倾角检测模块设计 - 倾角传感器在太阳能跟踪系统中的应用研究

　　2.2.1 硬件电路设计

　　倾角传感器模块安装在太阳能电池板的下表面，完成支架倾角的采集。工作状态下，SCA60C的模拟电压输出信号输入到单片机的A/D采集端口，转换后的数字量信号通过串口与主控箱中的单片机通信，完成角度反馈，其硬件电路设计如图3所示。

　　2.2.2 软件设计

　　单片机的8路A/D口需要通过对ADC_CONTR寄存器中CHS0\CHS1\CHS2三位的设置来选择使用的模拟输入通道，并且必须将其设置为开漏模式或高阻模式，即需要对P1M0(0～7)，P1M1(0～7)中相应位进行设置，如本例中选择P1.2为SCA60C的电压信号采集端，为开漏模式，则设置为：

　　第一次启动A/D转换时，需给适当延时以确保内部模拟电源的稳定;转换结束后，结束标志位需要由软件清零。该倾角模块软件流程图如图4所示。

　　3 倾角传感器数据采集与滤波处理

　　本文中，每隔300 ms采集一次倾角传感器输出电压，电池板从0°匀速转到90°后得到的数据如图5所示。图中x轴表示电池板转动90°所用的时间，y轴为对应时间下传感器输出的电压值。图5中所示的传感器输出电压信号显然不能作为电池板的角度信号反馈给MCU，否则可能会导致俯仰方向上驱动电机的误动作，产生意想不到的后果，因此需要进行滤波，去除毛刺信号。

　　设倾角传感：器输出电压值为xi，则每N组数据进行平均后，得到平滑后的输出值为：

　　如果N取值很大，输出信号的平滑度则很高，但是会降低灵敏度，且还受到本文中所选择单片机RAM的大小的限制;N取值很小则又达不到滤波效果。实验验证，本应用中N取20可得到很好的滤波效果。

　　由图5可以看出，输出信号脉冲干扰信号很多，所以必须要做限幅处理。限幅滤波设置一个阈值，如果前后两次输出值的差值小于等于这个阈值时，本次值有效;相反则舍弃本次值，同时用上次值代替本次值。本文依据太阳初升及落山时刻，电池板初始对准及回收动作下的电压变化最大幅值设置阈值。可算得其最大转动速度为0.75°/s，则对应的输出电压最大差值应该为25mV。

　　本方法有效地结合了限幅滤波和算术平均滤波各自的优点，先利用限幅滤波算法去除了超出阈值的无效脉冲数据，再使用算术平均滤波平滑输出信号，输出信号效果图如图6所示。

　　可以看出，其平滑度有了很大的改善，满足了控制系统的要求，表明了此联合滤波算法的应用是有效的。

　　4 结语

　　本文研究了倾角传感器在太阳能跟踪发电系统中的应用，设计了模块的硬件电路，根据本应用环境的因素，利用两种滤波方法的优点对输出信号进行了处理，达到了理想的输出效果，精确地反馈了太阳能电池板俯仰角度，使得对太阳的跟踪实时有效，提高了太阳能电池板的接收效率。