專利名稱：太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器。
技術(shù)背景[0002]現(xiàn)有太陽(yáng)能跟蹤裝置多采用光電或光學(xué)原理來(lái)判別太陽(yáng)位置，少數(shù)采用定時(shí)跟蹤方式。對(duì)于光電跟蹤，因?yàn)榄h(huán)境光源、溫度等的干擾較強(qiáng)烈，因此難以保證傳感器精度；而對(duì)于定時(shí)跟蹤，就太陽(yáng)能跟蹤的頻率(即多久進(jìn)行一次太陽(yáng)位置檢測(cè)和控制)以及定時(shí)方式較少提及，而且對(duì)于控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的能耗較難降低。實(shí)用新型內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器，克服現(xiàn)有產(chǎn)品中上述方面的不足。[0004]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)[0005]一種太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器，包括傳感器信號(hào)調(diào)理模塊、人機(jī)交互模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、計(jì)時(shí)/定時(shí)模塊和單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊，所述傳感器信號(hào)調(diào)理模塊包括光電傳感器和溫度傳感器；人機(jī)交互模塊包括LCD顯示模塊和按鍵模塊；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括驅(qū)動(dòng)芯片和兩路步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)芯片和步進(jìn)電機(jī)連接；計(jì)時(shí)/定時(shí)模塊包括定時(shí)芯片、計(jì)時(shí)芯片和備用自動(dòng)充電電池，計(jì)時(shí)芯片和備用自動(dòng)充電電池連接；單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊分別與光電傳感器、溫度傳感器、IXD顯示模塊、按鍵模塊、驅(qū)動(dòng)芯片、步進(jìn)電機(jī)、定時(shí)芯片和計(jì)時(shí)芯片連接，單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊還與電源模塊連接。[0006]所述單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊包括單片機(jī)和與單片機(jī)連接的外部時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和USBASP下載線的ISP端口，其中外部時(shí)鐘采用8M的無(wú)源石英晶振，無(wú)源石英晶振兩端分別通過(guò)20pF陶瓷接地；復(fù)位電路的復(fù)位端口接有IOkQ上拉電阻，復(fù)位電路通過(guò)復(fù)位按鍵接地，復(fù)位按鍵與104陶瓷電容并聯(lián)。[0007]所述光電傳感器包括9片小型硅光電池，小型硅光電池與主要由LM741組成的可實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算的差分放大電路連接，差分放大電路與主要由LM358組成的一階有源濾波電路連接，一階有源電路與單片機(jī)連接。[0008]所述溫度傳感器為單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20通過(guò)I/O 口線與單片機(jī)連接。[0009]所述IXD顯示模塊為字符型1602單色液晶顯示模塊HD44780，IXD顯示模塊電路通過(guò)8位PC數(shù)據(jù)端口的數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)進(jìn)行并口數(shù)據(jù)通信。[0010]所述按鍵模塊的按鍵一端與單片機(jī)連接，按鍵另一端直接接地。[0011]電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)芯片為步進(jìn)電機(jī)專用控制芯片L297和雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 U98。[0012]所述計(jì)時(shí)/定時(shí)模塊的計(jì)時(shí)芯片為芯片DS1302，DS1302外接32. 768kHz的石英晶振，DS1302的VCC2通過(guò)0. IuF陶瓷電容與地連接，DS1302的VCCl與備用自動(dòng)充電電3池連接，備用自動(dòng)充電電池為3. 6V的可充電鎳鎘電池，可充電鎳鎘電池與自動(dòng)充電電路連接，自動(dòng)充電電路主要由LM393和NE555組成；所述計(jì)時(shí)/定時(shí)模塊的定時(shí)芯片為芯片 QA640893A，芯片QA640893A的輸出端與單片機(jī)的外部中斷INT2連接。[0013]所述電源模塊主要由LM7805構(gòu)成，LM7805的輸入端通過(guò)電解電容和陶瓷電容與外部12V電源連接，LM7805的輸出端接有電解電容和陶瓷電容。[0014]本實(shí)用新型的有益效果為提高太陽(yáng)能跟蹤裝置可靠性、傳感器精度和定時(shí)精度， 降低太陽(yáng)能跟蹤裝置能耗，增加單位面積太陽(yáng)能利用效率。


[0015]下面根據(jù)附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。[0016]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器的結(jié)構(gòu)框圖；[0017]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器的單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊的電路圖；[0018]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器的光電傳感器的電路連接圖；[0019]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器的溫度傳感器的電路連接圖；[0020]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器的LCD顯示模塊的電路圖；[0021]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器的按鍵模塊的電路圖；[0022]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電路圖；[0023]圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器的定時(shí)芯片的電路連接圖；[0024]圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器的備用自動(dòng)充電電池的自動(dòng)充電電路圖；[0025]圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器的計(jì)時(shí)芯片的電路連接圖；[0026]圖11是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器的電源模塊的電路圖；[0027]圖12是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器的算法流程圖。[0028]圖中[0029]1、傳感器信號(hào)調(diào)理模塊；101、光電傳感器；102、溫度傳感器；2、人機(jī)交互模塊； 201、IXD顯示模塊；202、按鍵模塊；3、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；301、驅(qū)動(dòng)芯片；302、步進(jìn)電機(jī)；4、計(jì)時(shí)/定時(shí)模塊；401、定時(shí)芯片；402、計(jì)時(shí)芯片；403、備用自動(dòng)充電電池；5、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊；6、電源模塊。
具體實(shí)施方式
[0030]如圖1-11所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的一種太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器，包括傳感器信號(hào)調(diào)理模塊1、人機(jī)交互模塊2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3、計(jì)時(shí)/定時(shí)模塊4和單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊5，所述傳感器信號(hào)調(diào)理模塊1包括光電傳感器101和溫度傳感器102 ；人機(jī)交互模塊2包括IXD顯示模塊201和按鍵模塊202 ；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3包括驅(qū)動(dòng)芯片301和兩路步進(jìn)電機(jī)302，驅(qū)動(dòng)芯片301和步進(jìn)電機(jī)302連接；計(jì)時(shí)/定時(shí)模塊4包括定時(shí)芯片401、計(jì)時(shí)芯片402和備用自動(dòng)充電電池403，計(jì)時(shí)芯片402和備用自動(dòng)充電電池403連接；單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊5分別與光電傳感器101、溫度傳感器102、IXD顯示模塊201、按鍵模塊202、驅(qū)動(dòng)芯片301、步進(jìn)電機(jī)302、定時(shí)芯片401和計(jì)時(shí)芯片402連接，單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊5還與電源模塊6連接。[0031]所述單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊5包括單片機(jī)和與單片機(jī)連接的外部時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和USBASP下載線的ISP端口，其中外部時(shí)鐘采用8M的無(wú)源石英晶振，無(wú)源石英晶振兩端分別通過(guò)20pF陶瓷接地；復(fù)位電路的復(fù)位端口接有IOkQ上拉電阻，復(fù)位電路通過(guò)復(fù)位按鍵接地，復(fù)位按鍵與104陶瓷電容并聯(lián)。[0032]所述光電傳感器101包括9片小型硅光電池，小型硅光電池與主要由LM741組成的可實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算的差分放大電路連接，差分放大電路與主要由LM358組成的一階有源濾波電路連接，一階有源電路與單片機(jī)連接。[0033]所述溫度傳感器102為單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20通過(guò)I/O 口線與單片機(jī)連接。[0034]所述IXD顯示模塊201為字符型1602單色液晶顯示模塊HD44780，IXD顯示模塊電路通過(guò)8位PC數(shù)據(jù)端口的數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)進(jìn)行并口數(shù)據(jù)通信。[0035]所述按鍵模塊202的按鍵一端與單片機(jī)連接，按鍵另一端直接接地。[0036]電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3的驅(qū)動(dòng)芯片301為步進(jìn)電機(jī)專用控制芯片L297和雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片U98。[0037]所述計(jì)時(shí)/定時(shí)模塊4的計(jì)時(shí)芯片402為芯片DS1302，DS1302外接32. 768kHz的石英晶振，DS1302的VCC2通過(guò)0. IuF陶瓷電容與地連接，DS1302的VCCl與備用自動(dòng)充電電池403連接，備用自動(dòng)充電電池403為3. 6V的可充電鎳鎘電池，可充電鎳鎘電池與自動(dòng)充電電路連接，自動(dòng)充電電路主要由LM393和NE555組成；所述計(jì)時(shí)/定時(shí)模塊4的定時(shí)芯片401為芯片QA640893A，芯片QA640893A的輸出端與單片機(jī)的外部中斷INT2連接。[0038]所述電源模塊6主要由LM7805構(gòu)成，LM7805的輸入端通過(guò)電解電容和陶瓷電容與外部12V電源連接，LM7805的輸出端接有電解電容和陶瓷電容。[0039]在設(shè)計(jì)本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器時(shí)，考慮到外界環(huán)境溫度的變化對(duì)硅光電池的輸出有較大影響，在光電傳感器101附近放置了一個(gè)型號(hào)為 DS18B20的溫度傳感器102，檢測(cè)光電傳感器101溫度，利用檢測(cè)到的溫度值對(duì)光電傳感器 101檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行校正。[0040]在改進(jìn)定時(shí)精度方面，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器同時(shí)采用型號(hào)為DS1302的計(jì)時(shí)芯片402和具有可設(shè)置定時(shí)功能的型號(hào)為QA640893A的定時(shí)芯片 401來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中DS1302可以返回準(zhǔn)確的時(shí)間、日期信息，方便精確計(jì)算太陽(yáng)的位置，可調(diào)定時(shí)時(shí)長(zhǎng)的QA640893A可以方便太陽(yáng)能跟蹤裝置隨時(shí)改變平臺(tái)位置的調(diào)整頻率，盡可能增加平臺(tái)正對(duì)太陽(yáng)的時(shí)間，同時(shí)盡可能減少平臺(tái)工作時(shí)間以降低功耗。[0041]本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器可根據(jù)光照強(qiáng)度自動(dòng)選擇工作模式為光電跟蹤模式，光電、定時(shí)協(xié)作模式或定時(shí)跟蹤模式，這樣可使太陽(yáng)能跟蹤裝置可靠地工作，而時(shí)間信息的準(zhǔn)確測(cè)量，可以方便太陽(yáng)能跟蹤裝置自動(dòng)選擇單軸跟蹤模式或雙軸跟蹤模式，此外，根據(jù)太陽(yáng)位置在一天內(nèi)不同時(shí)間段變化的速度，可以即時(shí)調(diào)整太陽(yáng)能跟蹤裝置休眠定時(shí)的時(shí)長(zhǎng)，最大限度的減少太陽(yáng)能跟蹤裝置工作時(shí)間，降低能耗，同時(shí)最大限度地保持平臺(tái)與太陽(yáng)同步，提高太陽(yáng)能利用效率。[0042]如圖12所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器的算法流程如下[0043]開(kāi)機(jī)后，整個(gè)太陽(yáng)能跟蹤裝置先進(jìn)行自檢，對(duì)主要工作部分的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，如有不正常狀態(tài)則顯示于字符型1602單色液晶顯示模塊HD44780上，太陽(yáng)能跟蹤裝置不工作； 如狀態(tài)正常，則開(kāi)始工作。[0044]開(kāi)始工作后，先檢查當(dāng)前時(shí)間，若為晚上，則太陽(yáng)能跟蹤裝置自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)； 若為白天，則進(jìn)行光照強(qiáng)度檢測(cè)。若光照很強(qiáng)，則采用光電跟蹤模式，單片機(jī)對(duì)光電傳感器的信號(hào)進(jìn)行采集、校正后，經(jīng)過(guò)PID控制算法，控制兩路步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整平臺(tái)位置，使平臺(tái)正對(duì)太陽(yáng)；若光照較強(qiáng)，則采用光電跟蹤和定時(shí)跟蹤共同作用的模式，兩種控制算法的輸出加權(quán)平均后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；若光照較弱，為了避免系統(tǒng)誤動(dòng)作，則采用定時(shí)跟蹤模式，采集電位器的電壓信號(hào)，換算出當(dāng)前平臺(tái)位置，與計(jì)算所得的太陽(yáng)位置進(jìn)行比較，依據(jù)其誤差驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；若光照極弱，則鎖定系統(tǒng)，系統(tǒng)不動(dòng)作。[0045]當(dāng)一次動(dòng)作調(diào)整完成后，開(kāi)啟定時(shí)芯片401，開(kāi)始定時(shí)，同時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待定時(shí)結(jié)束后被喚醒。[0046]本實(shí)用新型不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本實(shí)用新型的啟示下都可得出其他各種形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是具有與本申請(qǐng)相同或相近似的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器，包括傳感器信號(hào)調(diào)理模塊(1)、人機(jī)交互模塊(2)、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(3)、計(jì)時(shí)/定時(shí)模塊(4)和單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊(5)，其特征在于所述傳感器信號(hào)調(diào)理模塊(1)包括光電傳感器(101)和溫度傳感器(102 );人機(jī)交互模塊(2 )包括IXD 顯示模塊(201)和按鍵模塊(202)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(3)包括驅(qū)動(dòng)芯片(301)和兩路步進(jìn)電機(jī) (302)，驅(qū)動(dòng)芯片(301)和步進(jìn)電機(jī)(302)連接；計(jì)時(shí)/定時(shí)模塊(4)包括定時(shí)芯片(401 )、計(jì)時(shí)芯片(402)和備用自動(dòng)充電電池(403)，計(jì)時(shí)芯片(402)和備用自動(dòng)充電電池(403)連接； 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊(5)分別與光電傳感器(101)、溫度傳感器(102)、IXD顯示模塊(201)、 按鍵模塊(202)、驅(qū)動(dòng)芯片(301)、步進(jìn)電機(jī)(302)、定時(shí)芯片(401)和計(jì)時(shí)芯片(402)連接， 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊(5)還與電源模塊(6)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器，其特征在于所述單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊(5)包括單片機(jī)和與單片機(jī)連接的外部時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和USBASP下載線的ISP 端口，其中外部時(shí)鐘采用8M的無(wú)源石英晶振，無(wú)源石英晶振兩端分別通過(guò)20pF陶瓷接地； 復(fù)位電路的復(fù)位端口接有IOkQ上拉電阻，復(fù)位電路通過(guò)復(fù)位按鍵接地，復(fù)位按鍵與104陶瓷電容并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器，其特征在于所述光電傳感器(101)包括9片小型硅光電池，小型硅光電池與主要由LM741組成的可實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算的差分放大電路連接，差分放大電路與主要由LM358組成的一階有源濾波電路連接，一階有源電路與單片機(jī)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器，其特征在于所述溫度傳感器(102)為單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20通過(guò)I/O口線與單片機(jī)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器，其特征在于所述LCD顯示模塊 (201)為字符型1602單色液晶顯示模塊HD44780，IXD顯示模塊電路通過(guò)8位PC數(shù)據(jù)端口的數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)進(jìn)行并口數(shù)據(jù)通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器，其特征在于所述按鍵模塊(202) 的按鍵一端與單片機(jī)連接，按鍵另一端直接接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器，其特征在于電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(3)的驅(qū)動(dòng)芯片(301)為步進(jìn)電機(jī)專用控制芯片L297和雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器，其特征在于所述計(jì)時(shí)/定時(shí)模塊(4)的計(jì)時(shí)芯片(402)為芯片DS1302，DS1302外接32. 768kHz的石英晶振，DS1302的 VCC2通過(guò)0. IuF陶瓷電容與地連接，DS1302的VCCl與備用自動(dòng)充電電池(403)連接，備用自動(dòng)充電電池(403)為3. 6V的可充電鎳鎘電池，可充電鎳鎘電池與自動(dòng)充電電路連接，自動(dòng)充電電路主要由LM393和NE555組成；所述計(jì)時(shí)/定時(shí)模塊(4)的定時(shí)芯片(401)為芯片QA640893A，芯片QA640893A的輸出端與單片機(jī)的外部中斷INT2連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器，其特征在于所述電源模塊(6)主要由LM7805構(gòu)成，LM7805的輸入端通過(guò)電解電容和陶瓷電容與外部12V電源連接，LM7805的輸出端接有電解電容和陶瓷電容。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能跟蹤裝置的控制器，包括傳感器信號(hào)調(diào)理模塊、人機(jī)交互模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、計(jì)時(shí)/定時(shí)模塊和單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊，所述傳感器信號(hào)調(diào)理模塊包括光電傳感器和溫度傳感器；人機(jī)交互模塊包括LCD顯示模塊和按鍵模塊；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括驅(qū)動(dòng)芯片和兩路步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)芯片和步進(jìn)電機(jī)連接；計(jì)時(shí)/定時(shí)模塊包括定時(shí)芯片、計(jì)時(shí)芯片，計(jì)時(shí)芯片和備用自動(dòng)充電電池連接；單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊分別與光電傳感器、溫度傳感器、LCD顯示模塊、按鍵模塊、驅(qū)動(dòng)芯片、步進(jìn)電機(jī)、定時(shí)芯片、計(jì)時(shí)芯片和電源模塊連接。本實(shí)用新型的有益效果為提高太陽(yáng)能跟蹤裝置可靠性、傳感器精度和定時(shí)精度，降低裝置能耗，增加單位面積太陽(yáng)能利用效率。
文檔編號(hào)G05D3/12GK202257282SQ20112024899
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者李衛(wèi)國(guó), 李曉, 王琳琳, 許偉, 賈鵬飛, 閆文斌, 雷少博, 黃潔亭 申請(qǐng)人:李曉, 王琳琳, 許偉, 賈鵬飛, 閆文斌, 雷少博, 黃潔亭