CN102236356A - 一种光电信号采集电路 - Google Patents

Abstract

一种光电信号采集电路，满足了简单的特性，又满足了精度的要求，数据采集的精度能够达到0.5％这个水平。主要包括：光电信号采集部件、集成运算放大器、基准电压源电路。OV的电压信号就是经过电压提升后的电压信号，OV1则是经过LM358跟随后输出采集电压，它也是单片机模拟电路A/D直接采集的电压值。DSPIC30F3010内置的10位精度A/D采集电路，通过设置内部的寄存器可以很方便的实现多种形式的信号采集。V1是模拟输出交流电压的反馈值，V2是+5V的直流电压源，V3是+12V的直流电压源，LM358是简单的集成运算放大器，78L05是基准电压源电路。

Description

一种光电信号采集电路

技术领域：

本发明涉及太阳能利用技术，具体涉及太阳能跟踪系统中信号处理领域。

背景技术：

当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。太阳能作为一种可再生的新能源，越来越引起人们的关注。光伏发电是太阳能利用的一种方式，因其节能和环保的效果，受到广泛的重视。

目前，各种类型的太阳能跟踪器装置，从简单到复杂，主要分为两大类，即机械系统和电控系统，机械系统一般又可分为压差式和控放式，而电控系统一般可分为光电式和视日运动轨迹式。本课题着重基于视日运动轨迹式跟踪的研究，以下先对目前常见的跟踪系统作简要介绍。

(一)压差式太阳能跟踪器

压力差式跟踪器的原理是：当入射太阳光发生偏斜时，密闭容器的两侧受光面积不同，会产生压力差，在压力的作用下，使装跟踪器重新对准太阳。根据密闭容器内所装介质的不同，可分为重力差式，气压差式和液压式。该机构结构简单，制作费用低，纯机械控制，不需电子控制部分及外接电源。但是，该机构只能用于单轴跟踪，精度很低。

(二)控放式太阳跟踪器

控放式太阳能跟踪器在太阳能接收器的西侧放置一偏重，作为太阳光接收器向西的转动力，并利用控放式自动跟随装置对此动力的释放加以控制，慢慢释放此转动力，使太阳光接收器向西偏转运动。该机构成本低廉，纯机械控制，不需电子控制部分及外接电源。但是该机构不能自动复位，不能满足昼夜更替之后的跟踪需求，除非另外加复位机构；而且该跟踪器只能用于单轴跟踪，精度低。

(三)光电式太阳跟踪器

光敏硅光电管等作为一种利用光作用使半导体材料的电导率显著变化的光敏传感器，常见的光电器件有光电池、光敏二极管和光敏三极管。目前国内常用的光电跟踪有重力式、电磁式和电动式，这些光电跟踪装置都使用光敏传感器。通常在这些装置中，光电管的安装靠近遮光板，调整遮光板的位置使遮光板对准太阳。当太阳西移时遮光板的阴影偏移，光电管因受到阳光直射输出一定值的微电流，作为偏差信号，经放大电路放大，由伺服机构调整角度使跟踪装置对准太阳完成跟踪。一般来说光电跟踪灵敏度高，结构设计较为方便，但受天气的影响很大，如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的情况，太阳光线往往不能照到硅光电管上，就会导致跟踪装置无法对准太阳，有时甚至会引起执行机构的误动作

总上所述，在各种类型的跟踪器中，纯机械式的跟踪器精度偏低，而跟踪的目的在于提高能量密度，如果精度低，跟踪效率低，还额外提高了成本，在设备中添加跟踪器就失去了原来的意义。所以，精度相对较高的光敏电阻控制的太阳跟踪器的控制方式比较好，但如上所述还存在较多问题。要进一步提高太阳能的利用率，需要更深一步的研究和探讨，以开发出真正廉价、高精、实用的自动跟踪器，本发明将在此基础上给出一种光电信号采集电路。

发明内容：

本发明提出一种光电信号采集电路，主要包括：集成运算放大器、基准电压源电路，如附图1所示，光电信号采集部件。V1就是模拟输出交流电压的反馈值，V2是+5V的直流电压源，V3是+12V的直流电压源，LM358是简单的集成运算放大器，78L05是基准电压源电路。具体的工作原理是这样：选取合适的R4、R5的大小，将会使得a点的电压值固定在+2V，这个电压作为提升电压，可以把采集的正弦电压整体提高2V，也就是把双极性的电压形式转换成单极性的电压形式，附图2就是电压提升以后的采集信号图。R1、R2、R3的选择合适，将会使得电阻的消耗功率很小，同时还使得采集的正弦电压波形更加能够反映实际的电压波形。R1＝R2＞＞R3，由于在实际中2个同值的电阻也不可能完全的相同，多少都会存在着一定的阻值差别，所以R1、R2我选择用误差值较小，随温度影响较小的金属膜电阻，而R3的选择则要保证所采集的电压的峰值能够不超过提升电压，以保证所采集的电压不失真。LM358在这里起到一个前后级电路的隔离作用，以防止前后级电路的相互干扰，采用LM358做为跟随器来隔离前后级电路刚好可以满足这个要求以保证采集电压信号的真实性。

附图说明：

图1采集电路图

图2电压提升以后的采集信号图

具体实施方式：

附图1中OV的电压信号就是经过电压提升后的电压信号，OV1则是经过LM358跟随后输出采集电压，它也是单片机模拟电路A/D直接采集的电压值。DSPIC30F3010内置的10位精度A/D采集电路，通过设置内部的寄存器可以很方便的实现多种形式的信号采集。由于此款单片机有着DSP的性能，在数学运算上有着很强的功能，数据的吞吐量较大，可以实时快速的采集OV1的信号。附图2所示就是OV1输出信号的PROTEL99SE仿真图。

采集的信号要经过如下公式过程的处理，最后才能够得出其实际值的大小。对交流工频信号的采集，一般以其有效值进行计算，其计算公式为：

$U=\sqrt{\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}{u}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

T——信号周期；

U——信号有效值；

u(t)——信号波形公式

在计算机的采集系统中u(t)是离散的信号，于是就有下面的公式：

$U=\sqrt{\frac{{u\left(1\right)}^2+u{\left(2\right)}^2+...+u{\left(n\right)}^2}{n}}---\left(2\right)$

u(1)，u(2)……u(n)——单片机的采样点；

n——一个周期单片机采样点的个数

为了能够在1个工频周期内采足40个点，需要每间隔500μs启动1次模数A/D转换。由于DSPIC30F3010单片机的A/D转换开始可以由内置的定时器TIMER3中断来控制，TIMER3可以精确的控制500μs的间隔时间(本发明中单片机的最小机器周期为50ns)，所以可以精确的实现一个周期20ms(50Hz)的电压值采集，最终通过4-1-2公式计算得出交流电压的有效值。

DSPIC30F3010单片机虽然有大的数据吞吐量，但是在程序编写的时候仍然要注意时间的开销问题，以免造成输出电压的不连续。因为数据的采集是在时刻进行，如果程序过多地使用浮点计算，将会使得CUP的工作量过大，造成单片机的过热问题。

经过实际电路的搭建检测，上面所叙述的采集电路以及计算方法即满足了简单的特性，又满足了精度的要求。数据采集的精度能够达到0.5％这个水平，对于逆变器稳压功能来说，这个精度完全可以接受。

Claims (1)

1.一种光电信号采集电路，主要包括：集成运算放大器、基准电压源电路，其特征是：采用LM358作为一个前后级电路的隔离器件。

Images