專利名稱：一種用于蝶式太陽能系統(tǒng)的跟蹤控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于蝶式太陽能系統(tǒng)的跟蹤控制器，所實現(xiàn)的跟蹤 精度能夠滿足太陽能工程計算的精確要求，特別適合從事太陽能領(lǐng)域的工作 人員使用。
技術(shù)背景目前，從事太陽跟蹤研究的工作者要想得到太陽能工程計算所需的太陽 角度，往往要經(jīng)過一系列繁瑣的過程，且只能得到某一時間點的太陽角度， 所得結(jié)果適用范圍窄，求解過程中容易出錯，特別是在蝶式太陽能系統(tǒng)中， 接收太陽能的設(shè)備屬于點聚焦類收集器，如果不采用跟蹤系統(tǒng)，則不能完成 太陽能的采集工作。 實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服了現(xiàn)有的太陽角度測試方法的上述缺陷，提 供了一種用于蝶式太陽能系統(tǒng)的跟蹤控制器。該控制器可以方便的獲得任意 地點、任意時間的太陽角度，并可進行實時顯示。外接步進電機模塊，可通 過步進電機驅(qū)動，調(diào)整收集器的方位，使之對準太陽，從而盡可能多的收集 太陽能。本實用新型是一種控制器，該控制器可進行計算太陽角度并將其實時顯 示，外接步進電機模塊可實現(xiàn)自動跟蹤太陽的目的。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型釆取了如下技術(shù)方案。本控制器包括有單片機、時鐘日歷芯片、鍵盤顯示芯片、LED顯示板、反向放大器和用于輸入當?shù)貢r間、日期、經(jīng)度和緯度信息的鍵盤；其中時鐘日歷芯片與單片機相連，將時鐘信號傳送給單片機； 單片機通過鍵盤顯示芯片與鍵盤和LED顯示板相連，單片機根據(jù)鍵盤的鍵入信息和時鐘信息計算出太陽角并送至LED顯示板顯示；單片機與反向放大器相連接，單片機根據(jù)計算的太陽角通過反向放大器來控制步進電機的旋轉(zhuǎn)。本實用新型的核心部件單片機接收鍵盤信號，可以通過鍵盤調(diào)整求解太 陽角度的初始條件(包括當?shù)貢r間、日期、當?shù)亟?jīng)度、當?shù)噩|度)，單片機在 數(shù)據(jù)初始化后做出相應(yīng)的反應(yīng)，經(jīng)過內(nèi)部數(shù)據(jù)處理，通過I2C總線與時鐘日 歷芯片和鍵盤顯示芯片進行數(shù)據(jù)傳輸，得到實時顯示的太陽角度。本實用新 型設(shè)置有步進電機模塊外接口，可以與步進電機模塊建立聯(lián)系，能夠控制步 進電機按要求旋轉(zhuǎn)。本實用新型在地平坐標系下能夠?qū)μ柛叨冉?、方位角進行二維跟蹤，不 僅提高了跟蹤精度，而且可以根據(jù)太陽角來控制步進電機驅(qū)動模塊；同時還 具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小等優(yōu)點。

圖1本實用新型的原理示意圖圖2本實用新型的主程序框圖 圖3本實用新型的步進電機模塊流程圖 圖4本實用新型的電路原理圖具體實施方式
下面結(jié)合圖1 4對本實用新型作進一步說明如圖1所示，本實施例包括有單片機和與單片機相連的反向放大器、時 鐘曰歷芯片、鍵盤顯示芯片，鍵盤顯示芯片還與鍵盤和LED顯示板相連。本 實施例通過鍵盤設(shè)定初始條件(當?shù)亟?jīng)度、當?shù)鼐暥?、當?shù)貢r間、日期)，得 到確認信號以后單片機開始進行數(shù)據(jù)處理，計算太陽角度，并通過LED顯示 板將太陽角顯示出來，便于數(shù)據(jù)的讀取和監(jiān)控。如圖4所示，本實施例采用的是I2C總線的串行通信方法。本實施例采 用單片機為主控制器，輔以低功耗的CMOS實時時鐘/日歷芯片和鍵盤接口芯 片，驅(qū)動鍵盤及LED驅(qū)動器來實現(xiàn)所需太陽角度的調(diào)整和實時顯示，可以方 便通過I2C總線進行快速地讀寫操作而只占用單片機的兩個I/O端口 。 I2C總線包括一條串行數(shù)據(jù)線(SDA)和一條串行時鐘線(SCL)。將SDA數(shù)據(jù)線和 SCL串行時鐘線通過上拉電阻連接到電源VCC上，再將其它I2C主從器件的 SDA和SCL針腳連接在SDA數(shù)據(jù)線和SCL串行時鐘線上。AT89C51RC是通 過它通用I/O 口實現(xiàn)I2C總線串行接口操作的。本實施例中將AT89C51RC的 引腳Pl.l與SCL時鐘線相連，弓(腳P1.0與SDA數(shù)據(jù)線相連用以模擬I2C總 線。AT89C51RC為本發(fā)明I2C總線上的主器件，ZLG7290和PCF8563T為從 器件，通過程序?qū)崿F(xiàn)I2C的通信協(xié)議從而進行主從器件之間的數(shù)據(jù)交換。本實施例的主程序框圖如圖2所示，在初始化過程后，經(jīng)過按鍵處理調(diào) 整后，得到了計算太陽角所需數(shù)據(jù)，再經(jīng)過讀取PCF8563T的時鐘數(shù)據(jù)以及計 算太陽角這兩個過程后，最后將太陽角在led顯示板上顯示出來；該程序主 要包括以下幾個步驟第一步按鍵中斷處理。當有按鍵被按下時，跳轉(zhuǎn)至按鍵處理模塊，并根 據(jù)鍵功能進行數(shù)據(jù)調(diào)整，直至確定鍵被按下后跳出按鍵處理模塊。AT89C51RC 將調(diào)整后的初始條件寫入PCF8563T中；第二步建立AT89C51RC與PCF8563T之間的I2C通信，以AT89C51RC為主 器件，以PCF8563為從器件將初始數(shù)據(jù)寫入PCF8563中，經(jīng)時鐘芯片處理后 得到一個實時的時鐘數(shù)據(jù)，并將實時時間數(shù)據(jù)返回到單片機內(nèi)；第三步在AT89C51RC內(nèi)部進行數(shù)據(jù)處理，按太陽軌道的相關(guān)公式計算， 得到的太陽角度的具體數(shù)值；具體計算公式太陽赤緯角^可由Co叩er方程近似地計算"23.5sin(360。x284 + ") 365式中n是所求日期在一年中的日子數(shù)；根據(jù)上式得到太陽赤緯角后，就可得到任一太陽時下的太陽高度角。太5陽光線與地面的夾角稱為太陽高度角，用"、表示，可由下式確定 sin "s. = sin p sin 3 + cos p cos 5 cos ^式中^——當?shù)鼐暥龋?3——太陽赤緯角； "——時角。太陽方位角是太陽聚光器與太陽連線在地面上的投影與南北方向線之間的夾角，用^表示，可由下式確定<formula>formula see original document page 6</formula>
第四步建立AT89C51RC與ZLG7290之間的I2C通信，單片機將轉(zhuǎn)換得到 的太陽角度(包括高度角和方位角)數(shù)據(jù)傳遞到ZLG7290緩沖區(qū)并由ZLG7290 驅(qū)動LED顯示板。如有按鍵被按下，則再次返回到第一步中。本實施例通過反響放大器外接了步進電機模塊，則可以按照計算得到的 太陽角控制步進電機的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)跟蹤。如圖3所示，當程序跳轉(zhuǎn)到步進電機模塊時，首先根據(jù)太陽高度角做出 判斷(該步驟中的設(shè)定值根據(jù)不同地點太陽輻射強度與太陽角的關(guān)系而定)， 本實施例中設(shè)定值取值為l度。判斷為"是"，則根據(jù)太陽角度確定步進電機 的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)動步數(shù)；判斷為"否"，則系統(tǒng)回位至初始位置。系統(tǒng)通過控制步進電機驅(qū)動器進而控制步進電機的旋轉(zhuǎn)，單片機通過反 向放大器與驅(qū)動器的方向信號的端口和脈沖信號端口相連。步進電機子程序 主要流程包括單片機發(fā)出0或1至步進電機驅(qū)動器方向信號的端口，控制 電機的旋轉(zhuǎn)方向，單片機發(fā)出脈沖信號至步進電機驅(qū)動器脈沖信號的端口， 通過脈沖信號的數(shù)量控制電機的旋轉(zhuǎn)角度。本實施例的使用方法開機后首先復(fù)位，led顯示板上顯示的是初始條件 下的太陽高度角。本實施例上設(shè)置有Time、 Data、 Lat、 Lon、 Tran、 Add、 Left、 Ok共八個鍵用于對初始條件進行調(diào)整。當有鍵按下時，主程序跳轉(zhuǎn)至 按鍵處理模塊，AT89C51R不斷的進行鍵盤掃描，當鍵盤功能鍵(Lon)被按下 后，LED顯示板由顯示實時太陽高度角切換到調(diào)整經(jīng)度的顯示界面，通過按 鍵Left選定對哪位數(shù)字進行調(diào)整，被選定的數(shù)字在LED顯示板上閃爍。在選 定調(diào)整位后可用按鍵Add對該位進行加1的操作，按Ok鍵確認。按下鍵盤 功能鍵(Time)后，led顯示板切換到了時間的調(diào)整界面;按下鍵盤功能鍵(Data) 后，led顯示板切換到了日期的調(diào)整界面；按下鍵盤功能鍵(Lat)后，led顯 示板切換到了緯度的調(diào)整界面，調(diào)整方法同上。初始條件調(diào)整到符合用戶要 求的時候，按下確定鍵(Ok)， LED顯示板又切回到了最初的顯示界面，開 始了在新初始條件下的太陽角的實時顯示。另外，如果用戶想要led顯示板顯 示方位角，可按下功能鍵(Tran)，當該按鍵再次被按下，led顯示板又切換回 對高度角的顯示。
權(quán)利要求1、一種用于蝶式太陽能系統(tǒng)的跟蹤控制器，其特征在于包括有單片機、時鐘日歷芯片、鍵盤顯示芯片、LED顯示板、反向放大器和用于輸入當?shù)貢r間、日期、經(jīng)度和緯度信息的鍵盤；其中時鐘日歷芯片與單片機相連，將時鐘信號傳送給單片機；單片機通過鍵盤顯示芯片與鍵盤和LED顯示板相連，單片機根據(jù)鍵盤的鍵入信息和時鐘信息計算出太陽角并送至LED顯示板顯示；單片機的I/O口與反向放大器相連接，單片機根據(jù)計算得到的太陽角控制步進電機的旋轉(zhuǎn)。
專利摘要本實用新型一種用于蝶式太陽能系統(tǒng)的跟蹤控制器，屬于太陽能應(yīng)用領(lǐng)域。包括有單片機、時鐘日歷芯片、鍵盤顯示芯片、LED顯示板、反向放大器和用于輸入當?shù)貢r間、日期、經(jīng)度和緯度信息的鍵盤。其中時鐘日歷芯片與單片機相連，將時鐘信號傳送給單片機。單片機通過鍵盤顯示芯片與鍵盤和LED顯示板建立通信，單片機根據(jù)鍵盤的鍵入信息和時鐘信息計算出太陽角并送至LED顯示板顯示。單片機與反向放大器相連接，并根據(jù)計算得到的太陽角控制步進電機的旋轉(zhuǎn)。外接步進電機模塊，可實現(xiàn)系統(tǒng)對太陽的跟蹤。本實用新型的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，精度高，體積小，不受時間，空間的限制而方便的進行與太陽跟蹤的相關(guān)研究。
文檔編號H02N6/00GK201166813SQ20082007924
公開日2008年12月17日 申請日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者吳玉庭, 張利明, 杜春旭, 馬重芳 申請人:北京工業(yè)大學(xué)