一种数字式逐日探测跟踪控制器的制作方法

本实用新型主要涉及新能源领域，更具体地说，涉及一种数字式逐日探测跟踪控制器。

背景技术：

随着社会经济的飞速发展，对能源的需求逐年增长，而地球上以石油和煤为主的矿物资源不仅污染环境而且日渐枯竭。积极发展新能源发电，节约和替代部分化石能源，有利于保障我国能源供应，促进能源结构的调整。可再生能源中的太阳能具有安全可靠，无污染和能源质量高等优点，利用太阳能也是未来社会趋势。人们对太阳光热和光电转换装置需求也会越来越大，在这一需求下，催生逐日控制系统。在能源日益紧缩的今天，太阳能越来越受到关注。太阳能自动逐日是其中一种高效的能源利用方式，而其关键技术是探测器。而以数字信号形式输出的探测器则更加缺乏，目前，逐日系统使用探测器配合调节机构的更少，大多采用定时调节的方式实现跟踪，精确度较低。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种数字式逐日探测跟踪控制器，以光电池为传感器，检测设备受光平面的法线与太阳光线的偏角，并以此为控制目标控制步进电机，使偏角趋近于零，从而实现逐日功能，提高太阳能的转换效率。

为解决上述技术问题，本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器包括方向感应模块、分机处理器、主机处理器、电源模块、驱动控制电路、上旋转电机、下旋转电机、左旋转电机、右旋转电机，以光电池为传感器，检测设备受光平面的法线与太阳光线的偏角，并以此为控制目标控制步进电机，使偏角趋近于零，从而实现逐日功能，提高太阳能的转换效率。

其中，所述方向感应模块的输出端连接着分机处理器的输入端；所述主机处理器的输出端连接着驱动控制电路的输入端；所述驱动控制电路的输出端连接着上旋转电机的输入端；所述驱动控制电路的输出端连接着下旋转电机的输入端；所述驱动控制电路的输出端连接着左旋转电机的输入端；所述驱动控制电路的输出端连接着右旋转电机的输入端；所述分机处理器连接着主机处理器；所述电源模块的输出端连接着主机处理器的输入端。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器所述分机处理器、主机处理器均采用STC12C5A60S2CPU单片机。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器述方向感应模块包括光电池和差动放大电路。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器所述驱动控制电路采用UCN5804芯片。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器所述电源模块采用TL431元件。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器所述上旋转电机、下旋转电机、左旋转电机、右旋转电机均采用四相步进电机。

控制效果：本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器，以光电池为传感器，检测设备受光平面的法线与太阳光线的偏角，并以此为控制目标控制步进电机，使偏角趋近于零，从而实现逐日功能，提高太阳能的转换效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器的硬件结构图。

图2为本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器的主机处理器的电路图。

图3为本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器的方向感应模块的电路图。

图4为本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器的方向感应模块的电路图。

图5为本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器的驱动控制电路、上旋转电机、下旋转电机、左旋转电机、右旋转电机的电路图。

图6为本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器的分机处理器的电路图。

图7为本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器的电源模块的电路图.

具体实施方式

具体实施方式一：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，本实施方式所述一种数字式逐日探测跟踪控制器包括方向感应模块、分机处理器、主机处理器、电源模块、驱动控制电路、上旋转电机、下旋转电机、左旋转电机、右旋转电机，以光电池为传感器，检测设备受光平面的法线与太阳光线的偏角，并以此为控制目标控制步进电机，使偏角趋近于零，从而实现逐日功能，提高太阳能的转换效率。

其中，所述方向感应模块的输出端连接着分机处理器的输入端，方向感应模块包括光电池和差动放大电路，当太阳光与两感光电池所构成的夹角所指方向出现偏离时，两只光电池所接受的光照强度不同即发出的电流大小不同，从而产生了差动信号，此差动的电流信号流经电阻转换成可分辨的电压信号以便后级电路采样，产生的差动信号传送至分机处理器进行处理，方向感应模块与分机处理器通过DATA引脚相连接。

所述主机处理器的输出端连接着驱动控制电路的输入端，主机处理器将接收到分机处理器的电压信号，根据电压差值的大小及正负判断太阳能光电板与太阳光的夹角，输出信号到驱动控制电路，控制电机运转，使夹角趋近于九十度，提高太阳能的转换效率，主机处理器的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7引脚与驱动控制电路的A、B、C、D端相连接。

所述驱动控制电路的输出端连接着上旋转电机的输入端，驱动控制电路的输出端连接着下旋转电机的输入端，驱动控制电路的输出端连接着左旋转电机的输入端，驱动控制电路的输出端连接着右旋转电机的输入端，四相步进电机的驱动电路的A、B、C、D分别接到主机处理器P1口的P1.4～P1.7。通过驱动控制电路输出一组脉冲序列，控制步进电机的转速、方向和步距。在步进电机的驱动线路中，主机处理器发出的控制信号经U1放大，传到复合三极管前一级的基极。若主机处理器送出的数据为1，通过非门后，前级三极管Q1、Q3、Q5、Q7作为开关三极管不导通，Q2、Q4、Q6、Q8也处于截止状态，电机内线圈不得电；若主机处理器送出数据为0，则前级三极管Q1、Q3、Q5、Q7基极有了驱动电流，12V电压经电机线圈、限流电阻和三极管形成通路。在电路图中的A、B、C、D分别代表电机内部的4个线圈，在驱动线中的R2、R6、R10、R17作为限流电阻来限制线圈中的电流值。在电阻和线圈两侧有并联的单向二极管，当CPU信号由0跳变为1时，三极管截止，电机的线圈会产生很大的感应电动势，这时线圈、限流电阻和单向二极管形成回路，保护三极管不被线圈的瞬时感应电动势烧坏。二极管D1、D2、D3、D5也称续流二极管，在选择时要考虑到步进电机线圈电流。R4、R8、R13、R19和D1、D2、D3、D5组成一条支路，在对应的线圈突然不通电时能够和线圈构成一组循环回路。该电阻的作用是分担支路中的电压，保护二极管。在每个驱动用的门电路输出端接有一个LED，作为脉冲信号的输入指示。主机处理器送入的数据为1时，LED被导通发光；主机处理器送入的数据为0时，LED无法导通，不发光。R3、R7、R11、R18为限流电阻，使三极管基极的流入电流不至于过大而烧毁。

所述分机处理器连接着主机处理器，分机的CPU将接收的电压信号进行处理，然后通过2条数据线传送给主机CPU，主机与分机连接的另2条线为电源线，此时主机CPU将接收的信号进行进一步处理，最后，将处理后的结果输出数字信号，驱动步进电机的旋转，以此来达到整个系统逐日的效果，分机处理器与主机处理器通过DATA1、DATA2引脚进行数据传输，通过VCC、GND引脚进行供电。

所述电源模块的输出端连接着主机处理器的输入端，为了得到2.5V基准电压，采用TL431元件。TL431芯片具有良好的热稳定性，能提供精准的基准电压，且电压适用范围宽达2.5V-36V，电压误差为±0.4％，负载电流能力的范围是1.0mA-100mA，具有低输出噪声电压的特点。在数字式逐日探测跟踪控制器中通过串联一个300Ω上拉电阻，并在结点后并联一个106的去耦电容，能较为稳定的输出2.5V参考电压。

具体实施方式二：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，所述分机处理器、主机处理器均采用STC12C5A60S2CPU单片机。STC12C5A60S2单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10为A/D转换(250K/S，即25万次/秒)，针对电机控制，强干扰场合，STC12C5A60S2单片机自带8路A/D入口，所以不需要外加AD转换装置。

具体实施方式三：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，所述方向感应模块包括光电池和差动放大电路。光电池选用2DU10型号的光电池，由于在实验室分别对符合外形要求的10×10mm的2DU10和6×6mm的2DU6两种型号光电池进行多次试验时发现，6×6mm感光电池工作时发出的电流较小，无法满足工作要求，而10×10mm感光电池工作时会产生较大电流，满足设计需求，所以设计时选用了2DU10型号的光电池。差动放大电路采用TL082芯片。TL082是一通用的J-FET双运算放大器。其特点有：较低的输入偏置电压和偏移电流，输出设有短路保护，输入级具有较高的输入阻抗，内建频率补偿电路，较高的压摆率。最大工作电压：Vccmax＝±18V。

具体实施方式四：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，所述驱动控制电路采用UCN5804芯片。UCN5804芯片是一块集成步进电机驱动芯片，它的输出引脚可以接到步进电机的输入端，直接驱动步进电机工作。在信号输出端接一反向二极管后连接到步进电机上，芯片可以承受最大1.5A的反向电流以及最大35V的电压。

具体实施方式五：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，所述电源模块采用TL431元件。TL431芯片具有良好的热稳定性，能提供精准的基准电压，且电压适用范围宽达2.5V-36V，电压误差为±0.4％，负载电流能力的范围是1.0mA-100mA，具有低输出噪声电压的特点。

具体实施方式六：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，所述上旋转电机、下旋转电机、左旋转电机、右旋转电机均采用四相步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器的工作原理为：本实用新型一种数字式逐日探测跟踪控制器通过方向感应模块检测太阳能光电板的法线与太阳光的夹角，通过水平和竖直方向的光电池检测偏角，输出差动信号，经过放大模块输出电压信号到分机处理器，分机处理器将接收到的电压信号进行处理，传送至主机处理器，主机处理器接收到信号，根据电压信号的大小及正负，输出信号到驱动控制电路，驱动控制电路输出控制信号控制上旋转电机、下旋转电机、左旋转电机、右旋转电机运转，使太阳能光电板的法线与太阳光的偏角为零，使太阳能转换的效率最高。数字式逐日探测跟踪控制器采用分体结构，即检测部分与控制部分各自独立，通过电源和通讯线连接探测器与跟踪控制器，方便安装调试。

虽然本实用新型已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。