測量太陽能板傾角的雙軸太陽能智能自動跟蹤控制裝置的制造方法
【專利摘要】測量太陽能板傾角的雙軸太陽能智能自動跟蹤控制裝置，涉及太陽能跟蹤控制裝置，測量太陽能板傾角的雙軸太陽能智能自動跟蹤控制裝置，其特征在于，所述裝置包括電機、繼電器、紅外通信的電路、太陽能電池板、加速度傳感器、磁力計、三軸加速度計、三軸加速度計芯片、太陽能板；傳感器芯片焊接到線路板上，組成一塊高精度姿態(tài)解算模塊，姿態(tài)解算模塊安裝固定到太陽能板的背光面；電器連接MCU的第19、20引腳分別與U2的引出引腳JDQ1、JDQ2連接。該裝置使用時控與光控相結(jié)合的控制方式，且通過姿態(tài)解算模塊實現(xiàn)高精度的光控閉環(huán)控制，解決了現(xiàn)有采用其他方案的光伏發(fā)電裝置追光精度差、發(fā)電效率低等問題。
【專利說明】
測量太陽能板傾角的雙軸太陽能智能自動跟蹤控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種太陽能跟蹤控制裝置，特別是涉及一種測量太陽能板傾角的雙軸太陽能智能自動跟蹤控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能作為一種新能源，越來越受到社會的關(guān)注，其發(fā)展前景十分廣泛。光伏發(fā)電是太陽能利用的一種很重要的形式，具有可再生、無污染、資源豐富等優(yōu)點。但是，光伏陣列的實際發(fā)電量大小與太陽輻射光線射入太陽能板表面的入射角有關(guān)。當太陽輻射光線垂直于太陽能板表面時(入射角為零)，光伏陣列接收到的有效太陽輻射量最大;而在其他入射角情況下，僅有垂直于太陽能板表面的直射輻射分量可參與能量轉(zhuǎn)換。因此，對太陽能電池板傾角的精準測控有助于減小太陽輻射入射角偏差，可提高光伏陣列的太陽輻射利用率。
[0003]縱觀當前的技術(shù)，雙軸自動跟蹤的控制方式主要有時控、光控以及時控與光控相結(jié)合。時控基于太陽-地球的運行原理，精確的天文計時裝置、GPS系統(tǒng)或者報時信號可進行計時，并據(jù)此計算出各時刻太陽能電池板傾角的理論最佳值，時控是一種開環(huán)控制方式，缺點是無法檢測誤差，也無法修正誤差。光控可實現(xiàn)閉環(huán)控制，現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的是通過太陽位置傳感器如光敏電阻，捕捉太陽的位置，并以此為依據(jù)使太陽能電池板朝向太陽轉(zhuǎn)動，但這并非是真正的閉環(huán)控制方式。在現(xiàn)有技術(shù)中，使用光控實現(xiàn)閉環(huán)控制的主要有采用推桿電機或磁場傳感器等，加入對太陽能電池板傾角的測量，產(chǎn)生角度的反饋值，檢測并修正誤差，進而得到傾角的最佳值，但推桿電機占用空間較大，使跟蹤裝置的機械結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，并且安裝過程中容易產(chǎn)生誤差，磁場傳感器雖然占用空間小，但僅依靠單一的磁場傳感器測量太陽能電池板傾角的測量精度并不高，存在一定的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于提供一種測量太陽能板傾角的雙軸太陽能智能自動跟蹤控制裝置，該裝置時控與光控相結(jié)合的控制方式，且通過姿態(tài)解算模塊實現(xiàn)高精度的光控閉環(huán)控制，解決光伏發(fā)電裝置追光精度差、發(fā)電效率低等問題。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]測量太陽能板傾角的雙軸太陽能智能自動跟蹤控制裝置，所述裝置包括電機、繼電器、紅外通信的電路、太陽能電池板、加速度傳感器、磁力計、三軸加速度計、三軸加速度計芯片、太陽能板;傳感器芯片焊接到線路板上，組成一塊高精度姿態(tài)解算模塊，姿態(tài)解算模塊安裝固定到太陽能板的背光面；電器連接MCU的第19、20引腳分別與U2的引出引腳JDQ1、JDQ2連接;MCU的第21、22引腳分別與1]2的引出引腳見03、邛04連接;10]的第23、24、25引腳分別與U3的引出引腳WBUSY、WDATA、WRST連接;MCU的第26引腳與U4的引出引腳RXD連接;MCU的第27、28、29、30、31 引腳分別與U5的引出引腳A-1NT、A-SCL、A-SDA、FSYNC、DRY連接;MCU 的第 27、28、29、30、31 引腳分別與 U5 的 A-1NT、A-SCL、A-SDA、FCYNC、DRY 引腳連接，并通過I2C總線連接到主控制器STM32，MCU的第23、24、25引腳分別與U3的引出引腳WBUSY、WDATA、WRST連接，MCU的第26引腳與U4的引出引腳RXD連接。
[0007]所述的測量太陽能板傾角的雙軸太陽能智能自動跟蹤控制裝置，所述裝置具有紅外通信的手動裝置，具有內(nèi)置的實時時鐘。
[0008]所述的測量太陽能板傾角的雙軸太陽能智能自動跟蹤控制裝置，所述加速度計芯片線路板芯片應(yīng)X軸水平放置。
[0009]本實用新型的優(yōu)點與效果是:
[0010]本實用新型利用MPU6050和HMC5883芯片測量太陽能板傾角的雙軸太陽能智能自動跟蹤控制，該裝置使用時控與光控相結(jié)合的控制方式，且通過姿態(tài)解算模塊實現(xiàn)高精度的光控閉環(huán)控制，解決了現(xiàn)有采用其他方案的光伏發(fā)電裝置追光精度差、發(fā)電效率低等問題。
【附圖說明】
[0011]圖1是基于MPU6050和HMC5883芯片的雙軸太陽能智能自動跟蹤控制框圖；
[0012]圖2是集成了MPU6050和HMC5883芯片的姿態(tài)解算模塊硬件連接示意圖；
[0013]圖3是HMC5883頂視圖；
[0014]圖4是姿態(tài)解算模塊的安裝固定方式示意圖；
[0015]圖5是M⑶電路圖；
[0016]圖6是音頻部分電路圖；
[0017]圖7是繼電器控制電路圖；
[0018]圖8是紅外電路圖；
[0019]圖9是姿態(tài)解算模塊電路圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0021]MPU6050是InvenSense公司的三軸加速度計芯片，控制系統(tǒng)的MCU可以通過I2C總線讀取MPU6050的X、Y、Z三個軸的加速度值。當太陽能板不動的時候，由于存在重力加速度g。把重力加速度g分解到Χ、Υ、Ζ三個軸上，MCU讀取的三個軸的都會有一定的數(shù)值。安裝加速度計芯片線路板時保證芯片的X軸水平放置，這樣X軸的重力加速度g分量很小，重力加速度g主要分解到Y(jié)、Z兩個軸上;在太陽能板水平和垂直做跟蹤運動后，X軸還是保持水平，X軸分量基本不動，Υ、Ζ兩個軸上的重力加速度g分量可能發(fā)生變化;可以通過Υ、Ζ兩個軸上的重力加速度g分量，計算出太陽能板的傾角；加速度計只能提供姿態(tài)參考，并不能解算出精確的位置信息。因此引入HMC5883磁力計用來感受地磁向量以解算出模塊與北的夾角(HMC5883頂視圖如圖3所示，箭頭表明磁場方向，磁場在正常測量模式下將產(chǎn)生正向輸出可讀數(shù)據(jù)。)，配合三軸加速度計，精確地測得太陽能板的位置信息，便于調(diào)整太陽能電池板與太陽光的夾角。將MPU6050和HMC5883傳感器芯片焊接到一塊線路板上，組成一塊高精度姿態(tài)解算模塊。姿態(tài)解算模塊的組成及與MCU的連接方式如圖2所示。把姿態(tài)解算模塊安裝固定到太陽能板的背光面(模塊安裝方式如圖4所示)。
[0022]系統(tǒng)除自動模式外還具有紅外通信的手動方式，在手動調(diào)節(jié)時，有粗調(diào)和微調(diào)，每次調(diào)節(jié)命令執(zhí)行后，系統(tǒng)語音播報太陽能板的方位角和垂直角，供操作人員參考。
[0023]圖5中Ul是基于ARM內(nèi)核的主控芯片STM32，可對加速度傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)進行高速處理，提高了采樣速率；同時還具有內(nèi)置的實時時鐘，便于判斷系統(tǒng)的啟動時間，減少不必要的能量損耗。U2是ULN2003達林頓管芯片，用以放大主控芯片輸出的電機控制信號來驅(qū)動繼電器控制水平和垂直電機轉(zhuǎn)動。U3為語音芯片WTH040，語音芯片通過接收MCU發(fā)出的指令，發(fā)出相應(yīng)的語音信號。U4是用于紅外通信的電路。U5是集成了 MPU6050和HMC5883芯片的姿態(tài)解算模塊，將其與太陽能電池板固定安裝，MCU通過I2C總線可以實時準確測量太陽能板的方位角和垂直角，確保太陽光與太陽能電池板始終保持最佳的入射角度，提高了光伏發(fā)電的效率。
[0024]本實用新型的電器引腳連接關(guān)系如下:M⑶的第19、20引腳分別與U2的引出引腳JDQl、JDQ2連接，分別用于控制垂直方向電機的上下轉(zhuǎn)動;MCU的第21、22引腳分別與U2的引出引腳JDQ3、JDQ4連接，分別用于控制水平方向電機的左右轉(zhuǎn)動;M⑶的第23、24、25引腳分別與U3的引出引腳WBUSY、WDATA、WRST連接，用于向語音芯片發(fā)出控制信號;MCU的第26引腳與U4的引出引腳RXD連接，用來接收遙控器指令;MCU的第27、28、29、30、31引腳分別與U5的引出引腳A-1NT、A-SCL、A-SDA、FSYNC、DRY連接，來進行姿態(tài)解算。
[0025]本實用新型的實現(xiàn)原理如下:MCU的第27、28、29、30、31引腳分別與U5的A-1NT、A-SCL、A-SDA、FCYNC、DRY引腳連接，通過I2C總線連接到主控制器STM32，通過數(shù)字接口就可以讀取傳感器的當前輸出值。1^通過第19、20、21、22其中某個引腳輸出^^通過1]2的放大來控制JDQ1、JDQ2、JDQ3、JDQ4四路繼電器的某個引腳來使太陽能電池板上、下、左、右調(diào)整，來達到最佳效果。MCU的第23、24、25引腳分別與U3的引出引腳WBUSY、WDATA、WRST連接，MCU的第26引腳與U4的引出引腳RXD連接，當操作人員通過遙控器發(fā)送指令改變太陽能電池板垂直或水平位置時，系統(tǒng)會自動發(fā)送語音播報信息，實時播放太陽能板方位角和垂直角度值，以便操作人員參考。
[0026]以上所述僅為本實用新型的示例性實施例，凡在本實用新型的范圍下進行的等同替換或改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.測量太陽能板傾角的雙軸太陽能智能自動跟蹤控制裝置，其特征在于，所述裝置包括電機、繼電器、紅外通信的電路、太陽能電池板、加速度傳感器、磁力計、三軸加速度計、三軸加速度計芯片、太陽能板;傳感器芯片焊接到線路板上，組成一塊高精度姿態(tài)解算模塊，姿態(tài)解算模塊安裝固定到太陽能板的背光面;電器連接MCU的第19、20引腳分別與U2的引出弓丨腳JDQ1、JDQ2連接;MCU的第21、22引腳分別與1]2的引出引腳見03、邛04連接;10]的第23、24、25引腳分別與U3的引出引腳WBUSY、WDATA、WRST連接;MCU的第26引腳與U4的引出引腳RXD連接;MCU的第27、28、29、30、31 引腳分別與U5的引出引腳A-1NT、A-SCL、A-SDA、FSYNC、DRY 連接;MCU 的第 27、28、29、30、31 引腳分別與 U5 的 A-1NT、A-SCL、A-SDA、FCYNC、DRY 引腳連接，并通過I2C總線連接到主控制器STM32，M⑶的第23、24、25引腳分別與U3的引出引腳WBUSY、WDATA、WRST連接，MCU的第26引腳與U4的引出引腳RXD連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量太陽能板傾角的雙軸太陽能智能自動跟蹤控制裝置，其特征在于，所述裝置具有紅外通信的手動裝置，具有內(nèi)置的實時時鐘。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量太陽能板傾角的雙軸太陽能智能自動跟蹤控制裝置，其特征在于，所述加速度計芯片線路板芯片應(yīng)X軸水平放置。
【文檔編號】G05D3/12GK205540299SQ201620214987
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】田衛(wèi)華
【申請人】沈陽工程學(xué)院