CN206115288U - 一种自动跟踪双模拟量输入光伏组件运动方向控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种自动跟踪双模拟量输入光伏组件运动方向控制电路，包括51单片机最小系统电路、USB烧写电路、辅助供电电路，还包括模拟量输入电路，双路反向脉冲输出电路。51单片机最小系统电路分别与USB烧写电路、辅助供电电路、模拟量输入电路、双路反向脉冲输出电路连接，辅助供电电路分别与模拟量输入电路、双路反向脉冲输出电路连接。有益效果是：该电路是为光伏组件运动控制系统专门设计的，电路简单，实际功能强；利用步进电机将固定的太阳组件用联轴器模组制成活动性光伏器件，能更好的捕捉到最大光强度，提高光伏组件转换效率至少10%；使用双向脉冲输出控制步进电机的转动精度，可提高其定位精度，单步运动误差可以控制在3°以内。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种广泛应用与光伏发电及工业单轴定位等方面的自动跟踪双模拟量输入光伏组件运动方向控制电路。
背景技术
清洁能源一直是工业研究的热点，而太阳能资源是取之不竭的资源，然而现如今无论是多晶硅或者单晶硅的电池其转换效率都不会高于30%，传统做法是用透镜聚光去提高效率，然而光伏组件结构和透镜都是固定的，所以其有效利用太阳光的时间是有限的，在太阳高度角发生变化时不能很好的自动调整。光伏组件是固定的，所以提高效率能力依然有限。而普通的自动化控制器plc等资源浪费比较大，纯硬件电路搭建无法保证精度。
发明内容
鉴于市场实际需求，本实用新型提供了一种电路简单、稳定性好、可靠性高的自动跟踪双模拟量输入光伏组件运动方向控制电路。
本实用新型为实现上述目的，所采取的技术方案是：一种自动跟踪双模拟量输入光伏组件运动方向控制电路，包括51单片机最小系统电路、USB烧写电路、辅助供电电路，其特征在于：还包括模拟量输入电路、双路反向脉冲输出电路，51单片机最小系统电路分别与USB烧写电路、辅助供电电路、模拟量输入电路、双路反向脉冲输出电路连接，辅助供电电路分别与模拟量输入电路、双路反向脉冲输出电路连接；
具体电路连接为：所述模拟量输入电路中，连接器J1的1脚AOUT分别与AD芯片U6的模拟量输出端15脚和发光管LED的正极连接，发光管LED的负极通过电阻R1接地，连接器J1的2脚AIN0与AD芯片U6的模拟量输入端1脚连接，连接器J1的3脚AIN1与AD芯片U6的模拟量输入端2脚连接，连接器J1的4脚AIN2与AD芯片U6的模拟量输入端3脚连接，连接器J1的5脚AIN3与AD芯片U6的模拟量输入端4脚连接，电位器RW的可调端3脚与连接器J1的6脚VRin连接，电位器RW的一固定端1脚与5V相连接，另一个固定端2脚与连接器J1的7脚GND相连后接地，AD芯片U6的供电端16脚与电压基准端14脚相连后接5V，AD芯片U6的模拟地13脚与内/外部时钟选择端12脚相连后接地，AD芯片U6的时钟控制信号10脚接51单片机最小系统电路中单片机U4的 P3.2口12脚，AD芯片U6的输出端9脚接51单片机最小系统电路中单片机U4的P3.5口15脚，AD芯片U6的地址控制端5脚接51单片机最小系统电路中单片机U4的P0.0口39脚，AD芯片U6的地址控制端6脚接51单片机最小系统电路中单片机U4的P0.1口38脚，AD芯片U6的地址控制端7脚接5V，AD芯片U6的信号地8脚接地；
所述双路反向脉冲输出电路中，反向芯片U5的电源端9脚与连接器J2的5脚相连后接12V，反向芯片U5的信号地8脚接地，控制芯片U5的脉冲输入端1脚接51单片机最小系统电路中单片机U4的P3.3口13脚，控制芯片U5的脉冲输入端7脚与51单片机最小系统电路中单片机U4的P1.0口1脚连接, 控制芯片U5的脉冲输入端6脚与51单片机最小系统电路中单片机U4的P1.1口2脚连接, 控制芯片U5的脉冲输入端5脚与51单片机最小系统电路中单片机U4的P1.2口3脚连接, 控制芯片U5的脉冲输入端4脚与51单片机最小系统电路中单片机U4的P1.3口4脚连接, 控制芯片U5的脉冲输入端3脚与51单片机最小系统电路中单片机U4的P1.4口5脚连接, 控制芯片U5的脉冲输出口13脚与连接器J2的1脚连接，控制芯片U5的脉冲输出口12脚与连接器J2的2脚连接，控制芯片U5的脉冲输出口11脚与连接器J2的3脚连接，控制芯片U5的脉冲输出口10脚与连接器J2的4脚连接，控制芯片U5的脉冲输出口16脚接辅助供电电路中电阻R7的一端；反向芯片U5的型号为：ULN2003；AD芯片U6的型号为：PCF8951。
本实用新型的有益效果是：该电路是为光伏组件运动控制系统专门设计的，电路简单，实际功能强；利用步进电机将固定的太阳组件用联轴器模组制成活动性光伏器件，能更好的捕捉到最大光强度，提高光伏组件转换效率至少10%；使用双向脉冲输出控制步进电机的转动精度，可提高其定位精度，单步运动误差可以控制在3°以内。
附图说明
图1为本实用新型的电路连接框图；
图2为本实用新型的电路原理图；
图3为本实用新型的控制流程图。
具体实施方式
如图1，2所示，一种自动跟踪双模拟量输入光伏组件运动方向控制电路，包括51单片机最小系统电路、USB烧写电路、辅助供电电路，还包括模拟量输入电路，双路反向脉冲输出电路。
51单片机最小系统电路分别与USB烧写电路、辅助供电电路、模拟量输入电路、双路反向脉冲输出电路连接，辅助供电电路分别与模拟量输入电路、双路反向脉冲输出电路连接。在51单片机最小系统电路安装有控制程序。
上述模拟量输入电路中，连接器J1的1脚AOUT分别与AD芯片U6的模拟量输出端15脚和发光管LED的正极连接，发光管LED的负极通过电阻R1接地，连接器J1的2脚AIN0与AD芯片U6的模拟量输入端1脚连接，连接器J1的3脚AIN1与AD芯片U6的模拟量输入端2脚连接，连接器J1的4脚AIN2与AD芯片U6的模拟量输入端3脚连接，连接器J1的5脚AIN3与AD芯片U6的模拟量输入端4脚连接，电位器RW的可调端3脚与连接器J1的6脚VRin连接，电位器RW的一固定端1脚与5V相连接，另一个固定端2脚与连接器J1的7脚GND相连后接地，AD芯片U6的供电端16脚与电压基准端14脚相连后接5V，AD芯片U6的模拟地13脚与内/外部时钟选择端12脚相连后接地，AD芯片U6的时钟控制信号10脚接51单片机最小系统电路中单片机U4的 P3.2口12脚，AD芯片U6的输出端9脚接51单片机最小系统电路中单片机U4的P3.5口15脚，AD芯片U6的地址控制端5脚接51单片机最小系统电路中单片机U4的P0.0口39脚，AD芯片U6的地址控制端6脚接51单片机最小系统电路中单片机U4的P0.1口38脚，AD芯片U6的地址控制端7脚接5V，AD芯片U6的信号地8脚接地。
上述双路反向脉冲输出电路中，反向芯片U5的电源端9脚与连接器J2的5脚相连后接12V，反向芯片U5的信号地8脚接地，控制芯片U5的脉冲输入端1脚接51单片机最小系统电路中单片机U4的P3.3口13脚，控制芯片U5的脉冲输入端7脚与51单片机最小系统电路中单片机U4的P1.0口1脚连接, 控制芯片U5的脉冲输入端6脚与51单片机最小系统电路中单片机U4的P1.1口2脚连接, 控制芯片U5的脉冲输入端5脚与51单片机最小系统电路中单片机U4的P1.2口3脚连接, 控制芯片U5的脉冲输入端4脚与51单片机最小系统电路中单片机U4的P1.3口4脚连接, 控制芯片U5的脉冲输入端3脚与51单片机最小系统电路中单片机U4的P1.4口5脚连接, 控制芯片U5的脉冲输出口13脚与连接器J2的1脚连接，控制芯片U5的脉冲输出口12脚与连接器J2的2脚连接，控制芯片U5的脉冲输出口11脚与连接器J2的3脚连接，控制芯片U5的脉冲输出口10脚与连接器J2的4脚连接，控制芯片U5的脉冲输出口16脚接辅助供电电路中电阻R7的一端。
反向芯片U5的型号为：ULN2003；
AD芯片U6的型号为：PCF8951。
双路反向脉冲输出电路，实现了用两路脉冲信号控制步进电机的方向和运动速度，电路简单，稳定性好，可靠性高。
模拟量输入芯片选用时需要根据电机选用AD输入的位数，分辨率较高的电机需要用位数较高的AD芯片。
如图3所示，一种自动跟踪双模拟量输入光伏组件运动方向控制电路的控制方法，步骤如下：
第一步、模拟量输入电路中，连接器J1连接两个光电传感器，两个光电传感器分别固定在光伏电池板的左右两侧，左右两个光电传感器将感应到的光信号转换为电压信号V1和V2。
第二歩、 AD转换电路将电压信号V1和V2转换为数字量信号D1和D2。
第三步、单片机U4计算|D2-D1|，换算成角度θ，并对应算出脉冲数N，使用电机脉冲角度转换公式：
其中Φ为步进电机的分辨率，即转动一圈所需要的脉冲数。
第四部、判断上述计算的脉冲数N是否大于步进电机电机单步脉冲数。
第五步、如果条件成立，则通过双路反向脉冲电路输出脉冲和方向信号，否则不动作。
第六步、判断上述采集的数字量信号D1和D2是否都为零。
第七步、如果条件成立，则步进电机回复原点，如果条件不成立，则返回到光电传感器采集光信号。
工作原理
AD芯片U6使用PCF8591芯片，该芯片具有I2C总线接口的8位输出AD及DA转换。AIN0-AIN3为模拟信号输入端，A0-A2为引脚地址端，VCC为电源端（2.5V-6V），Aout为DA输出端。光电传感器将采集到的光信号转换成电流信号，两路AD信号采集通道通过连接器J1连接到左右两个光电传感器中，连接器J1的6脚VRin接到光电传感器的正极，而连接器J1的7脚GND接到光电传感器的公共端，RW1可以调节传感器输入电压，根据其规格可以调节0-5V电压，采集光电传感器电压变化量取值，通过模拟量输入电路中的AD芯片U6转换成模拟量信号，通过AD芯片的数据输出端9脚的SAD给单片机U4的P3口的P3.5，AD芯片的时钟脉冲由单片机U4的P3口的P3.2提供，通过判断电压变化的强弱来判断两侧感光的强弱。
存储电路U2存储具体参数设定值，与通过P3口的P3.5采集的电压信号运算分析之后，送给反向芯片U5，反向输出后通过连接器J2输出给步进电机，让其按照一定的角度旋转。而脉冲量的控制可以由步进电机细分和本控制器给出的脉冲比，计算其运动角度和方向。单片机U4的P1口的P1.0控制方向信号的输出，单片机U4的P1口的P1.3给出的脉冲频率和脉冲数输出给芯片U5反向后，通过连接器J2给步进电机，改变其转动速度和停止位置。
USB烧写电路可以连接上位机或直接修改源程序，调整输出脉冲的频率和脉冲数。
辅助供电电路中，光伏组件提供电源输入，经过三端稳压模块U1后，输出5V电压，分别给51单片机最小系统电路、模拟量输入电路、双路反向脉冲输出电路。
Claims (1)
1.一种自动跟踪双模拟量输入光伏组件运动方向控制电路，包括51单片机最小系统电路、USB烧写电路、辅助供电电路，其特征在于：还包括模拟量输入电路、双路反向脉冲输出电路，51单片机最小系统电路分别与USB烧写电路、辅助供电电路、模拟量输入电路、双路反向脉冲输出电路连接，辅助供电电路分别与模拟量输入电路、双路反向脉冲输出电路连接；
具体电路连接为：所述模拟量输入电路中，连接器J1的1脚AOUT分别与AD芯片U6的模拟量输出端15脚和发光管LED的正极连接，发光管LED的负极通过电阻R1接地，连接器J1的2脚AIN0与AD芯片U6的模拟量输入端1脚连接，连接器J1的3脚AIN1与AD芯片U6的模拟量输入端2脚连接，连接器J1的4脚AIN2与AD芯片U6的模拟量输入端3脚连接，连接器J1的5脚AIN3与AD芯片U6的模拟量输入端4脚连接，电位器RW的可调端3脚与连接器J1的6脚VRin连接，电位器RW的一固定端1脚与5V相连接，另一个固定端2脚与连接器J1的7脚GND相连后接地，AD芯片U6的供电端16脚与电压基准端14脚相连后接5V，AD芯片U6的模拟地13脚与内/外部时钟选择端12脚相连后接地，AD芯片U6的时钟控制信号10脚接51单片机最小系统电路中单片机U4的 P3.2口12脚，AD芯片U6的输出端9脚接51单片机最小系统电路中单片机U4的P3.5口15脚，AD芯片U6的地址控制端5脚接51单片机最小系统电路中单片机U4的P0.0口39脚，AD芯片U6的地址控制端6脚接51单片机最小系统电路中单片机U4的P0.1口38脚，AD芯片U6的地址控制端7脚接5V，AD芯片U6的信号地8脚接地；
所述双路反向脉冲输出电路中，反向芯片U5的电源端9脚与连接器J2的5脚相连后接12V，反向芯片U5的信号地8脚接地，控制芯片U5的脉冲输入端1脚接51单片机最小系统电路中单片机U4的P3.3口13脚，控制芯片U5的脉冲输入端7脚与51单片机最小系统电路中单片机U4的P1.0口1脚连接, 控制芯片U5的脉冲输入端6脚与51单片机最小系统电路中单片机U4的P1.1口2脚连接, 控制芯片U5的脉冲输入端5脚与51单片机最小系统电路中单片机U4的P1.2口3脚连接, 控制芯片U5的脉冲输入端4脚与51单片机最小系统电路中单片机U4的P1.3口4脚连接, 控制芯片U5的脉冲输入端3脚与51单片机最小系统电路中单片机U4的P1.4口5脚连接, 控制芯片U5的脉冲输出口13脚与连接器J2的1脚连接，控制芯片U5的脉冲输出口12脚与连接器J2的2脚连接，控制芯片U5的脉冲输出口11脚与连接器J2的3脚连接，控制芯片U5的脉冲输出口10脚与连接器J2的4脚连接，控制芯片U5的脉冲输出口16脚接辅助供电电路中电阻R7的一端；反向芯片U5的型号为：ULN2003；AD芯片U6的型号为：PCF8951。
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| CN106094893A (zh) * | 2016-08-28 | 2016-11-09 | 东文高压电源（天津）股份有限公司 | 一种自动跟踪双模拟量输入光伏组件运动方向控制电路及方法 |
| WO2020146620A1 (en) * | 2019-01-09 | 2020-07-16 | Texas Instruments Incorporated | Controller circuit for photovoltaic sub-module |
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