CN101482407A - 智能型太阳角度探测仪 - Google Patents

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杨鹏
史旺旺
朱燕青
刘松
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Abstract

智能型太阳角度探测仪，智能型太阳角度探测仪，包括太阳的方位角和高度角。包括三组光电池探测器，各光电池探测器分别通过电流电压转换电路连接相应的电压放大器，三组电压放大器分别接入数字信号处理器；数字信号处理器通过三个I/O口输出高低电平分别连接三组电机驱动器，各电机驱动器连接相应的X、Y、Z向步进电机；步进电机上分别通过行程开关连接驱动器，每组驱动器的输出端连接入数字信号处理器；三组光电池探测器分别固定在X、Y、Z向步进电机的输出轴上。本发明精度高、抗干扰能力强、超低功耗、工作稳定、性价比高。

Description

智能型太阳角度探测仪
技术领域
本发明涉及智能型太阳角度探测仪，包括太阳的方位角和高度角。
背景技术
目前国内外采用的跟踪太阳的方法主要有三种方式：视日运动轨迹跟踪、光电跟踪、视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合。视日运动轨迹跟踪需描述太阳的运动规律，公式复杂，计算量大；光电跟踪通常在特殊结构上布置一定数量的光敏元件，检测方式分为开关量检测和模拟量检测方式两种。采用开关量检测方式时，不同的太阳入射角会导通不同的光敏元件组合，通过这种组合来确定光线角度，但这种方式测量精度差，需要较多的光敏元件；模拟量检测方式测量通过在不同位置的光电池的输出短路电流来计算太阳光角度，这种方式虽然可减少光敏元件的数量，但因光电池特性不一致会产生较大的误差。为减少周围环境发射光线的影响，通常将光敏元件放置在特殊的暗盒中，利用透镜等光学元件聚光，基本消除了发射光的影响。但采用上述方法测量角度范围较小。采用无遮挡方式测量虽可以扩大测量范围，必须解决光敏元件的不一致和反射光的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种精度高、抗干扰能力强、超低功耗、工作稳定、性价比高的智能型太阳角度探测仪。
本发明包括三组光电池探测器，各光电池探测器分别连接电流电压转换电路，各电流电压转换电路分别连接有相应的电压放大器，三组电压放大器分别接入DSP系列数字信号处理器MC56F8037；DSP系列数字信号处理器MC56F8037通过三个I/O口输出高低电平分别连接三组电机驱动器，各电机驱动器连接相应的X、Y、Z向步进电机；在所述各X、Y、Z向步进电机上分别连接一组行程开关，各组行程开关的输出端连接一组驱动器，每组驱动器的输出端连接入DSP系列数字信号处理器MC56F8037；所述三组光电池探测器分别固定在X、Y、Z向步进电机的输出轴上。
利用光电池的短路电流与太阳辐射强度的线性关系，得出了光电池短路电流由反射分量和太阳光入射分量两部分组成，短路电流的反射分量与太阳光线入射角无关的，短路电流的入射分量与光电池平面法线和入射光线的夹角成余弦关系的结论。本发明通过光电池绕xyz轴旋转而测得的一组短路电流曲线，利用DFT运算检测波形初相位的方法，实现通过光电池的一次旋转即可测量一个角度值。采用本方法具有下列优点：一是、利用旋转一周得到的一组数据检测正弦波形的初相位，减少了偶然测量的影响，相位值与反射分量大小和入射分量幅值无关，消除了因太阳辐射强度的影响；二是、相位计算值没有利用多个光电池的测量数据，消除了光电池特性的不一致性的影响；三是、没有采用特殊的光学系统，仅利用廉价的三块光电池和三个步进电机，在无遮挡的一般环境中测量，测量范围大，降低系统成本。四是、采用DSP系列数字信号处理器MC56F8037，光电池短路输出电流信号，利用运算放大器虚短的原理实现电流电压转换，精确度高，提高了系统对太阳方位角和高度角的测量精度，系统抗干扰能力强，性能稳定，性价比高，能适应各种环境。故，本发明实现了精度高、抗干扰能力强、超低功耗、工作稳定、性价比高、适应各种环境的设计目的。
另，本发明还在DSP系列数字信号处理器MC56F8037上设置RS-232通信电平转换接口。可为上位机提供通讯接口。
为了对数字信号处理器内部的FLASH进行读写，还可在DSP系列数字信号处理器MC56F8037上连接JTAG接口电路。
附图说明
图1为本发明组成结构框图。
图2为本发明结构框图。
图中，1是光电池探测器，2是电流电压转换电路，3是反相电压放大器电路，4是数字信号处理芯片DSP，5是电机驱动电路，6是步进电机，7是行程开关，8是行程开关驱动电路，9是RS232转换电路，10是探测仪外形，11是X轴方向电机和光电池，12是Y轴方向电机和光电池，13是Z轴方向电机和光电池，14是黑色圆盘，15是RS232通讯接口。
具体实施方式
结合附图进一步说明本发明，太阳角度探测仪装置的被测量通常包括：太阳方位角、高度角、三个步进电机的初始位置等，分别在垂直于X、Y、Z轴的平面上安装三个X、Y、Z向步进电机6，并在X、Y、Z向步进电机6的输出轴上分别固定连接光电池探测器1，让光电池绕三个轴匀速旋转，采集太阳辐射的强度，通过光电池将其转换为短路电流，输入电流电压转换电路2进行电流电压转换，电流电压转换电路2由LM358运算放大器和外围电路组成，利用放大器虚短的原理实现电流和电压的转换，转换后的电压信号输入到反相电压放大器3，电压放大器3由LM358运算放大器和外围电路组成，经过阻容低通滤波后输入DSP系列数字信号处理器MC56F8037 4进行处理。
DSP系列数字信号处理器MC56F8037 4(U2)通过三个I/O口输出高低电平，分别输入到三组步进电机驱动器U3 5，U3采用ULN2003，通过三组U3分别驱动三组步进电机6旋转，实现对太阳能强度信号的采集。
分别与三组步进电机6的轴相连的光电初始位置行程开关7采用开关型霍尔传感器OH3020，采集光电的初始位置，采集的信号输入到反相缓冲驱动器8，驱动器8采用SN7404，驱动器8输出信号输入到DSP系列数字信号处理器MC56F8037 4(U2)的普通I/O口，实现对光电初始位置的采集。
RS-232通信电平转换接口9电路中采用MAX3232芯片，DSP系列数字信号处理器MC56F8037 4(U2)使用异步串行通信总线时数据通过MAX3232进行电平转换，并经过RS-232送入电脑或由电脑发送到DSP系列数字信号处理器MC56F8037 4(U2)。
在DSP系列数字信号处理器MC56F8037上连接JTAG接口电路10。

Claims (3)

1、智能型太阳角度探测仪，其特征在于包括三组光电池探测器，各光电池探测器分别连接电流电压转换电路，各电流电压转换电路分别连接有相应的电压放大器，三组电压放大器分别接入DSP系列数字处理器MC56F8037；DSP系列数字信号处理器MC56F8037通过三个I/O口输出高低电平分别连接三组电机驱动器，各电机驱动器连接相应的X、Y、Z向步进电机；在所述各X、Y、Z向步进电机上分别连接一组行程开关，各组行程开关的输出端连接一组驱动器，每组驱动器的输出端连接入DSP系列数字信号处理器MC56F8037；所述三组光电池探测器分别固定在X、Y、Z向步进电机的输出轴上。
2、根据权利要求1所述智能型太阳角度探测仪，其特征在于在DSP系列数字信号处理器MC56F8037上设置RS-232通信电平转换接口。
3、根据权利要求1所述智能型太阳角度探测仪，其特征在于在DSP系列数字信号处理器MC56F8037上连接JTAG接口电路。
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CN102957381A (zh) * 2012-12-11 2013-03-06 丹东华通测控有限公司 电动机运行管理装置
CN103472857A (zh) * 2013-09-13 2013-12-25 天津市畅悦电子科技有限公司 一种太阳光三维测光系统
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
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