CN203811165U

CN203811165U - 一种太阳能双轴自动跟踪系统阳光检测电路

Info

Publication number: CN203811165U
Application number: CN201420214004.5U
Authority: CN
Inventors: 黄国孟; 赖华; 赵润喆
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2024-04-29

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能双轴自动跟踪系统阳光检测电路，属于太阳能电池板倾角检测技术领域。本实用新型包括单片机控制电路、电源指示电路、温度测量电路、光电转换电路；其中单片机控制电路分别与电源指示电路、温度测量电路、光电转换电路相连。本实用新型通过采用太阳能电池作为阳光检测元件，以用于克服现有技术采用光敏电阻作为阳光检测元件时存在的系统跟踪精度不高、累积误差大、易受光线干扰、自身功耗大等问题，通过数字温度传感器构成的温度测量电路获取太阳能电池实时温度，单片机结合电压值分析得出温度补偿系数进行电压补偿，实现电压-温度曲线控制补偿，有效抑制太阳能电池温度特性产生的温度漂移。

Description

一种太阳能双轴自动跟踪系统阳光检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能双轴自动跟踪系统阳光检测电路，属于太阳能电池板倾角检测技术领域。

背景技术

太阳能作为一种清洁无污染的能源，开发前景十分广阔。然而，它存在着间隙性光照方向强度随时间不断变化的问题，这就对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求。为实现太阳光始终垂直照射到太阳能电池在高度角和方位角跟踪时，现有的太阳能双轴自动跟踪系统，即一个垂直方向轴，用来跟踪太阳方位角，一个水平方向轴，用来跟踪太阳高度角，双轴自动控制，互不影响，此系统能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板方向。

现有太阳能双轴自动跟踪系统其阳光检测电路是采用光敏电阻作为阳光检测元件，然而光敏电阻的光照特性存在光电流随着照射强度一起增大或减小，而当入射光很强或很弱时，光敏电阻的光电流与光照之间会呈现非线性关系，这会造成系统跟踪精度不高、累积误差大、易受光线干扰、自身功耗大等问题。

当采用太阳能电池作为阳光检测元件时，在太阳能双轴自动跟踪系统中，经过太阳能电池把采集到的太阳光信号转换为电流信号，采集输出的电流信号需要电流-电压转换并将转换后的电压信号传送至单片机，而光源产生的热量和探测器的机械结构使得太阳能电池内部温度随测量时间的增加不断升高，太阳能电池构成的光电转换电路采集的4路模拟信号的电压值随之逐渐下降，这就是测量的温度漂移，在这些环节中引起温度漂移的原因主要有2点：(1)硅光电池的温度特性对输出电压有很大影响；(2)在电流-电压转换过程中，任何参数的变化，如元件的老化、元件参数随温度变化而产生的变化，都将产生输出电压的漂移，针对这种现象通常采用分时间段对这4路信号的电压值进行补偿。然而时间与电压值的关系并不能作为准确的控制4路模拟信号电压值补偿的依据：一方面，按时间变化采集的4路模拟信号的电压值并不是完全线性的；另一方面，太阳能电池的温度特性才是产生温度漂移最主要的原因。太阳能电池开路电压和短路电流随温度变化的情况直接关系到应用太阳能电池的仪器设备的温度漂移，影响测量精度或控制精度等重要指标，因此使用数字温度传感器跟踪太阳能电池实时温度，单片机分析温度与测量电压值的线性关系，获取温度补偿系数，进行电压补偿是必要的。

发明内容

本实用新型提供了一种太阳能双轴自动跟踪系统阳光检测电路，以用于克服现有技术采用光敏电阻作为阳光检测元件时存在的系统跟踪精度不高、累积误差大、易受光线干扰、自身功耗大等问题。

本实用新型的技术方案是：一种太阳能双轴自动跟踪系统阳光检测电路，包括单片机控制电路1、电源指示电路2、温度测量电路3、光电转换电路4；其中单片机控制电路1分别与电源指示电路2、温度测量电路3、光电转换电路4相连。

所述单片机控制电路1包括单片机U5、电阻R5、电容C7、电容C8、电容C13、电容C14、二极管D2、开关S1、晶振X1；其是单片机U5的GND端与地连接，晶振X1并联在单片机U5的XTAL1和XTAL2两端，晶振X1两端分别通过电容C13、电容C14与地连接，单片机U5的RST端与电阻R5一端、二极管D2阴极、电容C7一端、电容C8负极和开关S1一端分别连接，电阻R5和二极管D2阳极与地连接，电容C7另一端、电容C8正极和开关S1另一端分别与电源VCC连接。

所述电源指示电路2包括电阻R1、发光二极管D1、电容C1、电容C2；其中电阻R1一端、电容C1正极、电容C2一端和单片机控制电路1中单片机U5的VCC端口与电源VCC连接，电阻R1另一端与发光二极管D1的阳极连接，发光二极管D1的阴极和电容C1的负极及电容C2的另一端与地连接。

所述温度测量电路3包括数字温度传感器U1、数字温度传感器U2、数字温度传感器U3、数字温度传感器U4；其中数字温度传感器U1、数字温度传感器U2、数字温度传感器U3、数字温度传感器U4的VDD端与电源VCC连接，数字温度传感器U1、数字温度传感器U2、数字温度传感器U3、数字温度传感器U4的GND端与地连接，数字温度传感器U3的DQ端与单片机控制电路1中单片机U5的I/O端口电性连接。

所述光电转换电路4包括太阳能电池Ⅰ1、太阳能电池Ⅰ2、太阳能电池Ⅰ3、太阳能电池Ⅰ4、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12；其中太阳能电池Ⅰ1与电容C3、电容C4、电阻R2并联与单片机控制电路1中单片机U5的AD端口连接，太阳能电池Ⅰ2与电容C5、电容C6、电阻R3并联与单片机控制电路1中单片机U5的AD端口连接，太阳能电池Ⅰ3与电容C9、电容C10、电阻R4并联与单片机控制电路1中单片机U5的AD端口连接，太阳能电池Ⅰ4与电容C11、电容C12、电阻R6并联与单片机控制电路1中单片机U5的AD端口连接。

本实用新型的工作原理是：

当电路上电后，太阳能双轴自动跟踪系统阳光检测电路开始工作，发光二极管D1两端有电流流过，发光二极管D1发光，指示电源已连接上，电容C1和电容C2构成去耦电路，抑制电源的自激振荡的产生，减少电源的纹波；数字温度传感器U1、温度传感器U2、温度传感器U3、温度传感器U4的VDD端口和GND端口分别与电源VCC和地连接，数字温度传感器U1、温度传感器U2、温度传感器U3、温度传感器U4的DQ端口与单片机U5的I/O端口进行通信，并进行数字温度传感器U1、温度传感器U2、温度传感器U3、温度传感器U4初始化设定，数字温度传感器U1、温度传感器U2、温度传感器U3、温度传感器U4分别对太阳能电池Ⅰ1、太阳能电池Ⅰ2、太阳能电池Ⅰ3、太阳能电池Ⅰ4进行温度测量，并将测量温度通过其DQ端口发送给单片机U5的I/O端口；当有太阳光照射到太阳能电池Ⅰ1、太阳能电池Ⅰ2、太阳能电池Ⅰ3、太阳能电池Ⅰ4表面时，太阳能电池Ⅰ1、太阳能电池Ⅰ2、太阳能电池Ⅰ3、太阳能电池Ⅰ4由于光电效应而产生光电流，并分别在电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6两端形成电压，并分别通过电容C3和电容C4、C5和电容C6、C9和电容C10、C11和电容C16，进行滤波后将电压传送至单片机U5的AD端口，单片机U5通过AD端口对接收到的电压进行测量，太阳能电池Ⅰ1、太阳能电池Ⅰ2、太阳能电池Ⅰ3、太阳能电池Ⅰ4接收到的光照强度的不同，则光电效应产生的光电流不同，使电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6两端形成电压不同，单片机U5检测到电压的不同，单片机U5分析数字温度传感器U1、温度传感器U2、温度传感器U3、温度传感器U4所测得的温度与电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6两端形成电压的线性关系，获取温度补偿系数，进行电压补偿，使补偿后的实测电压值具有良好的稳定性，单片机U5分析各AD端口实测电压值，计算得到太阳光高度角和方位角，同时可根据实际需要，单片机U5通过其内部集成的UART0接口将处理后的太阳光高度角和方位角信息反馈至太阳跟踪系统控制器，以便太阳跟踪系统进一步调整太阳能电池板的倾角；当系统需要硬件复位操作时，按下开关S1，开关S1闭合，VCC通过开关S1和电阻R5接地，单片机U5的RST端口此时接电压VCC为高电平，电容C7和电容C8开始充电，松开开关S1时，开关S1断开，电容C7和电容C8开始放电，单片机U5的RST端口保持高电平，电容C7和电容C8放电结束， RST端口维持高电平，单片机U5的RST端口变为低电平，单片机U5复位，当电源电压瞬间下降时，或者存在一定宽度的电源毛刺时，由于电容C7和电容C8放电，电阻R5通过二极管D2形成回路，电阻R5两端变为高电平，电容C7和电容C8放电结束，电阻 R5两端变为低电平，而与电阻R5相连的单片机U5检测到这一过程，单片机U5复位。

所述单片机通过I/O端口与所述数字温度传感器DS18B20相连，以及读取数字温度传感器DS18B20所检测的温度信息并对其进行处理，均为常规技术，如王晓娟、张海燕、梁延兴《基于DS18B20的温度实时采集与显示系统的设计与实现》一文中，介绍了温度传感器DS18B20与单片机I/O接口连接的工作模式，并给出了与单片机连接并进行数据处理的实例。

所述单片机通过数字温度传感器跟踪太阳能电池实时温度，单片机分析温度与测量电压值的线性关系，获取温度补偿系数，进行电压补偿，均为常规技术，如李婷，谷玉海，徐小力《数字温度传感器在测色系统中的应用》一文中，介绍了分析温度与待测电压值的线性关系，获取温度补偿系数，通过软件对测色系统进行电压补偿。

所述单片机通过检测光电转换电路得到的电压信号，计算得到太阳光高度角和方位角，均为常规技术，如卢志辉，梁剑龙，杨英勃，许成炜，陈华滨《太阳能双轴自动跟踪系统》一文中，介绍了以单片机为核心的太阳能双轴自动跟踪系统通过检测光电转换电路得到的电压信号，计算得到太阳光高度角和方位角，并给出了电路的具体实例。

本实用新型的有益效果是：通过采用太阳能电池作为阳光检测元件，以用于克服现有技术采用光敏电阻作为阳光检测元件时存在的系统跟踪精度不高、累积误差大、易受光线干扰、自身功耗大等问题，通过数字温度传感器构成的温度测量电路获取太阳能电池实时温度，单片机结合电压值分析得出温度补偿系数进行电压补偿，实现电压-温度曲线(V—T曲线)控制补偿，有效抑制太阳能电池温度特性产生的温度漂移，使补偿后的实测电压值具有良好的稳定性，最终使太阳能双轴自动跟踪系统太阳光高度角和方位角跟踪更准确。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图；

图中各标号为：1为单片机控制电路、2为电源指示电路、3为温度测量电路、4为光电转换电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的内容并不限于所述范围。

实施例1：如图1所示，一种太阳能双轴自动跟踪系统阳光检测电路，包括单片机控制电路1、电源指示电路2、温度测量电路3、光电转换电路4；其中单片机控制电路1分别与电源指示电路2、温度测量电路3、光电转换电路4相连。

实施例2：如图1所示，一种太阳能双轴自动跟踪系统阳光检测电路，包括单片机控制电路1、电源指示电路2、温度测量电路3、光电转换电路4；其中单片机控制电路1分别与电源指示电路2、温度测量电路3、光电转换电路4相连。

Claims

1.一种太阳能双轴自动跟踪系统阳光检测电路，其特征在于：包括单片机控制电路（1）、电源指示电路（2）、温度测量电路（3）、光电转换电路（4）；其中单片机控制电路（1）分别与电源指示电路（2）、温度测量电路（3）、光电转换电路（4）相连。

2.根据权利要求1所述的太阳能双轴自动跟踪系统阳光检测电路，其特征在于：所述单片机控制电路（1）包括单片机U5、电阻R5、电容C7、电容C8、电容C13、电容C14、二极管D2、开关S1、晶振X1；其是单片机U5的GND端与地连接，晶振X1并联在单片机U5的XTAL1和XTAL2两端，晶振X1两端分别通过电容C13、电容C14与地连接，单片机U5的RST端与电阻R5一端、二极管D2阴极、电容C7一端、电容C8负极和开关S1一端分别连接，电阻R5和二极管D2阳极与地连接，电容C7另一端、电容C8正极和开关S1另一端分别与电源VCC连接。

3.根据权利要求1所述的太阳能双轴自动跟踪系统阳光检测电路，其特征在于：所述电源指示电路（2）包括电阻R1、发光二极管D1、电容C1、电容C2；其中电阻R1一端、电容C1正极、电容C2一端和单片机控制电路（1）中单片机U5的VCC端口与电源VCC连接，电阻R1另一端与发光二极管D1的阳极连接，发光二极管D1的阴极和电容C1的负极及电容C2的另一端与地连接。

4.根据权利要求1所述的太阳能双轴自动跟踪系统阳光检测电路，其特征在于：所述温度测量电路（3）包括数字温度传感器U1、数字温度传感器U2、数字温度传感器U3、数字温度传感器U4；其中数字温度传感器U1、数字温度传感器U2、数字温度传感器U3、数字温度传感器U4的VDD端与电源VCC连接，数字温度传感器U1、数字温度传感器U2、数字温度传感器U3、数字温度传感器U4的GND端与地连接，数字温度传感器U3的DQ端与单片机控制电路（1）中单片机U5的I/O端口电性连接。

5.根据权利要求1所述的太阳能双轴自动跟踪系统阳光检测电路，其特征在于：所述光电转换电路（4）包括太阳能电池Ⅰ1、太阳能电池Ⅰ2、太阳能电池Ⅰ3、太阳能电池Ⅰ4、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12；其中太阳能电池Ⅰ1与电容C3、电容C4、电阻R2并联与单片机控制电路（1）中单片机U5的AD端口连接，太阳能电池Ⅰ2与电容C5、电容C6、电阻R3并联与单片机控制电路（1）中单片机U5的AD端口连接，太阳能电池Ⅰ3与电容C9、电容C10、电阻R4并联与单片机控制电路（1）中单片机U5的AD端口连接，太阳能电池Ⅰ4与电容C11、电容C12、电阻R6并联与单片机控制电路（1）中单片机U5的AD端口连接。