CN103226363B - 无传感器单轴逐日系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无传感器单轴逐日系统，是由光伏板、电平转换单元、模数转换单元、MCU控制单元、控制信号输出单元、步进电机驱动单元、步进电机、蓄电池充电控制单元和蓄电池构成。本发明中的光伏板既作为发电装置使用同时也作为光传感器来辅助MCU控制单元判断太阳方向，较现有的逐日系统中的光传感器可以更好地反映太阳方向，省去了在安装传感器时安装方位对跟踪精度的影响，从而大大简化了逐日系统的安装调试过程，降低了安装成本。本发明中的蓄电池充电控制单元对蓄电池具有保护，并且能实现系统在太阳落山后自动关闭和太阳升起后自动启动以及在阴天或光线不足时不起动的功能，达到了降低系统自身消耗的目的。

Description

无传感器单轴逐日系统

技术领域

本发明涉及逐日系统领域，尤其涉及一种基于单片机的适合于光伏板无传感器的逐日系统。

背景技术

现阶段国内外已有的跟踪装置的跟踪方式可分为单轴跟踪和双轴跟踪两种方式，不论是单轴跟踪还是双轴跟踪，太阳跟踪装置又可分为：时钟式、程序控制式、压差式、控放式、光电式和用于天文观测和气象台的太阳跟踪装置。用于观测太阳活动的装置虽然跟踪准确但价格昂贵；压差式和控放式太阳跟踪器原理结构较复杂；时钟式和程序控制式的跟踪装置存在着累计误差且不能自动消除；光电式跟踪装置跟踪比较精确，原理简单，容易实现，但是都必须外加光传感器，而光学传感器一般价格都比较昂贵，在使用中容易受灰尘或者其他周围环境的影响而产生误动作或影响其跟踪精度。综上所述可以看出不论哪种太阳跟踪装置其安装调试都比较复杂，因此，设计一种新的无传感器的太阳跟踪装置，使之具有原理结构简单方便，跟踪精度高，安装调试方便并且价格合理的特点，使其尽快转化为生产力、形成高技术含量的产品，对推动太阳能的普及利用，拓宽太阳能的利用领域具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有太阳跟踪技术的缺陷，提供一种简易的无传感器单轴逐日系统，可解决现有太阳跟踪装置价格昂贵，安装调试复杂，需经常维护等技术难题，保证跟踪效果达到技术要求。

解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明的无传感器单轴逐日系统由光伏板、电平转换单元、模数转换单元、MCU控制单元、控制信号输出单元、步进电机驱动单元、步进电机、蓄电池充电控制单元和蓄电池构成。所述的光伏板与电平转换单元连接，电平转换单元与模数转换单元连接，模数转换单元与MCU控制单元连接，MCU控制单元与控制信号输出单元连接，控制信号输出单元与步进电机驱动单元连接，步进电机驱动单元与步进电机连接。所述的蓄电池充电控制单元与光伏板及蓄电池连接。所述的模数转换单元由模数转换器ADC0809组成，所述的MCU控制单元由STC89C51组成。

所述的光伏板输出的电压经电平转换单元转换转到ADC0809可以接收的电压范围，将其转换成数字量送给STC89C51，STC89C51对其分析处理后输出控制信号，控制信号经控制信号输出单元放大后送给步进电机驱动单元，步进电机驱动单元驱动步进电机转动，步进电机带动光伏板转向太阳所在方向，光伏板起到了光传感器的作用。同时，光伏板经蓄电池充电控制单元给蓄电池充电，当蓄电池的电压超过其最大允许值时充电控制单元将其与光伏板切断，实现对蓄电池的保护。

所述的蓄电池充电控制单元是由继电器、二极管D13、PNP型三极管Q5--Q6、场效应管Q13、电容C4—C6、三端稳压器U7、蓄电池控制器U8、电阻R18—R22构成，继电器的常闭触点与二极管D13相连接，二极管D13与PNP型三极管Q6的射极相连接，三极管Q6的基极与蓄电池控制器U8相连接，电阻R18并联在二极管D13的正极与三极管Q6的基极上，三极管Q6的集电极与电阻R19、R20相串联，蓄电池的正极与电阻R21、PNP型三极管Q5的射极相连接，Q5的基极再与电阻R21的另一端相连接，同时与电阻R22相连接，电阻R22的另一端与场效应管Q13的漏极相连接，场效应管Q13的栅极和源极与电阻R20、电容C4相并联，Q5的集电极与三端稳压器U7的输入端相连接，U7的输出端为单片机控制系统供电，电容C5、C6分别并联在三端稳压器U7的输入与输出端。通过以上元器件的协同工作使该蓄电池充电控制单元具有使系统在阴天或者阳光不足时不起动和在太阳落山后自动关闭在第二天太阳升起后自动启动的功能。

所述的蓄电池除对负载供电外，还对整个系统供电。

所述的MCU控制单元对数字信号处理分析过程：本系统采用间歇式的逐日方法，当系统开始进行逐日时MCU控制单元对所接受到得电压信号进行存储，此时其发出一定数量的脉冲信号给步进电机，控制其转动一定角度，再进行光伏板的电压转换与存储，MCU控制单元将此次的电压信号与上次的电压信号进行比较，如果此次的电压值比上次的电压值大，则再发出相同数量的脉冲信号，控制步进电机再转过相同角度，以此类推，直到此次的电压值较上次的电压值小时，MCU控制单元发出控制信号，控制步进电机向反方向转过相同角度，这时光伏板所在方向就是此时太阳所在方向。由于在进行电压测量过程中可能由于干扰或误差原因使光伏板不能一次就对准太阳所在方向，所以本系统在每次逐日时都会连续进行三次，以减小误差以及干扰的影响。

本发明的有益效果在于：(1)本发明的无传感器单轴逐日系统中光伏板既作为发电装置使用,同时也作为光传感器来辅助MCU控制单元判断太阳方向，较现有的逐日系统中的光传感器可以更好地反映太阳方向，由于光伏板本身受光面积较一般光传感器大，较现有的逐日系统中的光传感器可以更好地反映太阳方向，省去了在安装传感器时安装方位对跟踪精度的影响，从而大大简化了逐日系统的安装调试过程，降低了安装成本。(2)本发明的无传感器单轴逐日系统的光伏板经蓄电池充电控制单元给蓄电池充电，当蓄电池的电压超过其最大允许值时充电控制单元将其与光伏板切断，实现对蓄电池的保护。(3)本发明的无传感器单轴逐日系统的蓄电池充电控制单元仅用简单的元器件搭成简单的电路就能实现系统在太阳落山后自动关闭和太阳升起后自动启动以及在阴天或光线不足时不起动的功能，达到了降低系统自身消耗的目的。

附图说明

图1是本发明的方框原理图。

图2是本发明中蓄电池充电控制单元的电路图。

图中：1、光伏板，2、电平转换单元，3、模数转换单元，4、MCU控制单元，5、控制信号输出单元，6、步进电机驱动单元，7、步进电机，8、蓄电池充电控制单元，9、蓄电池，10、继电器常闭触点，11、继电器常开触点，12、蓄电池正极，D13、二极管，Q5、PNP型三极管，Q6、大功率PNP三极管，Q13、场效应管，U7、三端稳压器，U8、蓄电池控制器，C4—C6、电容器，R18—R22、电阻。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，光伏板1的输出电压经电平转换单元2转换成模数转换单元3所允许的电压范围，模数转换单元3将其转换成数字量送给MCU控制单元4，MCU控制单元4对其处理分析后输出控制信号，控制信号经控制信号输出单元5放大后送给步进电机驱动单元6，驱动单元6驱动步进电机7转动，步进电机7带动光伏板1转向太阳所在方向。

光伏板1经蓄电池充电控制单元8给蓄电池9充电，当蓄电池9的电压超过其最大允许值时充电控制单元8将其与光伏板1切断，实现对蓄电池9的保护。同时，蓄电池充电控制单元8还有使系统在阴天或者阳光不足时不起动和在太阳落山后自动关闭在第二天太阳升起后自动启动的功能，达到了降低系统自身消耗的目的。蓄电池9除了对负载供电外同时还对整个系统供电。

如图2所示，光伏板的输出电压经继电器的常闭触点10、电阻R18、蓄电池控制器U8给蓄电池充电。由于电阻R18与二极管D13的正极和大功率三极管Q6的基极并联，所以只有当蓄电池充电电流达到一定值时，电阻R18两端电压才能达到使二极管D13和三极管Q6的射极和基极导通的值。由于三极管Q6射极与基极的导通使三极管Q6射极与集电极导通，电流通过电阻R19开始给电容C4充电，当其两端电压达到场效应管Q13的导通电压时，场效应管Q13导通，使三极管Q5也导通，Q5的导通使蓄电池与三端稳压器U7的输入端接通，使整个系统启动。正因为只有当蓄电池充电电流达到一定值时，电阻R18两端电压才能达到使二极管D13和三极管Q6的射极和基极导通的值，从而才实现了系统在太阳落山后自动关闭和太阳升起后自动启动以及在阴天或光线不足时不起动的功能，达到了降低系统自身消耗的目的。

Claims (1)

1.无传感器单轴逐日系统，由光伏板(1)、电平转换单元(2)、模数转换单元(3)、MCU控制单元(4)、控制信号输出单元(5)、步进电机驱动单元(6)、步进电机(7)、蓄电池充电控制单元(8)和蓄电池(9)构成，所述的光伏板(1)与电平转换单元(2)连接，电平转换单元(2)与模数转换单元(3)连接，模数转换单元(3)与MCU控制单元(4)连接，MCU控制单元(4)与控制信号输出单元(5)连接，控制信号输出单元(5)与步进电机驱动单元(6)连接，步进电机驱动单元(6)与步进电机(7)连接；所述的蓄电池充电控制单元(8)与光伏板(1)及蓄电池(9)连接；所述光伏板(1)的输出电压经电平转换单元(2)转换成模数转换单元(3)可以接收的范围，模数转换单元(3)将其转换成数字量传送给MCU控制单元(4)，MCU控制单元(4)对其处理分析后输出控制信号，控制信号经控制信号输出单元(5)放大后送给步进电机驱动单元(6)，步进电机驱动单元(6)驱动步进电机(7)转动，步进电机(7)带动光伏板(1)转向太阳所在方向；光伏板(1)经蓄电池充电控制单元(8)给蓄电池(9)充电，当蓄电池(9)的电压超过其最大允许值时蓄电池充电控制单元(8)将其与光伏板(1)切断；其特征在于，所述的蓄电池充电控制单元(8)是由继电器、二极管D13、PNP型三极管Q5--Q6、场效应管Q13、电容C4—C6、三端稳压器U7、蓄电池控制器U8、电阻R18—R22构成，继电器的常闭触点与二极管D13的阳极相连接，二极管D13的阴极与PNP型三极管Q6的射极相连接，Q6的基极与蓄电池控制器U8相连接，电阻R18并联在二极管D13的正极与三极管Q6的基极上，三极管Q6的集电极与电阻R19、R20相串联，蓄电池的正极与电阻R21、PNP型三极管Q5的射极相连接，Q5的基极再与电阻R21的另一端相连接，同时与电阻R22相连接，电阻R22的另一端与场效应管Q13的漏极相连接，场效应管Q13的栅极与电阻R20、电容C4的一端相连，场效应管Q13的源极与电容C4、电阻R20的另一端相连并且接地，Q5的集电极与三端稳压器U7的输入端相连接，U7的输出端为单片机控制系统供电，电容C5连接在三端稳压器U7的输入端与接地端、电容C6连接在三端稳压器U7的输出端与接地端。