專利名稱：智能型太陽(yáng)角度探測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能型太陽(yáng)角度探測(cè)儀，包括太陽(yáng)的方位角和高度角。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外采用的跟蹤太陽(yáng)的方法主要有三種方式視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟 蹤、光電跟蹤、視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合。視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤 需描述太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，公式復(fù)雜，計(jì)算量大；光電跟蹤通常在特殊結(jié)構(gòu) 上布置一定數(shù)量的光敏元件，檢測(cè)方式分為開關(guān)量檢測(cè)和模擬量檢測(cè)方式 兩種。采用開關(guān)量檢測(cè)方式時(shí)，不同的太陽(yáng)入射角會(huì)導(dǎo)通不同的光敏元件 組合，通過這種組合來(lái)確定光線角度，但這種方式測(cè)量精度差，需要較多 的光敏元件；模擬量檢測(cè)方式測(cè)量通過在不同位置的光電池的輸出短路電 流來(lái)計(jì)算太陽(yáng)光角度，這種方式雖然可減少光敏元件的數(shù)量，但因光電池 特性不一致會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。為減少周圍環(huán)境發(fā)射光線的影響，通常將 光敏元件放置在特殊的暗盒中，利用透鏡等光學(xué)元件聚光，基本消除了發(fā) 射光的影響。但采用上述方法測(cè)量角度范圍較小。采用無(wú)遮擋方式測(cè)量雖 可以擴(kuò)大測(cè)量范圍，必須解決光敏元件的不一致和反射光的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種精度高、抗干擾能力強(qiáng)、超低功耗、工作穩(wěn) 定、性價(jià)比高的智能型太陽(yáng)角度探測(cè)儀。
本發(fā)明包括三組光電池探測(cè)器，各光電池探測(cè)器分別連接電流電壓轉(zhuǎn) 換電路，各電流電壓轉(zhuǎn)換電路分別連接有相應(yīng)的電壓放大器，三組電壓放 大器分別接入DSP系列數(shù)字信號(hào)處理器MC56F8037; DSP系列數(shù)字信號(hào) 處理器MC56F8037通過三個(gè)I/O 口輸出高低電平分別連接三組電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接相應(yīng)的X、 Y、 Z向步進(jìn)電機(jī)；在所述各X、 Y、 Z 向步進(jìn)電機(jī)上分別連接一組行程開關(guān)，各組行程開關(guān)的輸出端連接一組驅(qū) 動(dòng)器，每組驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接入DSP系列數(shù)字信號(hào)處理器MC56F8037; 所述三組光電池探測(cè)器分別固定在X、 Y、 Z向步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上。
利用光電池的短路電流與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的線性關(guān)系，得出了光電池短 路電流由反射分量和太陽(yáng)光入射分量?jī)刹糠纸M成，短路電流的反射分量與 太陽(yáng)光線入射角無(wú)關(guān)的，短路電流的入射分量與光電池平面法線和入射光 線的夾角成余弦關(guān)系的結(jié)論。本發(fā)明通過光電池繞X y Z軸旋轉(zhuǎn)而測(cè)得的 一組短路電流曲線，利用DFT運(yùn)算檢測(cè)波形初相位的方法，實(shí)現(xiàn)通過光電 池的一次旋轉(zhuǎn)即可測(cè)量一個(gè)角度值。采用本方法具有下列優(yōu)點(diǎn) 一是、利 用旋轉(zhuǎn)一周得到的一組數(shù)據(jù)檢測(cè)正弦波形的初相位，減少了偶然測(cè)量的影 響，相位值與反射分量大小和入射分量幅值無(wú)關(guān)，消除了因太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 的影響；二是、相位計(jì)算值沒有利用多個(gè)光電池的測(cè)量數(shù)據(jù)，消除了光電 池特性的不一致性的影響；三是、沒有采用特殊的光學(xué)系統(tǒng)，僅利用廉價(jià) 的三塊光電池和三個(gè)步進(jìn)電機(jī)，在無(wú)遮擋的一般環(huán)境中測(cè)量，測(cè)量范圍大， 降低系統(tǒng)成本。四是、采用DSP系列數(shù)字信號(hào)處理器MC56F8037，光電 池短路輸出電流信號(hào)，利用運(yùn)算放大器虛短的原理實(shí)現(xiàn)電流電壓轉(zhuǎn)換，精 確度高，提高了系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)方位角和高度角的測(cè)量精度，系統(tǒng)抗干擾能力 強(qiáng)，性能穩(wěn)定，性價(jià)比高，能適應(yīng)各種環(huán)境。故，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了精度高、 抗干擾能力強(qiáng)、超低功耗、工作穩(wěn)定、性價(jià)比高、適應(yīng)各種環(huán)境的設(shè)計(jì)目 的。
另，本發(fā)明還在DSP系列數(shù)字信號(hào)處理器MC56F8037上設(shè)置RS-232 通信電平轉(zhuǎn)換接口。可為上位機(jī)提供通訊接口。
為了對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)部的FLASH進(jìn)行讀寫，還可在DSP系列數(shù) 字信號(hào)處理器MC56F8037上連接JTAG接口電路。


圖l為本發(fā)明組成結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。
圖中，l是光電池探測(cè)器，2是電流電壓轉(zhuǎn)換電路，3是反相電壓放大 器電路，4是數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP， 5是電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，6是步進(jìn)電機(jī)， 7是行程開關(guān)，8是行程開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，9是RS232轉(zhuǎn)換電路，10是探 測(cè)儀外形，ll是X軸方向電機(jī)和光電池，12是Y軸方向電機(jī)和光電池， 13是Z軸方向電機(jī)和光電池，14是黑色圓盤，15是RS232通訊接口。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，太陽(yáng)角度探測(cè)儀裝置的被測(cè)量通常包括: 太陽(yáng)方位角、高度角、三個(gè)步進(jìn)電機(jī)的初始位置等，分別在垂直于X、 Y、
Z軸的平面上安裝三個(gè)X、 Y、 Z向步進(jìn)電機(jī)6，并在X、 Y、 Z向步進(jìn)電 機(jī)6的輸出軸上分別固定連接光電池探測(cè)器1，讓光電池繞三個(gè)軸勻速旋 轉(zhuǎn)，采集太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度，通過光電池將其轉(zhuǎn)換為短路電流，輸入電流電 壓轉(zhuǎn)換電路2進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換，電流電壓轉(zhuǎn)換電路2由LM358運(yùn)算放 大器和外圍電路組成，利用放大器虛短的原理實(shí)現(xiàn)電流和電壓的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn) 換后的電壓信號(hào)輸入到反相電壓放大器3，電壓放大器3由LM358運(yùn)算 放大器和外圍電路組成，經(jīng)過阻容低通濾波后輸入DSP系列數(shù)字信號(hào)處理 器MC56F8037 4進(jìn)行處理。
DSP系列數(shù)字信號(hào)處理器MC56F8037 4 (U2)通過三個(gè)I/O 口輸出 高低電平，分別輸入到三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器U3 5， U3采用ULN2003， 通過三組U3分別驅(qū)動(dòng)三組步進(jìn)電機(jī)6旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能強(qiáng)度信號(hào)的采 集。
分別與三組步進(jìn)電機(jī)6的軸相連的光電初始位置行程開關(guān)7采用開關(guān)
5型霍爾傳感器OH3020，采集光電的初始位置，采集的信號(hào)輸入到反相緩 沖驅(qū)動(dòng)器8，驅(qū)動(dòng)器8采用SN7404，驅(qū)動(dòng)器8輸出信號(hào)輸入到DSP系 列數(shù)字信號(hào)處理器MC56F8037 4 (U2)的普通I/O 口，實(shí)現(xiàn)對(duì)光電初始 位置的采集。
RS-232通信電平轉(zhuǎn)換接口 9電路中采用MAX3232芯片，DSP系列數(shù) 字信號(hào)處理器MC56F8037 4 (U2)使用異步串行通信總線時(shí)數(shù)據(jù)通過 MAX3232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過RS-232送入電腦或由電腦發(fā)送到DSP系 列數(shù)字信號(hào)處理器MC56F8037 4 (U2)。
在DSP系列數(shù)字信號(hào)處理器MC56F8037上連接JTAG接口電路10。
權(quán)利要求
1、智能型太陽(yáng)角度探測(cè)儀，其特征在于包括三組光電池探測(cè)器，各光電池探測(cè)器分別連接電流電壓轉(zhuǎn)換電路，各電流電壓轉(zhuǎn)換電路分別連接有相應(yīng)的電壓放大器，三組電壓放大器分別接入DSP系列數(shù)字處理器MC56F8037；DSP系列數(shù)字信號(hào)處理器MC56F8037通過三個(gè)I/O口輸出高低電平分別連接三組電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接相應(yīng)的X、Y、Z向步進(jìn)電機(jī)；在所述各X、Y、Z向步進(jìn)電機(jī)上分別連接一組行程開關(guān)，各組行程開關(guān)的輸出端連接一組驅(qū)動(dòng)器，每組驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接入DSP系列數(shù)字信號(hào)處理器MC56F8037；所述三組光電池探測(cè)器分別固定在X、Y、Z向步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述智能型太陽(yáng)角度探測(cè)儀，其特征在于在DSP系列數(shù)字信號(hào)處理器MC56F8037上設(shè)置RS-232通信電平轉(zhuǎn)換接口 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述智能型太陽(yáng)角度探測(cè)儀，其特征在于在DSP系列數(shù)字信號(hào)處理器MC56F8037上連接JTAG接口電路。
全文摘要
智能型太陽(yáng)角度探測(cè)儀，智能型太陽(yáng)角度探測(cè)儀，包括太陽(yáng)的方位角和高度角。包括三組光電池探測(cè)器，各光電池探測(cè)器分別通過電流電壓轉(zhuǎn)換電路連接相應(yīng)的電壓放大器，三組電壓放大器分別接入數(shù)字信號(hào)處理器；數(shù)字信號(hào)處理器通過三個(gè)I/O口輸出高低電平分別連接三組電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接相應(yīng)的X、Y、Z向步進(jìn)電機(jī)；步進(jìn)電機(jī)上分別通過行程開關(guān)連接驅(qū)動(dòng)器，每組驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接入數(shù)字信號(hào)處理器；三組光電池探測(cè)器分別固定在X、Y、Z向步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上。本發(fā)明精度高、抗干擾能力強(qiáng)、超低功耗、工作穩(wěn)定、性價(jià)比高。
文檔編號(hào)G01C1/00GK101482407SQ20081024275
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者松 劉, 史旺旺, 朱燕青, 鵬 楊 申請(qǐng)人:揚(yáng)州大學(xué)