本文對(duì)太陽能跟蹤控制系統(tǒng)中的傾角檢測與控制進(jìn)行了研究，重點(diǎn)對(duì)傾角傳感器檢測電路、傾角傳感器輸出數(shù)據(jù)的采集和濾波處理進(jìn)行研究，從而實(shí)現(xiàn)傾角的精確測量。

　　1 太陽能跟蹤控制系統(tǒng)方案

　　本文研究的太陽能跟蹤系統(tǒng)由監(jiān)控中心、太陽能跟蹤控制兩大部分組成。監(jiān)控中心主要完成太陽能板的狀態(tài)監(jiān)測與控制，而太陽能跟蹤控制則是本系統(tǒng)的核心部分，由水平方向與俯仰方向(即傾角)上的兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，完成電池板的自動(dòng)跟蹤功能，其機(jī)械示意圖如圖1所示。

　　實(shí)際系統(tǒng)控制中，根據(jù)GPS輸出的時(shí)間信息、經(jīng)緯度信息，可以得到太陽的實(shí)時(shí)方位角和高度角，通過控制電機(jī)來調(diào)整雙軸支架，完成對(duì)太陽的跟蹤。系統(tǒng)采用步進(jìn)式視日跟蹤，即雙軸支架的運(yùn)轉(zhuǎn)并非連續(xù)性的，而是給定一個(gè)閾值，如果當(dāng)前太陽角度與太陽能電池板角度的差值超過設(shè)定的閾值時(shí)，再啟動(dòng)兩個(gè)電機(jī)完成角度的調(diào)整，這樣既降低了支架轉(zhuǎn)動(dòng)而消耗的能量，又提高了太陽能轉(zhuǎn)換效率，其控制流程如圖2所示。

　　2 傾角檢測模塊設(shè)計(jì)

　　2.1 芯片的選取

　　本文中選擇了SCA60C單軸傾角傳感器，是一種加速度計(jì)，內(nèi)部由一個(gè)硅微傳感器和信號(hào)處理芯片組成，采用SMD形式封裝，先測量地球引力在測量方向上的分量，再將其轉(zhuǎn)換為重力加速度與傳感器敏感軸之間的夾角，以此來測量支架的傾角。該傳感器單極5 V供電，靈敏度為2V/g，測量范圍為-1～1 g(對(duì)應(yīng)的傾角變化范圍為-90°～90°)，電壓輸出范圍為0.5～4.5V。傾角與輸出電壓的對(duì)應(yīng)計(jì)算公式為：

?

　　式中：Offset為傾角傳感器處于相對(duì)水平位置時(shí)的輸出電壓;Sensitivily為傾角傳感器的靈敏度。

　　針對(duì)SCA60C單軸傾角傳感器的輸出特性，本文選用了STC12C5604AD單片機(jī)，是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期的新一代8051單片機(jī)，具有高速、低功耗、超強(qiáng)干擾的特性，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，但速度快8～12倍。具有4路PWM、8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，無需專用編程器與仿真器，通過串口(P3.0/P3.1)就可以直接下載程序，大大地節(jié)約了設(shè)計(jì)成本。