专利名称：太阳跟踪仪装置及二维太阳跟踪仪步进电机控制接口的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机电控制技术领域。特别是一种太阳跟踪仪装置及二维太阳跟踪仪步进电机控制接口。
背景技术：
目前国内在一般气象辐射观测中，直接日射测量的一个难点是跟踪太阳不准，器具大多采用赤道架式的一维同步跟踪仪，由时钟电机驱动机械装置跟踪，其主要的弊病是做不到全自动，每天还需人工调整太阳倾角，遇到阴天或多云天气，调整跟踪困难，观测效果往往达不到要求。目前，国外产品有微机控制的二维跟踪仪可满足准确跟踪的要求，但其产品都是配专用控制微机，专用驱动电路，且控制微机至跟踪仪的控制线距离短，一般气象观测场至观测室的距离都较远，不能随意安装使用，产品价格过于昂贵。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种太阳跟踪仪装置及二维太阳跟踪仪步进电机控制接口。
解决太阳直接辐射观测跟踪器的难点问题，实现长距离控制，实现水平、俯仰两维同步跟踪太阳，设计程序以地球对太阳的运行轨迹计算观测点控制数据，驱动步进电机控制太阳跟踪仪，准确度得到保证，可全天候自动连续工作。设计通用的、经济的计算机与步进电机驱动器的接口，简单实用，便于推广。
发明技术方案采用商品化步进电机驱动器，研制计算机控制信号输出接口和与步进电机驱动器控制信号接收接口。采用标准件组合，模块化设计，信号输出接口至信号接收接口实现远距离连接，产品便于维修更换，操作简单。
研制的跟踪仪控制接口和软件只要有286以上计算机一台，配以接口板和软件即可控制步进电机按要求工作。
一种太阳跟踪仪装置，包括计算机控制软件接口(10)，打印口控制信号输出接口(1)，控制信号接收接口(2)，X、Y方向控制光电开关(3)以及太阳跟踪仪(12)；计算机控制软件接口(10)通过打印口连接于控制信号输出接口(1)，经过网线连接到控制信号接收接口(2)，控制信号接收接口(2)的输出连接到太阳跟踪仪(12)，太阳跟踪仪(12)连接到X、Y方向控制光电开关(3)，X、Y方向控制光电开关(3)连接到控制信号接收接口(2)。
太阳跟踪仪步进电机驱动器控制信号接收接口，提供驱动器需要的驱动脉冲和方向控制电平。
信号控制设计，计算机打印口D0，D1，D2，D3按照十六进制编码，可以实现高低电平的变化，改变一次高低电平可作一个步进脉冲信号，用循环语句的次数实现步进电机的驱动步数，同时用D0作步进脉冲信号，D1作电机选择信号，D2作复位、移出原位信号，D3作方向控制信号。依旧计算机主频率不同，调整循环语句的延时时间，可调整脉宽时间，满足步进电机对脉宽时间的要求，因为步进电机要求脉宽时间5微秒以上。
举例在本机中控制程序水平正转50步FOR J＝1 TO 50OUT(&H378)，&H1AFOR JJ＝1 TO 100NEXT JJOUT(&H378)，&H1BFOR JJ＝1 TO 100NEXT JJNEXT JOUT(&H378)，&H1B水平反转300步FOR J＝1 TO 300OUT(&H378)，&H12FOR II＝1 TO 100NEXT IIOUT(&H378)，&H13FOR II＝1 TO 100NEXT IINEXT J
图1是本实用新型的太阳跟踪仪装置组成框图。
图2是太阳跟踪仪实物图。
图3是本实用新型的二维太阳跟踪仪步进电机控制接口电路方框图。
图4是图3中步进电机驱动电路输出端口电路图。
图5是图3中步进电机驱动电路接收端口电路图。
图6是图3中复位信号控制电路图。
具体实施方式
图1太阳跟踪仪装置中，包括计算机控制软件，打印口，控制信号输出接口(信号发送部分)1，控制信号接收接口(信号接收部分)2，X、Y方向控制光电开关3以及太阳跟踪仪。工作过程是计算机控制软件控制信号通过打印口传送到控制信号输出接口1，控制信号输出接口1通过网线，例如400米网线，传送到控制信号接收接口2，控制信号接收接口2通过逻辑电路控制电子开关和利用复位信号3，选择太阳跟踪仪X、Y转动方向转动，达到控制太阳跟踪仪。
图2是太阳跟踪仪实物图，外型双臂侧面U型遮光球随动杆，不锈钢圆球遮光。
图3中，二维太阳跟踪仪步进电机控制接口由信号发送部分1和信号接收部分2以及传输线阻成。信号发送部分1包括计算机打印口经光隔离，信号功率提升4，长距离驱动电路接口5，9针接插件6。信号接收部分2包括9针接插件7，长距离传输接口电路8，信号逻辑控制电路9，驱动俯仰转动电机插口3，驱动水平转动电机插口4，俯仰方向复位信号插口1，水平方向复位信号插口2，光电开关电路板(3、3)。工作过程是发送部分1的计算机打印口的信号依次同步传送给光隔离，信号功率提升4，长距离驱动电路接口5，9针接插件6再通过传输线，例如可达1000米长的传输线传送到信号接收部分2，再依次传送给9针接插件7，长距离传输接口电路8，信号逻辑控电路制电路9，俯仰方向复位信号插口3，水平方向复位信号插口4，光电开关电路板3、3。
图4的步进电机驱动电路输出端口电路，其中Z1是计算机打印口，信号光隔离和功率提升4，由光电隔离器件U05、U06、U07、U08和反向器U13C、U13D、U13E、U13F串联组成，光电隔离器件的输出信号由反向器放大。光电隔离器件的型号是4N32，反向器是4069。长距离驱动电路接口8由驱动器U14A、U14B、U14C、U14D组成，型号是MC3487。Z2是9针接插件，驱动信号经9针接插件输出。
图5的步进电机驱动电路接收端口电路，Z3是9针接插件，，信号接收部分2中，长距离传输接口电路8由接收放大器U39A、U39B、U39C、U39D组成，U39C串联有转换放大器U42A和U42B，U39D串联有转换放大器U40A，放大器U39A、U39B、U39C、U39D型号是MC3486，转换放大器U42A、U42B型号是7407，转换放大器U40A型号是CD4069，9针接插件的输入信号分别经过上述输出转换放大器放大。信号逻辑控电路制电路9由异或门、反向器、可控开关组成，放大器U39B连接到异或门U41A和U41D再分别连接到反向器U40E和U40B，反向器U39D一路经放大器U40A连接到可控开关U30A，可控开关U30A与可控开关U30B串联，另一路连接到可控开关U30C，可控开关U30C与可控开关U30D串联，放大器U39A分别连接到可控开关U30A和可控开关U30C，其中，U30A和U30B串联输出到放大器U42E，U30C和U30D串联输出到放大器U42F。放大器U42A和放大器U42E的输出连接到俯仰步进电机驱动器插控口输出，放大器U42B和和U42F的输出连接到水平步进电机驱动器插控口输出，光电开关电路板(3、3)的复位信号分别连接到异或门U41A和U41D。
异或门U41A和U41D型号是CD4070，反向器U40E和U40B型号是4069，可控开关U30A、U30B、U30C、U30D型号是CD4066，放大器U42E、U42F型号是7407。
图6的复位信号控制电路，光电开关电路板3、3由光电开关器件U52和U56组成，其型号为GW102。光电开关器件分别对应水平转动定位档板和俯仰转动定位档板安装。
跟踪仪水平转动和俯仰转动是通过步进电机带动减速蜗轮付实现的，蜗杆和蜗轮齿有啮合间隙，并且随着使用磨损间隙会加大，采用定位档板进入与离开光电开关产生的高、低变化电平，结合软件发出的指令，在正常跟踪开始前消除齿轮间隙。工作情况以水平驱动说明如下跟踪仪复位时水平反转，此时软件命令D2口给高电平，复位信号低电平，异或门U41D输出高，经U40B反相，选通U30D，驱动脉冲通过，步进电机转动。当档板进入光电开关，复位信号由低电平变高电平，异或门U41D电平变低，经U40B反相，关断U30D电子开关，跟踪仪停止转动，复位完成，此时间隙在反向运动的一边，既需要正常转动跟踪太阳的一方，因此在开始跟踪前，复位信号是高电平，软件命令D2口为低，使电子开关U30D选通，跟踪仪正转，当档板刚刚离开光电开关，复位信号电平变低，异或门U41D输出状态改变，电子开关U30D关断，跟踪仪停在起点位置准备正常跟踪，间隙已经消除。在软件计算出跟踪步数后，命令D2口为高电平，选通电子开关U30D，驱动脉冲送达步进电机驱动器。(注意D0，D1，D2，D3信号是平行发出的，此处省略其它说明)。
太阳跟踪仪用于对太阳直接辐射和分光辐射的观测研究，二维太阳跟踪仪实现了准确的自动、连续跟踪太阳进行观测的要求，二维太阳跟踪仪步进电机控制接口，实现了由普通计算机，通用软件即可控制二维太阳跟踪仪准确跟踪太阳的目的，接口的直接作用是控制2台步进电机进行正、反方向的运动，适用于其它用于相类似的场合。
本实用新型的优点和效果跟踪仪观测太阳辐射准确度得到保证，可全天候自动连续工作。所设计的通用、经济的计算机与步进电机驱动器的接口，简单实用，采用的是标准件组合，便于维修更换，操作简单。实现远距离控制，便于推广使用。
与软件结合使用可使太阳跟踪仪连续自行运转，不必每天开关计算机，如遇中途停电，在电源接通后仪器自动补偿停机时间造成的跟踪丢步，恢复准确跟踪，还可随时令跟踪仪复位，复位由光电开关控制，定位准确。
实施例实现长距离控制观测。安装于320米气象观测铁塔上，用于城市污染成分变化机理和污染物在边界层梯度变化与太阳辐射的作用关系研究。
权利要求1.一种太阳跟踪仪装置，其特征在于，包括计算机控制软件接口(10)，打印口控制信号输出接口(1)，控制信号接收接口(2)，X、Y方向控制光电开关(3)以及太阳跟踪仪(12)；计算机控制软件接口(10)通过打印口连接于控制信号输出接口(1)，经过网线连接到控制信号接收接口(2)，控制信号接收接口(2)的输出连接到太阳跟踪仪(12)，太阳跟踪仪(12)连接到X、Y方向控制光电开关(3)，X、Y方向控制光电开关(3)连接到控制信号接收接口(2)。
2.根据权利要求1的太阳跟踪仪装置，其特征在于，太阳跟踪仪中包含有二维太阳跟踪仪步进电机控制接口，其中，信号发送部分(1)包括计算机打印口信号光隔离器和信号功率提升(4)，长距离驱动电路接口(5)，9针接插件(6)；信号接收部分(2)包括9针接插件(7)，长距离传输接口电路(8)，信号逻辑控制电路(9)，光电开关电路板(3，3)；发送部分(1)的计算机打印口输出的信号同步传送给光隔离器并将信号功率提升(4)，长距离驱动电路接口(5)，9针接插件(6)再通过传输线，传送到信号接收部分(2)，信号经9针接插件(7)，长距离传输接口电路(8)，信号逻辑控制电路(9)和俯仰方向复位信号插口1，水平方向复位信号插口2连接的光电开关电路板(3、3)。
3.根据权利要求1或2的太阳跟踪仪装置，其特征在于，信号发送部分(1)中，光隔离器，信号功率提升(4)由光电隔离器件U05、U06、U07、U08和反向器U13C、U13D、U13E、U13F分别串联组成，光电隔离器件的输出信号由反向器放大。
4.根据权利要求3的太阳跟踪仪装置，其特征在于，光电隔离器件U05、U06、U07、U08的型号是4N32，反向器U13C、U13D、U13E、U13F型号是4069。
5.根据权利要求1或2的太阳跟踪仪装置，其特征在于，长距离驱动电路接口(8)由驱动器U14A、U14B、U14C、U14D组成，驱动信号经9针接插件(9)输出。
6.根据权利要求5的太阳跟踪仪装置，其特征在于，驱动器U14A、U14B、U14C、U14D型号是MC3487。
7.根据权利要求1或2的太阳跟踪仪装置，其特征在于，信号接收部分(2)中，长距离传输接口电路(8)由接收放大器U39A、U39B、U39C、U39D组成，U39C串联有转换放大器U42A和U42B，U39D串联有转换放大器U40A，9针接插件的输出信号分别经过上述输出转换器提升信号驱动输出。
8.根据权利要求7的太阳跟踪仪装置，其特征在于，放大器U39A、U39B、U39C、U39D型号是MC3486，转换放大器U42A、U42B型号是7407，转换放大器U40A型号是CD4069。
9.根据权利要求1或2的太阳跟踪仪装置，其特征在于，信号逻辑控电路制电路(9)由异或门、反向器、可控开关组成，放大器U39B连接到异或门U41A和U41D再分别连接到反向器U40E和U40B，反向器U39D一路经放大器U40A连接到可控开关U30A，可控开关U30A与可控开关U30B串联，另一路连接到可控开关U30C，可控开关U30C与可控开关U30D串联，放大器U39A分别连接到可控开关U30A和可控开关U30C，其中，U30A和U30B串联输出到放大器U42E，U30C和U30D串联输出到放大器U42F。
10.根据权利要求9的太阳跟踪仪装置，其特征在于，异或门U41A和U41D型号是CD4070，反向器U40E和U40B型号是4069，可控开关U30A、U30B、U30C、U30D型号是CD4066，放大器U42E、U42F型号是7407。
11.根据权利要求8的太阳跟踪仪装置，其特征在于，放大器U42A和放大器U42E的输出连接到俯仰步进电机驱动器插控口输出，放大器U42B和和U42F的输出连接到水平步进电机驱动器插控口输出，光电开关电路板(3、3)的复位信号分别连接到异或门U41A和U41D。
12.根据权利要求1或2的太阳跟踪仪装置，其特征在于，光电开关电路板(3、3)由光电开关器件U52和U56组成，其型号为GW102，在光电开关器件中组合应用水平转动定位档板和俯仰转动定位档板。
专利摘要本实用新型涉及太阳跟踪仪装置及二维太阳跟踪仪步进电机控制接口。装置包括控制信号输出接口，控制信号接收接口，X、Y方向控制光电开关以及太阳跟踪仪；二维太阳跟踪仪步进电机控制接口包括信号发送部分光隔离计算机打印口信号和功率提升，长距离驱动电路接口，9针接插件；信号接收部分长距离传输接口，信号逻辑控制电路，水平方向和俯仰方向光电开关电路板。太阳跟踪仪用于对太阳直接辐射和分光辐射的观测，二维太阳跟踪仪能准确的自动、连续跟踪太阳进行观测的要求，其步进电机控制接口，实现由普通计算机，控制二维太阳跟踪仪准确跟踪太阳的目的，接口直接作用是控制2台步进电机进行正、反方向的运动，适用于其它类似的场合。
文档编号F24J2/38GK2788094SQ20042000646
公开日2006年6月14日 申请日期2004年3月31日 优先权日2004年3月31日
发明者刘广仁, 王跃思, 王炳忠, 张文 申请人:中国科学院大气物理研究所