专利名称：一种用于蝶式太阳能系统的跟踪控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于蝶式太阳能系统的跟踪控制器，所实现的跟踪 精度能够满足太阳能工程计算的精确要求，特别适合从事太阳能领域的工作 人员使用。
技术背景目前，从事太阳跟踪研究的工作者要想得到太阳能工程计算所需的太阳 角度，往往要经过一系列繁琐的过程，且只能得到某一时间点的太阳角度， 所得结果适用范围窄，求解过程中容易出错，特别是在蝶式太阳能系统中， 接收太阳能的设备属于点聚焦类收集器，如果不采用跟踪系统，则不能完成 太阳能的采集工作。 实用新型内容本实用新型的目的在于克服了现有的太阳角度测试方法的上述缺陷，提 供了一种用于蝶式太阳能系统的跟踪控制器。该控制器可以方便的获得任意 地点、任意时间的太阳角度，并可进行实时显示。外接步进电机模块，可通 过步进电机驱动，调整收集器的方位，使之对准太阳，从而尽可能多的收集 太阳能。本实用新型是一种控制器，该控制器可进行计算太阳角度并将其实时显 示，外接步进电机模块可实现自动跟踪太阳的目的。为了实现上述目的，本实用新型釆取了如下技术方案。本控制器包括有单片机、时钟日历芯片、键盘显示芯片、LED显示板、反向放大器和用于输入当地时间、日期、经度和纬度信息的键盘；其中时钟日历芯片与单片机相连，将时钟信号传送给单片机； 单片机通过键盘显示芯片与键盘和LED显示板相连，单片机根据键盘的键入信息和时钟信息计算出太阳角并送至LED显示板显示；单片机与反向放大器相连接，单片机根据计算的太阳角通过反向放大器来控制步进电机的旋转。本实用新型的核心部件单片机接收键盘信号，可以通过键盘调整求解太 阳角度的初始条件(包括当地时间、日期、当地经度、当地玮度)，单片机在 数据初始化后做出相应的反应，经过内部数据处理，通过I2C总线与时钟日 历芯片和键盘显示芯片进行数据传输，得到实时显示的太阳角度。本实用新 型设置有步进电机模块外接口，可以与步进电机模块建立联系，能够控制步 进电机按要求旋转。本实用新型在地平坐标系下能够对太阳高度角、方位角进行二维跟踪，不 仅提高了跟踪精度，而且可以根据太阳角来控制步进电机驱动模块；同时还 具有结构简单、体积小等优点。
图1本实用新型的原理示意图图2本实用新型的主程序框图 图3本实用新型的步进电机模块流程图 图4本实用新型的电路原理图具体实施方式
下面结合图1 4对本实用新型作进一步说明如图1所示，本实施例包括有单片机和与单片机相连的反向放大器、时 钟曰历芯片、键盘显示芯片，键盘显示芯片还与键盘和LED显示板相连。本 实施例通过键盘设定初始条件(当地经度、当地纬度、当地时间、日期)，得 到确认信号以后单片机开始进行数据处理，计算太阳角度，并通过LED显示 板将太阳角显示出来，便于数据的读取和监控。如图4所示，本实施例采用的是I2C总线的串行通信方法。本实施例采 用单片机为主控制器，辅以低功耗的CMOS实时时钟/日历芯片和键盘接口芯 片，驱动键盘及LED驱动器来实现所需太阳角度的调整和实时显示，可以方 便通过I2C总线进行快速地读写操作而只占用单片机的两个I/O端口 。 I2C总线包括一条串行数据线(SDA)和一条串行时钟线(SCL)。将SDA数据线和 SCL串行时钟线通过上拉电阻连接到电源VCC上，再将其它I2C主从器件的 SDA和SCL针脚连接在SDA数据线和SCL串行时钟线上。AT89C51RC是通 过它通用I/O 口实现I2C总线串行接口操作的。本实施例中将AT89C51RC的 引脚Pl.l与SCL时钟线相连，弓(脚P1.0与SDA数据线相连用以模拟I2C总 线。AT89C51RC为本发明I2C总线上的主器件，ZLG7290和PCF8563T为从 器件，通过程序实现I2C的通信协议从而进行主从器件之间的数据交换。本实施例的主程序框图如图2所示，在初始化过程后，经过按键处理调 整后，得到了计算太阳角所需数据，再经过读取PCF8563T的时钟数据以及计 算太阳角这两个过程后，最后将太阳角在led显示板上显示出来；该程序主 要包括以下几个步骤第一步按键中断处理。当有按键被按下时，跳转至按键处理模块，并根 据键功能进行数据调整，直至确定键被按下后跳出按键处理模块。AT89C51RC 将调整后的初始条件写入PCF8563T中；第二步建立AT89C51RC与PCF8563T之间的I2C通信，以AT89C51RC为主 器件，以PCF8563为从器件将初始数据写入PCF8563中，经时钟芯片处理后 得到一个实时的时钟数据，并将实时时间数据返回到单片机内；第三步在AT89C51RC内部进行数据处理，按太阳轨道的相关公式计算， 得到的太阳角度的具体数值；具体计算公式太阳赤纬角^可由Co叩er方程近似地计算"23.5sin(360。x284 + ") 365式中n是所求日期在一年中的日子数；根据上式得到太阳赤纬角后，就可得到任一太阳时下的太阳高度角。太5阳光线与地面的夹角称为太阳高度角，用"、表示，可由下式确定 sin "s. = sin p sin 3 + cos p cos 5 cos ^式中^——当地纬度； 3——太阳赤纬角； "——时角。太阳方位角是太阳聚光器与太阳连线在地面上的投影与南北方向线之间的夹角，用^表示，可由下式确定<formula>formula see original document page 6</formula>
第四步建立AT89C51RC与ZLG7290之间的I2C通信，单片机将转换得到 的太阳角度(包括高度角和方位角)数据传递到ZLG7290缓冲区并由ZLG7290 驱动LED显示板。如有按键被按下，则再次返回到第一步中。本实施例通过反响放大器外接了步进电机模块，则可以按照计算得到的 太阳角控制步进电机的旋转，实现跟踪。如图3所示，当程序跳转到步进电机模块时，首先根据太阳高度角做出 判断(该步骤中的设定值根据不同地点太阳辐射强度与太阳角的关系而定)， 本实施例中设定值取值为l度。判断为"是"，则根据太阳角度确定步进电机 的旋转方向和转动步数；判断为"否"，则系统回位至初始位置。系统通过控制步进电机驱动器进而控制步进电机的旋转，单片机通过反 向放大器与驱动器的方向信号的端口和脉冲信号端口相连。步进电机子程序 主要流程包括单片机发出0或1至步进电机驱动器方向信号的端口，控制 电机的旋转方向，单片机发出脉冲信号至步进电机驱动器脉冲信号的端口， 通过脉冲信号的数量控制电机的旋转角度。本实施例的使用方法开机后首先复位，led显示板上显示的是初始条件 下的太阳高度角。本实施例上设置有Time、 Data、 Lat、 Lon、 Tran、 Add、 Left、 Ok共八个键用于对初始条件进行调整。当有键按下时，主程序跳转至 按键处理模块，AT89C51R不断的进行键盘扫描，当键盘功能键(Lon)被按下 后，LED显示板由显示实时太阳高度角切换到调整经度的显示界面，通过按 键Left选定对哪位数字进行调整，被选定的数字在LED显示板上闪烁。在选 定调整位后可用按键Add对该位进行加1的操作，按Ok键确认。按下键盘 功能键(Time)后，led显示板切换到了时间的调整界面;按下键盘功能键(Data) 后，led显示板切换到了日期的调整界面；按下键盘功能键(Lat)后，led显 示板切换到了纬度的调整界面，调整方法同上。初始条件调整到符合用户要 求的时候，按下确定键(Ok)， LED显示板又切回到了最初的显示界面，开 始了在新初始条件下的太阳角的实时显示。另外，如果用户想要led显示板显 示方位角，可按下功能键(Tran)，当该按键再次被按下，led显示板又切换回 对高度角的显示。
权利要求1、一种用于蝶式太阳能系统的跟踪控制器，其特征在于包括有单片机、时钟日历芯片、键盘显示芯片、LED显示板、反向放大器和用于输入当地时间、日期、经度和纬度信息的键盘；其中时钟日历芯片与单片机相连，将时钟信号传送给单片机；单片机通过键盘显示芯片与键盘和LED显示板相连，单片机根据键盘的键入信息和时钟信息计算出太阳角并送至LED显示板显示；单片机的I/O口与反向放大器相连接，单片机根据计算得到的太阳角控制步进电机的旋转。
专利摘要本实用新型一种用于蝶式太阳能系统的跟踪控制器，属于太阳能应用领域。包括有单片机、时钟日历芯片、键盘显示芯片、LED显示板、反向放大器和用于输入当地时间、日期、经度和纬度信息的键盘。其中时钟日历芯片与单片机相连，将时钟信号传送给单片机。单片机通过键盘显示芯片与键盘和LED显示板建立通信，单片机根据键盘的键入信息和时钟信息计算出太阳角并送至LED显示板显示。单片机与反向放大器相连接，并根据计算得到的太阳角控制步进电机的旋转。外接步进电机模块，可实现系统对太阳的跟踪。本实用新型的优点是结构简单，精度高，体积小，不受时间，空间的限制而方便的进行与太阳跟踪的相关研究。
文档编号H02N6/00GK201166813SQ20082007924
公开日2008年12月17日 申请日期2008年3月7日 优先权日2008年3月7日
发明者吴玉庭, 张利明, 杜春旭, 马重芳 申请人:北京工业大学