片402連接，單片機最小系統(tǒng)模塊5還與電源模塊6連接。[0031]所述單片機最小系統(tǒng)模塊5包括單片機和與單片機連接的外部時鐘電路、復位電路和USBASP下載線的ISP端口，其中外部時鐘采用8M的無源石英晶振，無源石英晶振兩端分別通過20pF陶瓷接地；復位電路的復位端口接有IOkQ上拉電阻，復位電路通過復位按鍵接地，復位按鍵與104陶瓷電容并聯(lián)。[0032]所述光電傳感器101包括9片小型硅光電池，小型硅光電池與主要由LM741組成的可實現(xiàn)減法運算的差分放大電路連接，差分放大電路與主要由LM358組成的一階有源濾波電路連接，一階有源電路與單片機連接。[0033]所述溫度傳感器102為單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20通過I/O 口線與單片機連接。[0034]所述IXD顯示模塊201為字符型1602單色液晶顯示模塊HD44780，IXD顯示模塊電路通過8位PC數(shù)據(jù)端口的數(shù)據(jù)總線與單片機進行并口數(shù)據(jù)通信。[0035]所述按鍵模塊202的按鍵一端與單片機連接，按鍵另一端直接接地。[0036]電機驅動模塊3的驅動芯片301為步進電機專用控制芯片L297和雙H橋電機驅動芯片U98。[0037]所述計時/定時模塊4的計時芯片402為芯片DS1302，DS1302外接32. 768kHz的石英晶振，DS1302的VCC2通過0. IuF陶瓷電容與地連接，DS1302的VCCl與備用自動充電電池403連接，備用自動充電電池403為3. 6V的可充電鎳鎘電池，可充電鎳鎘電池與自動充電電路連接，自動充電電路主要由LM393和NE555組成；所述計時/定時模塊4的定時芯片401為芯片QA640893A，芯片QA640893A的輸出端與單片機的外部中斷INT2連接。[0038]所述電源模塊6主要由LM7805構成，LM7805的輸入端通過電解電容和陶瓷電容與外部12V電源連接，LM7805的輸出端接有電解電容和陶瓷電容。[0039]在設計本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器時，考慮到外界環(huán)境溫度的變化對硅光電池的輸出有較大影響，在光電傳感器101附近放置了一個型號為 DS18B20的溫度傳感器102，檢測光電傳感器101溫度，利用檢測到的溫度值對光電傳感器 101檢測信號進行校正。[0040]在改進定時精度方面，本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器同時采用型號為DS1302的計時芯片402和具有可設置定時功能的型號為QA640893A的定時芯片 401來實現(xiàn)，其中DS1302可以返回準確的時間、日期信息，方便精確計算太陽的位置，可調定時時長的QA640893A可以方便太陽能跟蹤裝置隨時改變平臺位置的調整頻率，盡可能增加平臺正對太陽的時間，同時盡可能減少平臺工作時間以降低功耗。[0041]本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器可根據(jù)光照強度自動選擇工作模式為光電跟蹤模式，光電、定時協(xié)作模式或定時跟蹤模式，這樣可使太陽能跟蹤裝置可靠地工作，而時間信息的準確測量，可以方便太陽能跟蹤裝置自動選擇單軸跟蹤模式或雙軸跟蹤模式，此外，根據(jù)太陽位置在一天內不同時間段變化的速度，可以即時調整太陽能跟蹤裝置休眠定時的時長，最大限度的減少太陽能跟蹤裝置工作時間，降低能耗，同時最大限度地保持平臺與太陽同步，提高太陽能利用效率。[0042]如圖12所示，本實用新型實施例所述的太陽能跟蹤裝置的控制器的算法流程如下[0043]開機后，整個太陽能跟蹤裝置先進行自檢，對主要工作部分的狀態(tài)進行檢測，如有不正常狀態(tài)則顯示于字符型1602單色液晶顯示模塊HD44780上，太陽能跟蹤裝置不工作； 如狀態(tài)正常，則開始工作。[0044]開始工作后，先檢查當前時間，若為晚上，則太陽能跟蹤裝置自動進入休眠狀態(tài)； 若為白天，則進行光照強度檢測。若光照很強，則采用光電跟蹤模式，單片機對光電傳感器的信號進行采集、校正后，經過PID控制算法，控制兩路步進電機轉動，調整平臺位置，使平臺正對太陽；若光照較強，則采用光電跟蹤和定時跟蹤共同作用的模式，兩種控制算法的輸出加權平均后，驅動步進電機；若光照較弱，為了避免系統(tǒng)誤動作，則采用定時跟蹤模式，采集電位器的電壓信號，換算出當前平臺位置，與計算所得的太陽位置進行比較，依據(jù)其誤差驅動步進電機轉動；若光照極弱，則鎖定系統(tǒng)，系統(tǒng)不動作。[0045]當一次動作調整完成后，開啟定時芯片401，開始定時，同時系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)，等待定時結束后被喚醒。[0046]本實用新型不局限于上述最佳實施方式，任何人在本實用新型的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術方案，均落在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種太陽能跟蹤裝置的控制器，包括傳感器信號調理模塊(1)、人機交互模塊(2)、 電機驅動模塊(3)、計時/定時模塊(4)和單片機最小系統(tǒng)模塊(5)，其特征在于所述傳感器信號調理模塊(1)包括光電傳感器(101)和溫度傳感器(102 );人機交互模塊(2 )包括IXD 顯示模塊(201)和按鍵模塊(202)；電機驅動模塊(3)包括驅動芯片(301)和兩路步進電機 (302)，驅動芯片(301)和步進電機(302)連接；計時/定時模塊(4)包括定時芯片(401 )、計時芯片(402)和備用自動充電電池(403)，計時芯片(402)和備用自動充電電池(403)連接； 單片機最小系統(tǒng)模塊(5)分別與光電傳感器(101)、溫度傳感器(102)、IXD顯示模塊(201)、 按鍵模塊(202)、驅動芯片(301)、步進電機(302)、定時芯片(401)和計時芯片(402)連接， 單片機最小系統(tǒng)模塊(5)還與電源模塊(6)連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的太陽能跟蹤裝置的控制器，其特征在于所述單片機最小系統(tǒng)模塊(5)包括單片機和與單片機連接的外部時鐘電路、復位電路和USBASP下載線的ISP 端口，其中外部時鐘采用8M的無源石英晶振，無源石英晶振兩端分別通過20pF陶瓷接地； 復位電路的復位端口接有IOkQ上拉電阻，復位電路通過復位按鍵接地，復位按鍵與104陶瓷電容并聯(lián)。
3.根據(jù)權利要求1所述的太陽能跟蹤裝置的控制器，其特征在于所述光電傳感器(101)包括9片小型硅光電池，小型硅光電池與主要由LM741組成的可實現(xiàn)減法運算的差分放大電路連接，差分放大電路與主要由LM358組成的一階有源濾波電路連接，一階有源電路與單片機連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的太陽能跟蹤裝置的控制器，其特征在于所述溫度傳感器(102)為單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20通過I/O口線與單片機連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的太陽能跟蹤裝置的控制器，其特征在于所述LCD顯示模塊 (201)為字符型1602單色液晶顯示模塊HD44780，IXD顯示模塊電路通過8位PC數(shù)據(jù)端口的數(shù)據(jù)總線與單片機進行并口數(shù)據(jù)通信。
6.根據(jù)權利要求1所述的太陽能跟蹤裝置的控制器，其特征在于所述按鍵模塊(202) 的按鍵一端與單片機連接，按鍵另一端直接接地。
7.根據(jù)權利要求1所述的太陽能跟蹤裝置的控制器，其特征在于電機驅動模塊(3)的驅動芯片(301)為步進電機專用控制芯片L297和雙H橋電機驅動芯片L298。
8.根據(jù)權利要求1所述的太陽能跟蹤裝置的控制器，其特征在于所述計時/定時模塊(4)的計時芯片(402)為芯片DS1302，DS1302外接32. 768kHz的石英晶振，DS1302的 VCC2通過0. IuF陶瓷電容與地連接，DS1302的VCCl與備用自動充電電池(403)連接，備用自動充電電池(403)為3. 6V的可充電鎳鎘電池，可充電鎳鎘電池與自動充電電路連接，自動充電電路主要由LM393和NE555組成；所述計時/定時模塊(4)的定時芯片(401)為芯片QA640893A，芯片QA640893A的輸出端與單片機的外部中斷INT2連接。
9.根據(jù)權利要求1-8任一項所述的太陽能跟蹤裝置的控制器，其特征在于所述電源模塊(6)主要由LM7805構成，LM7805的輸入端通過電解電容和陶瓷電容與外部12V電源連接，LM7805的輸出端接有電解電容和陶瓷電容。
專利摘要本實用新型涉及一種太陽能跟蹤裝置的控制器，包括傳感器信號調理模塊、人機交互模塊、電機驅動模塊、計時/定時模塊和單片機最小系統(tǒng)模塊，所述傳感器信號調理模塊包括光電傳感器和溫度傳感器；人機交互模塊包括LCD顯示模塊和按鍵模塊；電機驅動模塊包括驅動芯片和兩路步進電機，驅動芯片和步進電機連接；計時/定時模塊包括定時芯片、計時芯片，計時芯片和備用自動充電電池連接；單片機最小系統(tǒng)模塊分別與光電傳感器、溫度傳感器、LCD顯示模塊、按鍵模塊、驅動芯片、步進電機、定時芯片、計時芯片和電源模塊連接。本實用新型的有益效果為提高太陽能跟蹤裝置可靠性、傳感器精度和定時精度，降低裝置能耗，增加單位面積太陽能利用效率。
文檔編號G05D3/12GK202257282SQ20112024899
公開日2012年5月30日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權日2011年7月14日
發(fā)明者李衛(wèi)國, 李曉, 王琳琳, 許偉, 賈鵬飛, 閆文斌, 雷少博, 黃潔亭 申請人:李曉, 王琳琳, 許偉, 賈鵬飛, 閆文斌, 雷少博, 黃潔亭