倾角传感器在太阳能跟踪系统中的应用研究

　　本文对太阳能跟踪控制系统中的倾角检测与控制进行了研究，重点对倾角传感器检测电路、倾角传感器输出数据的采集和滤波处理进行研究，从而实现倾角的精确测量。

　　1 太阳能跟踪控制系统方案

　　本文研究的太阳能跟踪系统由监控中心、太阳能跟踪控制两大部分组成。监控中心主要完成太阳能板的状态监测与控制，而太阳能跟踪控制则是本系统的核心部分，由水平方向与俯仰方向(即倾角)上的两个电机驱动，完成电池板的自动跟踪功能，其机械示意图如图1所示。

　　实际系统控制中，根据GPS输出的时间信息、经纬度信息，可以得到太阳的实时方位角和高度角，通过控制电机来调整双轴支架，完成对太阳的跟踪。系统采用步进式视日跟踪，即双轴支架的运转并非连续性的，而是给定一个阈值，如果当前太阳角度与太阳能电池板角度的差值超过设定的阈值时，再启动两个电机完成角度的调整，这样既降低了支架转动而消耗的能量，又提高了太阳能转换效率，其控制流程如图2所示。

　　2 倾角检测模块设计

　　2.1 芯片的选取

　　本文中选择了SCA60C单轴倾角传感器，是一种加速度计，内部由一个硅微传感器和信号处理芯片组成，采用SMD形式封装，先测量地球引力在测量方向上的分量，再将其转换为重力加速度与传感器敏感轴之间的夹角，以此来测量支架的倾角。该传感器单极5 V供电，灵敏度为2V/g，测量范围为-1～1 g(对应的倾角变化范围为-90°～90°)，电压输出范围为0.5～4.5V。倾角与输出电压的对应计算公式为：

　　式中：Offset为倾角传感器处于相对水平位置时的输出电压;Sensitivily为倾角传感器的灵敏度。

　　针对SCA60C单轴倾角传感器的输出特性，本文选用了STC12C5604AD单片机，是宏晶科技生产的单时钟/机器周期的新一代8051单片机，具有高速、低功耗、超强干扰的特性，指令代码完全兼容传统的8051，但速度快8～12倍。具有4路PWM、8路高速10位A/D转换，无需专用编程器与仿真器，通过串口(P3.0/P3.1)就可以直接下载程序，大大地节约了设计成本。