太陽(yáng)能追蹤裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及智能控制裝置,特別是涉及到一種太陽(yáng)能追蹤裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著煤炭、石油、天然氣等化石燃料的迅速消耗,以及由此帶來(lái)的能源危機(jī)與環(huán)境污染的日益加劇,世界各國(guó)都在治理尋求新能源的開(kāi)發(fā)。目前在新能源的開(kāi)發(fā)和利用中,對(duì)太陽(yáng)能源的開(kāi)發(fā)利用是最重視的,太陽(yáng)能資源具有儲(chǔ)量巨大、永不枯竭、無(wú)污染、不受地域限制、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)是太陽(yáng)能利用的一個(gè)重要組成部分。由于地球的不停運(yùn)動(dòng),太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角是時(shí)刻在變化的,地面接收到的太陽(yáng)能的空間分布是低密度、不斷變化的,導(dǎo)致對(duì)太陽(yáng)能的利用效率不高,因此根據(jù)能源的緊張形勢(shì)、我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富狀況以及太陽(yáng)能利用的優(yōu)缺點(diǎn),研制高精度、大范圍追蹤、使用性強(qiáng)、成本低的太陽(yáng)能追蹤器就顯得尤為重要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型旨在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供了一種太陽(yáng)能追蹤裝置,對(duì)太陽(yáng)入射光線進(jìn)行追蹤,可以將裝置采集和計(jì)算出的數(shù)據(jù)向上位機(jī)進(jìn)行傳輸,自主對(duì)裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析和判斷,當(dāng)發(fā)生故障后自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警。
[0004]本實(shí)用新型的太陽(yáng)能追蹤裝置,是由處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、光敏電阻傳感器、脈寬調(diào)制電路和時(shí)鐘電路構(gòu)成,處理器分別與A/D轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制電路和時(shí)鐘電路連接,A/D轉(zhuǎn)換器與光敏電阻傳感器電路連接,脈寬調(diào)制電路、光電隔離電路和功率驅(qū)動(dòng)器依次電路連接,功率驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電進(jìn)1、步進(jìn)電機(jī)Π動(dòng)作。
[0005]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn),時(shí)鐘電路連接了按鍵和I/O擴(kuò)展槽。
[0006]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn),處理器電路連接了復(fù)位電路和限位開(kāi)關(guān)。
[0007]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn),處理器電路連接了上位機(jī)。
[0008]本實(shí)用新型的太陽(yáng)能追蹤裝置,能夠?qū)μ?yáng)入射光線方向進(jìn)行追蹤,從而增加太陽(yáng)能電池板接受到的光線強(qiáng)度,進(jìn)而增加輸出功率,提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能的效率。本裝置保證了太陽(yáng)能電池板能接受到最大的光照強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)入射光線的主動(dòng)跟蹤,并根據(jù)跟蹤系統(tǒng)安裝的地理瑋度以及跟蹤系統(tǒng)設(shè)置的時(shí)間和日期校對(duì)太陽(yáng)高度角與方位角。采用TMS320LF2407A DSP芯片對(duì)整個(gè)太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)進(jìn)行控制。DSP根據(jù)太陽(yáng)角度的計(jì)算公式并結(jié)合太陽(yáng)運(yùn)行軌跡計(jì)算出太陽(yáng)高度角和方位角位置,輸出電機(jī)控制信號(hào)使步進(jìn)電機(jī)對(duì)太陽(yáng)光線進(jìn)行追蹤;在根據(jù)光電傳感器提供的信號(hào)判斷天氣情況以及跟蹤誤差,并根據(jù)誤差對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)。這些信息均通過(guò)裝置的RS232接口向上位機(jī)進(jìn)行傳送,以便更好的監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)的工作狀態(tài)。通過(guò)PCF8583時(shí)鐘芯片對(duì)太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)的初始時(shí)間進(jìn)行設(shè)置,當(dāng)太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),將會(huì)被定位開(kāi)關(guān)捕獲并發(fā)出中斷,使整個(gè)系統(tǒng)停止工作并發(fā)出警示。太陽(yáng)能追蹤裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光線的實(shí)時(shí)追蹤,保證太陽(yáng)能發(fā)電裝置以最大功率輸出,提高發(fā)電效率。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖。
[0010]圖2是本實(shí)用新型處理器與時(shí)鐘電路連接圖。
[0011 ] 圖3是本實(shí)用新型MAX232C與RS-232接口的連接圖。
[0012]圖4是本實(shí)用新型處理器與CAN總線接口的連接圖。
[0013]圖5是本實(shí)用新型處理器與PCF8583的連接圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本實(shí)用新型的太陽(yáng)能追蹤裝置,是由處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、光敏電阻傳感器、脈寬調(diào)制電路和時(shí)鐘電路構(gòu)成,如圖1所示,所述的處理器分別與A/D轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制電路和時(shí)鐘電路連接,處理器電路還連接了復(fù)位電路、限位開(kāi)關(guān)和上位機(jī)。A/D轉(zhuǎn)換器與光敏電阻傳感器電路連接,脈寬調(diào)制電路、光電隔離電路和功率驅(qū)動(dòng)器依次電路連接,功率驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電進(jìn)1、步進(jìn)電機(jī)Π動(dòng)作。時(shí)鐘電路連接了按鍵和I/O擴(kuò)展槽。
[0015]本裝置的處理器選用TMS320LF2407A DSP芯片、時(shí)鐘電路選用PCF8583時(shí)鐘芯片,光電隔離電路選用ADUM1201磁隔離芯片,下面對(duì)本裝置的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述:
[0016]如圖2所示,DSP芯片TMS320LF2407A采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù),使得供電電壓降為3.3V,減小了控制器的功耗;40MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到25ns (40MHz),從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力;2.5K的RAM、500ns轉(zhuǎn)換時(shí)間的A/D轉(zhuǎn)換器,事件管理器提供了可以滿足各種電機(jī)的PWM接口和I/O功能,此外還提供了適用于工業(yè)控制領(lǐng)域的一些特殊功能,如看門(mén)狗電路、SP1、SCI和CAN控制器等。時(shí)鐘電路產(chǎn)生CPU的工作時(shí)序脈沖,是CPU正常工作的關(guān)鍵單元,在本設(shè)計(jì)中使用10MHz的晶體振蕩器,為避免時(shí)鐘信號(hào)被干擾,因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)r(shí)鐘脈沖電路安裝在DSP芯片附近,并用短且粗的引線連接。10MHz晶振的4號(hào)引腳分別和DSP芯片的12號(hào)引腳與3.3V電源連接,同時(shí)晶振的3號(hào)引腳與DSP芯片的123號(hào)引腳連接在一起,在連接必要的電容和電阻,完成時(shí)鐘電路的連接,穩(wěn)定的向D SP芯片輸出工作時(shí)序信號(hào)。
[0017]上位機(jī)需要對(duì)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,并且可以時(shí)刻發(fā)出控制命令,故串口通訊是必不可少的,本裝置采用RS-232接口。如圖3所示,由于上位機(jī)串口輸出電壓高達(dá)12V,直接與DSP連接會(huì)燒壞芯片。因此需要電平轉(zhuǎn)換。MAX232C芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器,可以把輸入的+5V電源電壓變換成為RS-232接口需要的12V電壓。MAX232C芯片采用單+5V電源供電,只需外接幾個(gè)電容就可以穩(wěn)定輸出上位機(jī)所需的電平。將DSP芯片的SCITXD和SCIRXD接口分別與MAX232C上的10(11)引腳和12引腳連接,即可將DSP的SCI接口轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232總線接口。
[0018]為了方便分布式電機(jī)的控制,裝置需要CAN對(duì)各個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測(cè)和控制,如圖4所示。DSP擁有一個(gè)完全的CAN控制器,該控制器是一個(gè)16為的外設(shè)模塊,完全支持CAN2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)選擇PCA82C250器件作為CAN控制器和CAN總線間的接口,提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送和接受功能。ADUM1201磁隔離芯片,將DSP與外圍電路進(jìn)行電氣隔離,ADUM1201允許的最大通信速率為lOMb/s,在滿足CAN的通信要求的前提下可以最大限度的保護(hù)DSP不受干擾。將DSP的72和70引腳分別與ADUM1201芯片的7和6引腳相連接,再將ADUM1201的2和3引腳與PCA82C250的1和4引腳相連,就完成CAN總線接口電路的連接,S卩DSP可以直接對(duì)各步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。
[0019]本設(shè)計(jì)在進(jìn)行太陽(yáng)高度角、方位角的天文計(jì)算時(shí)需要準(zhǔn)確的時(shí)間信息。如圖5所示,為了向DSP芯片提供準(zhǔn)確的時(shí)間,本設(shè)計(jì)采用帶總線接口的時(shí)鐘芯片PCF8583來(lái)提供時(shí)間信息,PCF8583使用32.768KHz或50Hz為時(shí)基。將DSP的32和33引腳分別與PCF8583芯片的6和5引腳連接,就可實(shí)現(xiàn)向DSP提供精確時(shí)間,方便DSP計(jì)算太陽(yáng)高度角和方位角。
[0020]本裝置是利用DSP對(duì)太陽(yáng)入射光線進(jìn)行追蹤,根據(jù)初始預(yù)設(shè)的時(shí)間和瑋度等信息計(jì)算出太陽(yáng)高度角和方位角,通過(guò)這些信息對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行位置調(diào)整,在根據(jù)光敏電阻傳感器采集的信號(hào)計(jì)算誤差并對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行校正。這些數(shù)據(jù)信息都通過(guò)RS232接口向上位機(jī)進(jìn)行傳送。裝置通過(guò)PCF8583芯片與DSP連接在一起用于設(shè)置初始時(shí)間,經(jīng)瑋度等信息以方便計(jì)算。本裝置還設(shè)置了定位開(kāi)關(guān)捕獲模塊,當(dāng)太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),將會(huì)被定位開(kāi)關(guān)捕獲并發(fā)出中斷,使整個(gè)系統(tǒng)停止工作并發(fā)出警示。提醒工作人員及時(shí)進(jìn)行修理和維護(hù),保證太陽(yáng)能發(fā)電裝置以最大功率輸出,提高發(fā)電效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.太陽(yáng)能追蹤裝置,是由處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、光敏電阻傳感器、脈寬調(diào)制電路和時(shí)鐘電路構(gòu)成,其特征在于處理器分別與A/D轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制電路和時(shí)鐘電路連接,A/D轉(zhuǎn)換器與光敏電阻傳感器電路連接,脈寬調(diào)制電路、光電隔離電路和功率驅(qū)動(dòng)器依次電路連接,功率驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電進(jìn)1、步進(jìn)電機(jī)Π動(dòng)作。2.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能追蹤裝置,其特征在于時(shí)鐘電路連接了按鍵和I/O擴(kuò)展槽。3.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能追蹤裝置,其特征在于處理器電路連接了復(fù)位電路和限位開(kāi)關(guān)。4.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能追蹤裝置,其特征在于處理器電路連接了上位機(jī)。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型的太陽(yáng)能追蹤裝置涉及智能控制裝置,是由處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、光敏電阻傳感器、脈寬調(diào)制電路和時(shí)鐘電路構(gòu)成,處理器分別與A/D轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制電路和時(shí)鐘電路連接,A/D轉(zhuǎn)換器與光敏電阻傳感器電路連接,脈寬調(diào)制電路、光電隔離電路和功率驅(qū)動(dòng)器依次電路連接,功率驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電進(jìn)Ⅰ、步進(jìn)電機(jī)Ⅱ動(dòng)作。本裝置能對(duì)太陽(yáng)入射光線方向進(jìn)行追蹤,根據(jù)初始預(yù)設(shè)的時(shí)間和緯度等信息計(jì)算出太陽(yáng)高度角和方位角,通過(guò)這些信息對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行位置調(diào)整,在根據(jù)光電傳感器采集的信號(hào)計(jì)算誤差并對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行校正,實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光線進(jìn)行追蹤。在現(xiàn)在這個(gè)能源日益短缺的時(shí)代,有效的利用可再生能源就顯得十分重要。
【IPC分類(lèi)】G05D3/12
【公開(kāi)號(hào)】CN205121358
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520974537
【發(fā)明人】張震, 邵碧瑩, 胡明哲, 王赫, 陳橋, 宋占慶
【申請(qǐng)人】東北石油大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月1日