一种太阳能光伏板方位控制电路的制作方法

本实用新型涉及一种太阳能光伏板方位控制电路。

背景技术：

太阳能光伏板方位控制电路是一种能结合太阳光强度而自动闭环调压并实现跟随的系统，用以保证太阳能光伏板能最大限度的接受太阳光辐射。电路拓扑结构与性能在满足自动化的同时，并能在对环境亮度采集的同时做出实时的反馈。太阳能发电产业是现今炽手可热的新兴产业，属于清洁产业，其环境污染小，符合可持续发展战略。

该产业的不断发展，伴随而来的是一系列问题。现有技术中，太阳能光伏板发电效率不高、成本过大等问题一直是阻碍该产业发展的因素。在实际应用中，大部分的光伏发电站的设立，都会将光伏板固定朝向与角度，以至于不能充分利用太阳光，最终导致发电量不足。对于市面上已存在的可控方位的感光系统，功能不完善，并且维护成本高，难以实现全闭环的要求。对于设备内部的自动调压装置，大多采用晶闸管作为功率器件，通过控制导通角的方式来调节交流电压的有效值，而且晶闸管导通瞬间会有脉冲干扰，对周围用电设备与维护人员产生安全隐患。此外，晶闸管是半控型电力电子器件，只能控制开通，无法控制关断，特别是出现短路或过流时，无法通过控制门极进行保护，只能通过快速熔断器等器件来进行保护，有较大局限性。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺陷，本实用新型提供了一种太阳能光伏板方位控制电路，整个控制电路结构清晰、电路工作安全可靠、具有自动闭环调压功能，满足于智能跟随系统的需求，并可适用于其他自调压场合。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种太阳能光伏板方位控制电路，包括电源管理电路、感光采样电路、单片机控制电路和功率主电路，太阳能光伏板通过支撑柱安装在旋转台上，舵机的输出端与旋转台连接，所述太阳能光伏板的四个角上分别设有感光器件，所述感光器件上设有感光采样电路，所述单片机控制电路通过舵机驱动电路与舵机连接；

所述电源管理电路为感光采样电路、单片机控制电路提供5v直流工作电压；感光采样电路采用多级放大电路，通过滑动变阻器设定基准电压值，光线强度的变化引起平衡电桥失衡而产生的电压通过多级放大电路传至单片机；单片机控制电路对感光采样电路输出的采样信号进行采集，采集电压偏差信号从而获取此时太阳光强度信息，调整pwm信号占空比大小，向功率主电路输出pwm信号；功率主电路包括tlp250光耦隔离电路、mos管和第二整流桥，整流桥的输入端输入220v、50hz的交流电，tlp250光耦隔离电路包括tlp250芯片和lm358功率放大电路，将连接单片机的小功率部分与高压部分隔离开；pwm信号经tlp250光耦隔离电路的tlp250芯片和lm358功率放大电路传入最后一级的功率主电路上的mos管，整个电路通过控制mos管导通状态，可自启动功率主电路并改变功率主电路的输出pwm波占空比，从而调节舵机的旋转方向，进而控制太阳能光伏板的朝向角度。

进一步，所述电源管理电路包括第一整流电桥、lm7805三端稳压集成芯片和稳压电容c2、c3，其中lm7805三端稳压集成芯片位于滤波电容c1和稳压电容c2之间，与输出端相连的是限流电阻与电源指示灯，该电路输出端口与单片机电源端以及感光采样电路电源端直接相连。

再进一步，所述感光采样电路包括平衡电桥和两级放大电路，所述平衡电桥由三个电阻、滑动变阻器w1以及光敏电阻rs构成，第一级放大电路中lm358芯片输入端分别通过限流电阻接到平衡电桥两端，当忽略光敏电阻rs的变化时，输入端默认电压为零；电阻r7、r8构成第一级比例放大部分并接入下一级的输入端，第二级放大电路中lm358芯片的输入端一端接电阻r8，一端通过限流电阻r9接地，电阻r10、r11构成最后一级放大电路；当光敏电阻由光强的变化而发生变化时，平衡电桥从平衡状态变为非平衡状态，输出一个偏差电压ud，该电压通过两级放大电路传入单片机adcin端口。

再进一步，所述功率主电路包括lm358功率放大电路、tlp250芯片、mos管q1、第二整流桥、电阻、电容，所述滑动变阻器w2一端接地，另一端接lm358功率放大电路的输出端；电阻r14一端接地，另一端与滑动变阻器w2并联接至lm358功率放大电路的输出端；lm358芯片2脚直接接地，3脚接单片机的adc输出管脚，8脚接-5v，4脚接5v，1脚输出将放大的pwm信号输入tlp250芯片的2脚；tlp250芯片的3、5脚直接接地，8脚接5v电压，6脚接mos管q1的栅极从而通过给定pwm信号控制功率管的通断实现调压效果；电容c5、c6均为一端接地，另外一端接至tlp250芯片的8脚；在二极管d3两端并联负载电阻r15、r16，mos管q1的导通状态可以控制负载两端的电压在220v左右连续可调，在光线较弱或者无光线条件下可自动关断，当光线满足设定光强范围时实现自启动。

再进一步，所述单片机控制电路包括单片机、晶振y1、电阻、电容，其中，单片机采用5v供电；电阻r12一端接单片机的xtal2脚，另一端接至单片机的xtal1脚；晶振y1并联于电阻r12两端；电容c2、c3一端直接接地，另一端分别接于晶振y1的两端；电阻r13一端直接接地，另一端接至单片机的reset脚；电容c4一端接至5v电源，另一端接至单片机的reset脚；开关s1并联于电容c4的两端用于控制单片机的复位动作；单片机的pc4脚用于adc输出功能，接至功率主电路的lm358功率放大模块的3脚，单片机的pc1脚用于adc输入功能，接至感光采样电路的电阻r11的一端，用于对电路传回来的信号进行ad采样从而改变输出pwm波的占空比，进而控制功率管的通断来实现系统的自启动；单片机的pc0脚用于舵机的pwm输出，并根据光线的强度调整太阳能光伏板的方位。

再进一步，所述舵机驱动电路包括tlp250芯片、电阻、电容，其中，tlp250芯片的2脚接单片机pwm波输出的pc0端口，3脚、5脚直接接地，8脚接5v电压，此电路部分通过10k限流电阻r19直接供给舵机信号端口，并能最终控制舵机的转向。

更进一步，所述单片机的型号为arduinounor3。

本实用新型的有益效果主要表现在：采用全控器件mos管进行控制，可以实现交流自主调压功能，功率因数高、功耗低，具备从控制端进行过流保护的功能；tlp250光耦隔离电路将整个电路分为高压、低压电路两部分，安全可靠；单片机控制电路通过感光采样电路的偏差电压来调整pwm信号占空比的大小，在保护电路安全运行的同时实现闭环调压；pwm信号通过放大电路控制moc管的导通状态，通过第二整流桥实现闭环调压的效果并控制舵机的转向与自启动；整个控制电路结构清晰、电路工作安全可靠、具有自动闭环调压功能，满足于智能跟随系统的需求，并可适用于其他自调压场合。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型闭环调压系统的电路图。

图3是电源管理电路的电路图。

图4是感光采样电路的电路图。

图5是单片机控制电路的电路图。

图6是功率主电路的电路图。

图7是太阳能光伏板方位控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1～图7，一种太阳能光伏板方位控制电路，包括电源管理电路、感光采样电路、单片机控制电路、功率主电路，所述单片机控制电路通过舵机驱动电路与舵机连接；电源管理电路包括第一整流桥、负载以及三端稳压集成芯片，该电源管理电路为感光采样电路、单片机控制电路提供5v直流工作电压；感光采样电路采用多级放大电路，通过滑动变阻器设定基准电压值，光线强度的变化引起电桥失衡而产生的电压通过多级放大电路传至单片机；单片机控制电路对感光采样电路输出的采样信号进行采集，采集电压偏差信号从而获取此时太阳光强度信息，调整pwm信号占空比大小，向功率主电路输出pwm信号；功率主电路包括tlp250光耦隔离电路、mos管和第二整流桥，整流桥的输入端输入220v、50hz的交流电，tlp250光耦隔离电路包括tlp芯片和lm358功率放大电路，将连接单片机的小功率部分与高压部分隔离开，保证设备安全，整个电路通过控制mos管导通状态，可自启动功率主电路并改变功率主电路的输出pwm波占空比，从而调节舵机的旋转方向。

如图2所示，由单片机控制电路、功率主电路、舵机驱动电路组成的闭环调压系统的电路图。所述舵机驱动电路包括tlp250芯片、电阻、电容，其中，tlp250芯片的2脚接单片机pwm波输出的pc0端口，3脚、5脚直接接地，8脚接5v电压，此电路部分通过10k限流电阻r19直接供给舵机信号端口，并能最终控制舵机的转向。

如图3所示，所述电源管理电路包括第一整流桥、lm7805三端稳压集成芯片、稳压电容c2、c3，其中稳压集成芯片位于滤波电容c1和稳压电容c2之间。与输出端相连的是限流电阻r1与电源指示灯d5。输出端输出220v、50hz的交流电经整流和稳压过后的5v直流电，提供给单片机和感光采样电路稳定的工作电压，该电路输出端口与单片机电源端以及感光采样电路电源端直接相连。

如图4所示，所述感光采样电路包括平衡电桥、lm358功放电路、光敏电阻rs、接地电容c1和二极管d1、d2、dw1。其中平衡电桥由电阻r1、r2、r3，滑动变阻器w1以及光敏电阻rs构成，可人为调整滑动变阻器w1的初始值设置电桥平衡点。第一级放大电路中lm358芯片输入端分别通过限流电阻r4、r5接到平衡电桥两端，当忽略光敏电阻rs的变化时，输入端默认电压为零。电阻r7、r8构成第一级比例放大部分并接入下一级的输入端。第二级放大电路中lm358芯片的输入端一端接电阻r8，一端通过限流电阻r9接地。电阻r10、r11构成最后一级电路。当光敏电阻rs由光强的变化而发生变化时，平衡电桥从平衡状态变为非平衡状态，输出一个偏差电压ud，该电压通过两级放大电路传入单片机adcin端口。

如图5所示，所述单片机控制电路包括单片机、晶振y1、电阻、电容。其中，单片机的型号为arduinounor3，采用5v供电；电阻r12一端接单片机的xtal2脚，另一端接至单片机的xtal1脚；晶振y1并联于电阻r12两端；电容c2、c3一端直接接地，另一端分别接于晶振y1的两端；电阻r13一端直接接地，另一端接至单片机的reset脚；电容c4一端接至5v电源，另一端接至单片机的reset脚；开关s1并联于电容c4的两端用于控制单片机的复位动作；单片机的pc4脚用于adc输出功能，接至功率主电路的lm358功率放大模块的3脚，单片机的pc1脚用于adc输入功能，接至感光采样电路的电阻r11的一端，用于对电路传回来的信号进行ad采样从而改变输出pwm波的占空比，进而控制功率管的通断来实现系统的自启动；单片机的pc0脚用于舵机的pwm输出，并根据光线的强度调整太阳能光伏板的方位。

如图6所示，所述功率主电路包括lm358功率放大电路、tlp250光耦隔离电路、mos管q1、第二整流桥d4、电阻、电容。所述滑动变阻器w2一端接地，另一端接lm358功率放大电路的输出端；电阻r14一端接地，另一端与滑动变阻器w2并联接至lm358功率放大电路的输出端；lm358芯片2脚直接接地，3脚接单片机的adc输出管脚，8脚接-5v，4脚接5v，1脚输出将放大的pwm信号输入tlp250芯片的2脚；tlp250芯片的3、5脚直接接地，8脚接5v电压，6脚接mos管q1的栅极从而通过给定pwm信号控制功率管的通断实现调压效果，安全可靠；电容c5、c6均为一端接地，另外一端接至tlp250芯片的8脚；电阻r17并联于二极管d3的两端，二级管d3具有单项导电性，可以起到防反接和续流的作用，保证核心器件mos管q1的稳定与安全。电阻r18两端分别mos管q1的源极与第二整流桥d4连接，二极管d3的一端与mos管q1的漏极连接，可在二极管d3两端并联负载电阻r15、r16，电阻r16一端与电阻r15连接，另一端与第二整流桥d4连接，电阻r16、r15中间为输出端，即接用电设备一端；mos管q1的导通状态可以控制负载两端的电压在220v左右连续可调，在光线较弱或者无光线条件下可自动关断，当光线满足设定光强范围时实现自启动。

如图7所示，太阳能光伏板方位控制装置包括感光器件1、太阳能光伏板2、支撑柱3、旋转台4和舵机5。其中，所述太阳能光伏板2四个角上都设置有感光器件1，感光器件1用以传导光强变化并感知太阳方位；感光器件1传入的光线信息和单片机传入的pwm信号控制舵机5工作；所述舵机5与旋转台4相连，并共同带动支撑柱3与太阳能光伏板2的方位角。太阳能光伏板2通过支撑柱3安装在旋转台4上，舵机5的输出端与旋转台4连接，所述感光器件1上设有感光采样电路。舵机5驱动旋转台4转动，旋转台4带动支撑柱3上的太阳能光伏板2一起转动。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”以相同器件出现的前后次序标定，按电流流经的前后顺序从小到大标号，默认整体电路电流流向为输入端到控制端再到输出端。此外，术语“接地”指的是基准参考电位，而不是字面意思的电流流向大地。

本实用新型的工作过程为：由感光采样电路产生的电压偏差传入单片机，经单片机处理后输出占空比可调的pwm波，信号经tlp250光耦隔离电路的tlp250芯片和lm358功率放大电路传入最后一级的功率主电路上的mos管，由于mos管通断的频率不同，从而对整流桥整流后的直流电压有效值进行调整，流过负载的交流电压有效值也就随之变化，从而实现了对交流电压的调整。通过整流桥输出电压范围在220v可调，频率为50hz的交流电压，从而可控制太阳能光伏板的朝向角度。该系统，结构严谨、闭环输出可靠、自动化程度高，具有现实意义。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例做了详尽的描述。对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，可允许做出各种修改和变化但不背离本实用新型电路的精神和范围。