测量太阳能板倾角的双轴太阳能智能自动跟踪控制装置的制造方法
【专利摘要】测量太阳能板倾角的双轴太阳能智能自动跟踪控制装置，涉及太阳能跟踪控制装置，测量太阳能板倾角的双轴太阳能智能自动跟踪控制装置，其特征在于，所述装置包括电机、继电器、红外通信的电路、太阳能电池板、加速度传感器、磁力计、三轴加速度计、三轴加速度计芯片、太阳能板；传感器芯片焊接到线路板上，组成一块高精度姿态解算模块，姿态解算模块安装固定到太阳能板的背光面；电器连接MCU的第19、20引脚分别与U2的引出引脚JDQ1、JDQ2连接。该装置使用时控与光控相结合的控制方式，且通过姿态解算模块实现高精度的光控闭环控制，解决了现有采用其他方案的光伏发电装置追光精度差、发电效率低等问题。
【专利说明】
测量太阳能板倾角的双轴太阳能智能自动跟踪控制装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种太阳能跟踪控制装置，特别是涉及一种测量太阳能板倾角的双轴太阳能智能自动跟踪控制装置。
【背景技术】
[0002]太阳能作为一种新能源，越来越受到社会的关注，其发展前景十分广泛。光伏发电是太阳能利用的一种很重要的形式，具有可再生、无污染、资源丰富等优点。但是，光伏阵列的实际发电量大小与太阳辐射光线射入太阳能板表面的入射角有关。当太阳辐射光线垂直于太阳能板表面时(入射角为零)，光伏阵列接收到的有效太阳辐射量最大;而在其他入射角情况下，仅有垂直于太阳能板表面的直射辐射分量可参与能量转换。因此，对太阳能电池板倾角的精准测控有助于减小太阳辐射入射角偏差，可提高光伏阵列的太阳辐射利用率。
[0003]纵观当前的技术，双轴自动跟踪的控制方式主要有时控、光控以及时控与光控相结合。时控基于太阳-地球的运行原理，精确的天文计时装置、GPS系统或者报时信号可进行计时，并据此计算出各时刻太阳能电池板倾角的理论最佳值，时控是一种开环控制方式，缺点是无法检测误差，也无法修正误差。光控可实现闭环控制，现在应用比较广泛的是通过太阳位置传感器如光敏电阻，捕捉太阳的位置，并以此为依据使太阳能电池板朝向太阳转动，但这并非是真正的闭环控制方式。在现有技术中，使用光控实现闭环控制的主要有采用推杆电机或磁场传感器等，加入对太阳能电池板倾角的测量，产生角度的反馈值，检测并修正误差，进而得到倾角的最佳值，但推杆电机占用空间较大，使跟踪装置的机械结构更复杂，并且安装过程中容易产生误差，磁场传感器虽然占用空间小，但仅依靠单一的磁场传感器测量太阳能电池板倾角的测量精度并不高，存在一定的误差。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种测量太阳能板倾角的双轴太阳能智能自动跟踪控制装置，该装置时控与光控相结合的控制方式，且通过姿态解算模块实现高精度的光控闭环控制，解决光伏发电装置追光精度差、发电效率低等问题。
[0005]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]测量太阳能板倾角的双轴太阳能智能自动跟踪控制装置，所述装置包括电机、继电器、红外通信的电路、太阳能电池板、加速度传感器、磁力计、三轴加速度计、三轴加速度计芯片、太阳能板;传感器芯片焊接到线路板上，组成一块高精度姿态解算模块，姿态解算模块安装固定到太阳能板的背光面；电器连接MCU的第19、20引脚分别与U2的引出引脚JDQ1、JDQ2连接;MCU的第21、22引脚分别与1]2的引出引脚见03、邛04连接;10]的第23、24、25引脚分别与U3的引出引脚WBUSY、WDATA、WRST连接;MCU的第26引脚与U4的引出引脚RXD连接;MCU的第27、28、29、30、31 引脚分别与U5的引出引脚A-1NT、A-SCL、A-SDA、FSYNC、DRY连接;MCU 的第 27、28、29、30、31 引脚分别与 U5 的 A-1NT、A-SCL、A-SDA、FCYNC、DRY 引脚连接，并通过I2C总线连接到主控制器STM32，MCU的第23、24、25引脚分别与U3的引出引脚WBUSY、WDATA、WRST连接，MCU的第26引脚与U4的引出引脚RXD连接。
[0007]所述的测量太阳能板倾角的双轴太阳能智能自动跟踪控制装置，所述装置具有红外通信的手动装置，具有内置的实时时钟。
[0008]所述的测量太阳能板倾角的双轴太阳能智能自动跟踪控制装置，所述加速度计芯片线路板芯片应X轴水平放置。
[0009]本实用新型的优点与效果是:
[0010]本实用新型利用MPU6050和HMC5883芯片测量太阳能板倾角的双轴太阳能智能自动跟踪控制，该装置使用时控与光控相结合的控制方式，且通过姿态解算模块实现高精度的光控闭环控制，解决了现有采用其他方案的光伏发电装置追光精度差、发电效率低等问题。
【附图说明】
[0011]图1是基于MPU6050和HMC5883芯片的双轴太阳能智能自动跟踪控制框图；
[0012]图2是集成了MPU6050和HMC5883芯片的姿态解算模块硬件连接示意图；
[0013]图3是HMC5883顶视图；
[0014]图4是姿态解算模块的安装固定方式示意图；
[0015]图5是M⑶电路图；
[0016]图6是音频部分电路图；
[0017]图7是继电器控制电路图；
[0018]图8是红外电路图；
[0019]图9是姿态解算模块电路图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合实施例对本实用新型进行详细说明。
[0021]MPU6050是InvenSense公司的三轴加速度计芯片，控制系统的MCU可以通过I2C总线读取MPU6050的X、Y、Z三个轴的加速度值。当太阳能板不动的时候，由于存在重力加速度g。把重力加速度g分解到Χ、Υ、Ζ三个轴上，MCU读取的三个轴的都会有一定的数值。安装加速度计芯片线路板时保证芯片的X轴水平放置，这样X轴的重力加速度g分量很小，重力加速度g主要分解到Y、Z两个轴上;在太阳能板水平和垂直做跟踪运动后，X轴还是保持水平，X轴分量基本不动，Υ、Ζ两个轴上的重力加速度g分量可能发生变化;可以通过Υ、Ζ两个轴上的重力加速度g分量，计算出太阳能板的倾角；加速度计只能提供姿态参考，并不能解算出精确的位置信息。因此引入HMC5883磁力计用来感受地磁向量以解算出模块与北的夹角(HMC5883顶视图如图3所示，箭头表明磁场方向，磁场在正常测量模式下将产生正向输出可读数据。)，配合三轴加速度计，精确地测得太阳能板的位置信息，便于调整太阳能电池板与太阳光的夹角。将MPU6050和HMC5883传感器芯片焊接到一块线路板上，组成一块高精度姿态解算模块。姿态解算模块的组成及与MCU的连接方式如图2所示。把姿态解算模块安装固定到太阳能板的背光面(模块安装方式如图4所示)。
[0022]系统除自动模式外还具有红外通信的手动方式，在手动调节时，有粗调和微调，每次调节命令执行后，系统语音播报太阳能板的方位角和垂直角，供操作人员参考。
[0023]图5中Ul是基于ARM内核的主控芯片STM32，可对加速度传感器发送的数据进行高速处理，提高了采样速率；同时还具有内置的实时时钟，便于判断系统的启动时间，减少不必要的能量损耗。U2是ULN2003达林顿管芯片，用以放大主控芯片输出的电机控制信号来驱动继电器控制水平和垂直电机转动。U3为语音芯片WTH040，语音芯片通过接收MCU发出的指令，发出相应的语音信号。U4是用于红外通信的电路。U5是集成了 MPU6050和HMC5883芯片的姿态解算模块，将其与太阳能电池板固定安装，MCU通过I2C总线可以实时准确测量太阳能板的方位角和垂直角，确保太阳光与太阳能电池板始终保持最佳的入射角度，提高了光伏发电的效率。
[0024]本实用新型的电器引脚连接关系如下:M⑶的第19、20引脚分别与U2的引出引脚JDQl、JDQ2连接，分别用于控制垂直方向电机的上下转动;MCU的第21、22引脚分别与U2的引出引脚JDQ3、JDQ4连接，分别用于控制水平方向电机的左右转动;M⑶的第23、24、25引脚分别与U3的引出引脚WBUSY、WDATA、WRST连接，用于向语音芯片发出控制信号;MCU的第26引脚与U4的引出引脚RXD连接，用来接收遥控器指令;MCU的第27、28、29、30、31引脚分别与U5的引出引脚A-1NT、A-SCL、A-SDA、FSYNC、DRY连接，来进行姿态解算。
[0025]本实用新型的实现原理如下:MCU的第27、28、29、30、31引脚分别与U5的A-1NT、A-SCL、A-SDA、FCYNC、DRY引脚连接，通过I2C总线连接到主控制器STM32，通过数字接口就可以读取传感器的当前输出值。1^通过第19、20、21、22其中某个引脚输出^^通过1]2的放大来控制JDQ1、JDQ2、JDQ3、JDQ4四路继电器的某个引脚来使太阳能电池板上、下、左、右调整，来达到最佳效果。MCU的第23、24、25引脚分别与U3的引出引脚WBUSY、WDATA、WRST连接，MCU的第26引脚与U4的引出引脚RXD连接，当操作人员通过遥控器发送指令改变太阳能电池板垂直或水平位置时，系统会自动发送语音播报信息，实时播放太阳能板方位角和垂直角度值，以便操作人员参考。
[0026]以上所述仅为本实用新型的示例性实施例，凡在本实用新型的范围下进行的等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.测量太阳能板倾角的双轴太阳能智能自动跟踪控制装置，其特征在于，所述装置包括电机、继电器、红外通信的电路、太阳能电池板、加速度传感器、磁力计、三轴加速度计、三轴加速度计芯片、太阳能板;传感器芯片焊接到线路板上，组成一块高精度姿态解算模块，姿态解算模块安装固定到太阳能板的背光面;电器连接MCU的第19、20引脚分别与U2的引出弓丨脚JDQ1、JDQ2连接;MCU的第21、22引脚分别与1]2的引出引脚见03、邛04连接;10]的第23、24、25引脚分别与U3的引出引脚WBUSY、WDATA、WRST连接;MCU的第26引脚与U4的引出引脚RXD连接;MCU的第27、28、29、30、31 引脚分别与U5的引出引脚A-1NT、A-SCL、A-SDA、FSYNC、DRY 连接;MCU 的第 27、28、29、30、31 引脚分别与 U5 的 A-1NT、A-SCL、A-SDA、FCYNC、DRY 引脚连接，并通过I2C总线连接到主控制器STM32，M⑶的第23、24、25引脚分别与U3的引出引脚WBUSY、WDATA、WRST连接，MCU的第26引脚与U4的引出引脚RXD连接。2.根据权利要求1所述的测量太阳能板倾角的双轴太阳能智能自动跟踪控制装置，其特征在于，所述装置具有红外通信的手动装置，具有内置的实时时钟。3.根据权利要求1所述的测量太阳能板倾角的双轴太阳能智能自动跟踪控制装置，其特征在于，所述加速度计芯片线路板芯片应X轴水平放置。
【文档编号】G05D3/12GK205540299SQ201620214987
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】田卫华
【申请人】沈阳工程学院