專利名稱：一種太陽能跟蹤系統(tǒng)的信號傳感器讀取電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能利用技術，具體涉及太陽跟蹤技術領域。
背景技術：
當電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經濟發(fā)展的瓶頸時，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，開發(fā)太陽能資源，尋求經濟發(fā)展的新動力。太陽能作為一種可再生的新能源，越來越引起人們的關注。以太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，目前大型光伏電站的設計，特別是在國內，很多太陽能電池板陣列基本上都是固定的，存在余弦效應的影響，無法保證太陽光的垂直照射，光伏電池不能充分利用太陽能資源，發(fā)電效率較低。研究表明跟蹤系統(tǒng)應用到平板光伏發(fā)電陣列，可以比固定模式提高 33%的效率，因此，研究太陽跟蹤技術是有重要意義的。目前，太陽跟蹤系統(tǒng)基本上可以分為兩類一類是實時的探測太陽對地位置，控制對日角度的被動式跟蹤；另一類是根據天文知識計算太陽位置以跟蹤太陽的主動式跟蹤。 被動式跟蹤中的光電式太陽跟蹤器的主要部件是一種利用光作用使半導體材料的電導率顯著變化的光電傳感器，目前國內常用的光電跟蹤有重力式、電磁式和電動式太陽能跟蹤器，這些光電跟蹤裝置大都使用光電傳感器。但是，光電式太陽跟蹤器可能會出現(xiàn)跟蹤不準確的狀況，發(fā)生這樣的問題其主要原因主要包括以下幾個方面1太陽光相對減弱時，接收的光信號和轉換后的電信號通常在固定放大比的情況下相對微弱，容易淹沒在系統(tǒng)、環(huán)境等噪聲中，降低了太陽能跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度。2光電傳感器受到溫度、濕度、壓力等外界物理環(huán)境的影響，例如，溫度的變化將引起熱噪聲和暗電流的變化.造成系統(tǒng)誤差過大。鑒于以上原因，本發(fā)明提出一種太陽能跟蹤系統(tǒng)的信號傳感器讀取電路。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出的一種太陽能跟蹤系統(tǒng)的信號傳感器讀取電路，主要由光電傳感器信號采集陣列、輔助光電傳感單元、溫度傳感單元、I/V轉換電路、可變增益運算放大器、模擬多路選通開關、信號采樣與保持電路、A/D轉換電路、單片機等組成，其中光電傳感器信號采集陣列包括多個光電傳感器、多路選通開關，輔助光電傳感單元中包括多個光電傳感器，其數量少于光電傳感器信號采集陣列中的光電傳感器個數，溫度傳感單元包括溫度傳感器、 信號處理單元等。本發(fā)明主要用于太陽能跟蹤控制系統(tǒng)，光電傳感器信號采集陣列作為太陽能跟蹤控制系統(tǒng)的信號采集單元，太陽能跟蹤控制系統(tǒng)在溫度傳感單元以及輔助光電傳感單元的提示下，可在光電傳感器信號采集陣列中通過多路選通開關選通符合要求的的若干光電傳感器，將其輸出信號進入I/V轉換電路，進行后期處理和分析。輔助光電傳感單元中的光電傳感器的光學判別特性與光電傳感器信號采集陣列中的傳感器有著互補特征，輔助光電傳感單元中光電傳感器也可將其光電轉化信號進入另一套ΙΛ轉換電路進行后期處理和分析。溫度傳感單元用于檢測光電傳感器的工作溫度并實時將信息發(fā)送至單片機，同時可作為單片機后期的溫度補償操作的依據。本發(fā)明提出的一種太陽能跟蹤系統(tǒng)的信號傳感器讀取電路設置了可變增益運算放大器、模擬多路選通開關，可由單片機通過模擬多路選通開關來控制可變增益運算放大器的放大系數，以實現(xiàn)在不同太陽光強度范圍下，將I/V轉換電路發(fā)送來的電信號調整到合適的電壓范圍。光電傳感器的種類有光電倍增管、雪崩二極管、光電二極管、光電三極管、PIN、光敏電阻、光敏電池以及CCD等一些半導體器件。如今較為常用的是光敏電阻、光電二極管、 光電三極管，其中光電二極管的光電流小，輸出特性線性度好，溫度特性高；而光電三極管光電流大，輸出特性線性度差，溫度特性低。在實際工程使用中，對要求靈敏度高，工作頻率低，精度要求低，工作環(huán)境溫度高的開關電路，可選用光電三極管；對要求光電流與照度成線性關系、要求精密檢測、工作頻率較高時，則采用光電二極管。本發(fā)明可使用光電二極管作為光電傳感器信號采集陣列的光電傳感器，采用光電三極管作為輔助光電傳感單元中的光電傳感器，用于定性地判斷光電傳感器信號采集陣列中的光電傳感器是否工作正常，這個判斷過程是由單片機來控制和完成的。例如當溫度傳感單元提示溫度過高時，系統(tǒng)將主要依據裝有光電三極管的輔助光電傳感單元信息，得到這該時刻太陽光的大致基本信息， 從而對比判斷光電傳感器信號采集陣列中的各個光電傳感器是否工作正常，再通過多路選通開關來清除此時發(fā)生故障的光電傳感器。電路有許多噪聲來源，這些噪聲來源可分為系統(tǒng)的外部噪聲和內部噪聲兩種。外部噪聲是光電系統(tǒng)受到的外界干擾，包括光輻射源的隨機波動和附加的光調制、光路傳輸介質的湍流和背景起伏、雜散光的入射以及檢測系統(tǒng)所受到的電磁干擾等。這些噪聲可以通過穩(wěn)定輻射光源、遮斷雜光、選擇偏振面或濾色光片以及電氣屏蔽、電干擾濾波等措施加以改善或消除。內部噪聲主要有熱噪聲、散粒噪聲、半導體中產生的復合噪聲、溫度噪聲和閃爍(或l/f)噪聲等。一般光電器件中主要的內部噪聲是熱噪聲和散粒噪聲。在導電體中由于電子的無規(guī)則熱運動產生的噪聲稱為熱噪聲。純電阻的熱噪聲電壓均方值為U 卜 4KTRA/式中k為波耳茲曼常數；T為熱力學溫度；R為產生熱噪聲的電阻阻值；Δ f為光電器件工作的通頻帶。當溫度發(fā)生較大變化時候，將引起熱噪聲和暗電流的變化.當光照為0時，光電二極管也有電流輸出，這時輸出的電流為暗電流.一般來說，在光電精密測量中，被測信號比較微弱，因此暗電流的影響非常明顯.溫度不同，載流子運動的劇烈程度也不同，隨著溫度的升高載流子運動速度加快，導致暗電流增大，因此溫度是暗電流的重要影響因素，它使輸出信噪比變差，不利于弱光信號的探測.鑒于此，本發(fā)明設置了溫度傳感單元，實時采集光電傳感器上的溫度的變化，并送往單片機進行運算處理，用于調整信號的溫度補償，溫度傳感單元采用一線式溫度傳感器，利用它可以簡化溫度傳感單元的設計。同時，加裝溫度傳感單元將幫助系統(tǒng)得到光電傳感器的溫度信息，判斷該時刻光電傳感器給出的信號是否更加準確，若溫度過高，系統(tǒng)將利用裝有光電三極管的輔助光電傳感單元進行對比判斷。由于太陽光的光量變化具有不確定性，可能是極其強烈的，也可能是相當微弱的， 導致攜帶有太陽光光強、光照度等信息的光信號經光電轉換后，電信號呈現(xiàn)出從微弱信號到強信號的大范圍動態(tài)變化特征，從而給系統(tǒng)信號處理部分的設計帶來極大困難，尤其是系統(tǒng)放大電路的設計。本發(fā)明提出的一種太陽能跟蹤系統(tǒng)的信號傳感器讀取電路中的可變增益運算放大器可以通過單片機來控制實現(xiàn)放大的程控增益改變?？勺冊鲆孢\算放大器的基本原理是，攜帶有太陽光光強、光照度等信息的光信號經過經過I/V轉換電路后將電流信號轉換為電壓信號，再經過可變增益運算放大器將電壓信號放大到合適的電壓范圍。在可變增益運算放大器電路中，通過改變反饋電阻的大小來改變放大倍數，具體可以通過單片機控制模擬多路選通開關來設置多種放大倍數，以實現(xiàn)在不同太陽光強度范圍下，將信號調整到合適的范圍。系統(tǒng)最后將可變增益運算放大器的輸出信號經信號采樣與保持電路、A/D轉換電路后，送入單片機中。


附圖為一種太陽能跟蹤系統(tǒng)的信號傳感器讀取電路示意圖
具體實施例方式光電傳感器信號采集陣列為兩塊，每塊設置32個光電二極管，呈4*8陣列排布，光電傳感器信號采集陣列中的多路選通開關為8X16矩陣開關MT8816。輔助光電傳感單元為2個光電三極管。溫度傳感單元采用用DS18B20 —線式溫度傳感器，模擬多路選通開關為⑶4051八通道數字控制模擬電子開關。首先太陽能跟蹤系統(tǒng)將根據用DS18B20 —線式溫度傳感器得到的溫度數據判別光電傳感器是否可以在該溫度正常工作，并給出溫度補償方案。輔助光電傳感單元中2個光電三極管給出的光電信號可以作為特殊情況下與光電傳感器信號采集陣列中光電傳感器的對比參照，判斷光電傳感器信號采集陣列中光電傳感器是否正常工作。光電傳感器信號采集陣列作為太陽能跟蹤控制系統(tǒng)的信號采集單元，理論上共有64路信號，若有若干光電傳感器被判斷不能正常工作，則有單片機通過控制光電傳感器信號采集陣列中的多路選通開關來清除此時發(fā)生故障的光電傳感器，再將光電傳感器信號采集陣列中若干個滿足要求的傳感器所得到的信號選擇進入ΙΛ轉換電路，完成由電流信號轉換為電壓信號的過度，再經過可變增益運算放大器將電壓信號放大到合適的電壓適應范圍。在可變增益運算放大器電路中，通過改變反饋電阻的大小來調整放大倍數，具體可以通過CD4051八通道數字控制模擬電子開關來設置8種放大倍數，再將可變增益運算放大器的輸出信號經信號采樣與保持電路、A/D轉換電路，最后將轉換結果送入單片機中，在此過程中單片機將根據A/ D轉換電路得到的電壓大小實時調整模擬多路選通開關來設置不同的放大倍數，實現(xiàn)閉環(huán)控制。
權利要求
1.一種太陽能跟蹤系統(tǒng)的信號傳感器讀取電路，主要包括光電傳感器信號采集陣列、 輔助光電傳感單元、溫度傳感單元、I/V轉換電路、可變增益運算放大器、模擬多路選通開關、信號采樣與保持電路、A/D轉換電路、單片機，其特征在于光電傳感器信號采集陣列中包括多個光電傳感器、多路選通開關，單片機可控制多路選通開關。
2.根據權利要求1所述的一種太陽能跟蹤系統(tǒng)的信號傳感器讀取電路，其特征在于 設置輔助光電傳感單元，輔助光電傳感單元包括多個光電傳感器。
3.根據權利要求1所述的一種太陽能跟蹤系統(tǒng)的信號傳感器讀取電路，其特征在于 設置溫度傳感單元，溫度傳感單元包括溫度傳感器、信號處理單元。
4.根據權利要求1所述的一種太陽能跟蹤系統(tǒng)的信號傳感器讀取電路，其特征在于 設置可變增益運算放大器，單片機可控制模擬多路選通開關來調整可變增益運算放大器的放大系數。
全文摘要
一種太陽能跟蹤系統(tǒng)的信號傳感器讀取電路，主要由光電傳感器信號采集陣列、輔助光電傳感單元、溫度傳感單元、I/V轉換電路、可變增益運算放大器、模擬多路選通開關、信號采樣與保持電路、A/D轉換電路、單片機等組成，其中光電傳感器信號采集陣列與輔助光電傳感單元中的光電傳感器性能有互補特征。在溫度傳感單元以及輔助光電傳感單元的提示下，單片機可在光電傳感器信號采集陣列中通過多路選通開關選通符合要求的的若干光電傳感器，將其輸出信號進行后期處理。溫度傳感單元可作為溫度補償的依據。后期處理中，可由單片機通過模擬多路選通開關來控制可變增益運算放大器的放大系數，以實現(xiàn)在不同太陽光強度范圍下，將信號調整到合適的范圍。
文檔編號H02N6/00GK102235908SQ201010161468
公開日2011年11月9日 申請日期2010年5月4日 優(yōu)先權日2010年5月4日
發(fā)明者安好, 栗亮, 穆嘉松, 韋軍, 高越 申請人:青海天功新能源有限公司