专利名称：一种太阳能跟踪系统的信号传感器读取电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能利用技术，具体涉及太阳跟踪技术领域。
背景技术：
当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。太阳能作为一种可再生的新能源，越来越引起人们的关注。以太阳能光伏发电系统为例，目前大型光伏电站的设计，特别是在国内，很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的，存在余弦效应的影响，无法保证太阳光的垂直照射，光伏电池不能充分利用太阳能资源，发电效率较低。研究表明跟踪系统应用到平板光伏发电阵列，可以比固定模式提高 33%的效率，因此，研究太阳跟踪技术是有重要意义的。目前，太阳跟踪系统基本上可以分为两类一类是实时的探测太阳对地位置，控制对日角度的被动式跟踪；另一类是根据天文知识计算太阳位置以跟踪太阳的主动式跟踪。 被动式跟踪中的光电式太阳跟踪器的主要部件是一种利用光作用使半导体材料的电导率显著变化的光电传感器，目前国内常用的光电跟踪有重力式、电磁式和电动式太阳能跟踪器，这些光电跟踪装置大都使用光电传感器。但是，光电式太阳跟踪器可能会出现跟踪不准确的状况，发生这样的问题其主要原因主要包括以下几个方面1太阳光相对减弱时，接收的光信号和转换后的电信号通常在固定放大比的情况下相对微弱，容易淹没在系统、环境等噪声中，降低了太阳能跟踪系统的跟踪精度。2光电传感器受到温度、湿度、压力等外界物理环境的影响，例如，温度的变化将引起热噪声和暗电流的变化.造成系统误差过大。鉴于以上原因，本发明提出一种太阳能跟踪系统的信号传感器读取电路。
发明内容
本发明提出的一种太阳能跟踪系统的信号传感器读取电路，主要由光电传感器信号采集阵列、辅助光电传感单元、温度传感单元、I/V转换电路、可变增益运算放大器、模拟多路选通开关、信号采样与保持电路、A/D转换电路、单片机等组成，其中光电传感器信号采集阵列包括多个光电传感器、多路选通开关，辅助光电传感单元中包括多个光电传感器，其数量少于光电传感器信号采集阵列中的光电传感器个数，温度传感单元包括温度传感器、 信号处理单元等。本发明主要用于太阳能跟踪控制系统，光电传感器信号采集阵列作为太阳能跟踪控制系统的信号采集单元，太阳能跟踪控制系统在温度传感单元以及辅助光电传感单元的提示下，可在光电传感器信号采集阵列中通过多路选通开关选通符合要求的的若干光电传感器，将其输出信号进入I/V转换电路，进行后期处理和分析。辅助光电传感单元中的光电传感器的光学判别特性与光电传感器信号采集阵列中的传感器有着互补特征，辅助光电传感单元中光电传感器也可将其光电转化信号进入另一套ΙΛ转换电路进行后期处理和分析。温度传感单元用于检测光电传感器的工作温度并实时将信息发送至单片机，同时可作为单片机后期的温度补偿操作的依据。本发明提出的一种太阳能跟踪系统的信号传感器读取电路设置了可变增益运算放大器、模拟多路选通开关，可由单片机通过模拟多路选通开关来控制可变增益运算放大器的放大系数，以实现在不同太阳光强度范围下，将I/V转换电路发送来的电信号调整到合适的电压范围。光电传感器的种类有光电倍增管、雪崩二极管、光电二极管、光电三极管、PIN、光敏电阻、光敏电池以及CCD等一些半导体器件。如今较为常用的是光敏电阻、光电二极管、 光电三极管，其中光电二极管的光电流小，输出特性线性度好，温度特性高；而光电三极管光电流大，输出特性线性度差，温度特性低。在实际工程使用中，对要求灵敏度高，工作频率低，精度要求低，工作环境温度高的开关电路，可选用光电三极管；对要求光电流与照度成线性关系、要求精密检测、工作频率较高时，则采用光电二极管。本发明可使用光电二极管作为光电传感器信号采集阵列的光电传感器，采用光电三极管作为辅助光电传感单元中的光电传感器，用于定性地判断光电传感器信号采集阵列中的光电传感器是否工作正常，这个判断过程是由单片机来控制和完成的。例如当温度传感单元提示温度过高时，系统将主要依据装有光电三极管的辅助光电传感单元信息，得到这该时刻太阳光的大致基本信息， 从而对比判断光电传感器信号采集阵列中的各个光电传感器是否工作正常，再通过多路选通开关来清除此时发生故障的光电传感器。电路有许多噪声来源，这些噪声来源可分为系统的外部噪声和内部噪声两种。外部噪声是光电系统受到的外界干扰，包括光辐射源的随机波动和附加的光调制、光路传输介质的湍流和背景起伏、杂散光的入射以及检测系统所受到的电磁干扰等。这些噪声可以通过稳定辐射光源、遮断杂光、选择偏振面或滤色光片以及电气屏蔽、电干扰滤波等措施加以改善或消除。内部噪声主要有热噪声、散粒噪声、半导体中产生的复合噪声、温度噪声和闪烁(或l/f)噪声等。一般光电器件中主要的内部噪声是热噪声和散粒噪声。在导电体中由于电子的无规则热运动产生的噪声称为热噪声。纯电阻的热噪声电压均方值为U 卜 4KTRA/式中k为波耳兹曼常数；T为热力学温度；R为产生热噪声的电阻阻值；Δ f为光电器件工作的通频带。当温度发生较大变化时候，将引起热噪声和暗电流的变化.当光照为0时，光电二极管也有电流输出，这时输出的电流为暗电流.一般来说，在光电精密测量中，被测信号比较微弱，因此暗电流的影响非常明显.温度不同，载流子运动的剧烈程度也不同，随着温度的升高载流子运动速度加快，导致暗电流增大，因此温度是暗电流的重要影响因素，它使输出信噪比变差，不利于弱光信号的探测.鉴于此，本发明设置了温度传感单元，实时采集光电传感器上的温度的变化，并送往单片机进行运算处理，用于调整信号的温度补偿，温度传感单元采用一线式温度传感器，利用它可以简化温度传感单元的设计。同时，加装温度传感单元将帮助系统得到光电传感器的温度信息，判断该时刻光电传感器给出的信号是否更加准确，若温度过高，系统将利用装有光电三极管的辅助光电传感单元进行对比判断。由于太阳光的光量变化具有不确定性，可能是极其强烈的，也可能是相当微弱的， 导致携带有太阳光光强、光照度等信息的光信号经光电转换后，电信号呈现出从微弱信号到强信号的大范围动态变化特征，从而给系统信号处理部分的设计带来极大困难，尤其是系统放大电路的设计。本发明提出的一种太阳能跟踪系统的信号传感器读取电路中的可变增益运算放大器可以通过单片机来控制实现放大的程控增益改变。可变增益运算放大器的基本原理是，携带有太阳光光强、光照度等信息的光信号经过经过I/V转换电路后将电流信号转换为电压信号，再经过可变增益运算放大器将电压信号放大到合适的电压范围。在可变增益运算放大器电路中，通过改变反馈电阻的大小来改变放大倍数，具体可以通过单片机控制模拟多路选通开关来设置多种放大倍数，以实现在不同太阳光强度范围下，将信号调整到合适的范围。系统最后将可变增益运算放大器的输出信号经信号采样与保持电路、A/D转换电路后，送入单片机中。
附图为一种太阳能跟踪系统的信号传感器读取电路示意图
具体实施例方式光电传感器信号采集阵列为两块，每块设置32个光电二极管，呈4*8阵列排布，光电传感器信号采集阵列中的多路选通开关为8X16矩阵开关MT8816。辅助光电传感单元为2个光电三极管。温度传感单元采用用DS18B20 —线式温度传感器，模拟多路选通开关为⑶4051八通道数字控制模拟电子开关。首先太阳能跟踪系统将根据用DS18B20 —线式温度传感器得到的温度数据判别光电传感器是否可以在该温度正常工作，并给出温度补偿方案。辅助光电传感单元中2个光电三极管给出的光电信号可以作为特殊情况下与光电传感器信号采集阵列中光电传感器的对比参照，判断光电传感器信号采集阵列中光电传感器是否正常工作。光电传感器信号采集阵列作为太阳能跟踪控制系统的信号采集单元，理论上共有64路信号，若有若干光电传感器被判断不能正常工作，则有单片机通过控制光电传感器信号采集阵列中的多路选通开关来清除此时发生故障的光电传感器，再将光电传感器信号采集阵列中若干个满足要求的传感器所得到的信号选择进入ΙΛ转换电路，完成由电流信号转换为电压信号的过度，再经过可变增益运算放大器将电压信号放大到合适的电压适应范围。在可变增益运算放大器电路中，通过改变反馈电阻的大小来调整放大倍数，具体可以通过CD4051八通道数字控制模拟电子开关来设置8种放大倍数，再将可变增益运算放大器的输出信号经信号采样与保持电路、A/D转换电路，最后将转换结果送入单片机中，在此过程中单片机将根据A/ D转换电路得到的电压大小实时调整模拟多路选通开关来设置不同的放大倍数，实现闭环控制。
权利要求
1.一种太阳能跟踪系统的信号传感器读取电路，主要包括光电传感器信号采集阵列、 辅助光电传感单元、温度传感单元、I/V转换电路、可变增益运算放大器、模拟多路选通开关、信号采样与保持电路、A/D转换电路、单片机，其特征在于光电传感器信号采集阵列中包括多个光电传感器、多路选通开关，单片机可控制多路选通开关。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能跟踪系统的信号传感器读取电路，其特征在于 设置辅助光电传感单元，辅助光电传感单元包括多个光电传感器。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能跟踪系统的信号传感器读取电路，其特征在于 设置温度传感单元，温度传感单元包括温度传感器、信号处理单元。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能跟踪系统的信号传感器读取电路，其特征在于 设置可变增益运算放大器，单片机可控制模拟多路选通开关来调整可变增益运算放大器的放大系数。
全文摘要
一种太阳能跟踪系统的信号传感器读取电路，主要由光电传感器信号采集阵列、辅助光电传感单元、温度传感单元、I/V转换电路、可变增益运算放大器、模拟多路选通开关、信号采样与保持电路、A/D转换电路、单片机等组成，其中光电传感器信号采集阵列与辅助光电传感单元中的光电传感器性能有互补特征。在温度传感单元以及辅助光电传感单元的提示下，单片机可在光电传感器信号采集阵列中通过多路选通开关选通符合要求的的若干光电传感器，将其输出信号进行后期处理。温度传感单元可作为温度补偿的依据。后期处理中，可由单片机通过模拟多路选通开关来控制可变增益运算放大器的放大系数，以实现在不同太阳光强度范围下，将信号调整到合适的范围。
文档编号H02N6/00GK102235908SQ201010161468
公开日2011年11月9日 申请日期2010年5月4日 优先权日2010年5月4日
发明者安好, 栗亮, 穆嘉松, 韦军, 高越 申请人:青海天功新能源有限公司