基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 208399939 U(45)授权公告日 2019.01.18

(21)申请号 201820807838.5(22)申请日 2018.05.29

(73)专利权人 西安理工大学

地址 710048 陕西省西安市金花南路5号(72)发明人 石坤　

(74)专利代理机构 西安弘理专利事务所 61214

代理人 常娥(51)Int.Cl.

G05B 19/042(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图4页

(54)实用新型名称

基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置(57)摘要

本实用新型公开了基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置及控制方法，主要针对现有技术中的光伏跟踪支架自动跟踪控

操作繁琐、性价比不高的问题，制系统功能重叠、

提供了一种基于单片机和modbus通讯协议的多功能光伏跟踪支架自动跟踪控制系统，降低控制系统成本，简化安装调试方法，提高整个系统的应用简便性和灵活性。

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权　利　要　求　书

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1.基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置，其特征在于，包括中心控制器(1)，所述中心控制器(1)通过485口或以太网口与上位机(2)通过编程协议进行通信，所述中心控制器(1)连接有若干个跟踪支架控制器(3)；

所述中心控制器(1)包括单片机a(4)，所述单片机a(4)分别连接电源模块a(5)、时钟模块(6)、风速传感器(7)，所述单片机a(4)还分别双向连接初始参数设定模块(8)和通讯模块a(9)，所述通讯模块a(9)与上位机(2)之间双向连接，所述通讯模块a(9)与若干个从跟踪支架控制器(3)之间通过有线或无线通讯连接；

每个所述跟踪支架控制器(3)均包括单片机b(10)，所述单片机b(10)分别连接电源模块b(11)、工作模式设定模块(12)，所述单片机b(10)分别连接显示模块a(13)和电机驱动模块(14)，所述电机驱动模块(14)连接电机(22)；所述单片机b(10)双向连接通讯模块b(15)，所述通讯模块b(15)与通讯模块a(9)双向连接，所述通讯模块b(15)连接转角传感器(16)，所述单片机b(10)上还设置有限位开关(21)。

2.根据权利要求1所述的基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置，其特征在于，所述初始参数设定模块(8)包括输入模块a(17)和显示模块b(18)，所述输入模块a(17)与所述单片机a(4)连接，所述显示模块b(18)与所述单片机a(4)连接。

3.根据权利要求1所述的基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置，其特征在于，所述工作模式设定模块(12)包括贴片开关(19)和输入模块b(20)，所述贴片开关(19)与所述单片机b(10)连接，所述输入模块b(20)与所述单片机b(10)连接，所述输入模块b(20)上设置有正转按键和反转按键。

4.根据权利要求2所述的基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置，其特征在于，所述单片机a(4)为C8051Fxxx系列单片机。

5.根据权利要求4所述的基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置，其特征在于，所述单片机b(10)为C8051Fxxx系列单片机。

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基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置

技术领域

[0001]本实用新型属于太阳能光伏发电设备技术领域，涉及基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置。

背景技术

[0002]与光伏固定支架相比，光伏发电平单轴、斜单轴、双轴等跟踪支架可以让光伏组件的摆放角度随着太阳位置的变化而变化，太阳能量的采集会大大增加，太阳能的转化率会明显增大，提高光伏组件发电效率。目前，在光伏发电平单轴、斜单轴、双轴等跟踪支架组中，各个跟踪支架通常以PLC为控制核心建立控制系统，各个跟踪支架控制系统之间是相互独立的，且各个跟踪支架自动控制系统中有若干功能是相同的，造成了各个跟踪支架控制系统若干功能组成部件重叠、操作繁琐、应用简便性差。实用新型内容

[0003]本实用新型的目的是提供基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置，解决了现有技术中存在的成本高、外接线路多的问题。[0004]本实用新型所采用技术方案是，基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置，包括中心控制器，中心控制器通过485口或以太网口与上位机通过编程协议进行通信，中心控制器连接有若干个跟踪支架控制器；[0005]中心控制器包括单片机a，单片机a分别连接电源模块a、时钟模块、风速传感器，单片机a还分别双向连接初始参数设定模块和通讯模块a，通讯模块a与上位机之间双向连接，通讯模块a与若干个从跟踪支架控制器之间通过有线或无线通讯连接；[0006]本实用新型的特点还在于：

[0007]每个跟踪支架控制器均包括单片机b，单片机b分别连接电源模块b、工作模式设定模块，单片机b分别连接显示模块a和电机驱动模块，电机驱动模块连接电机；单片机b双向连接通讯模块b，通讯模块b与通讯模块a双向连接，通讯模块b连接转角传感器。[0008]初始参数设定模块包括输入模块a和显示模块a，输入模块a与单片机a连接，显示模块a与单片机a连接。

[0009]工作模式设定模块包括贴片开关和输入模块b，贴片开关与单片机b连接，输入模块b与单片机b连接，输入模块b上设置有正转按键和反转按键。[0010]单片机b上还设置有限位开关。[0011]单片机a为C8051Fxxx系列单片机。[0012]单片机b为C8051Fxxx系列单片机。[0013]本实用新型的有益效果是：提高整个控制系统的应用简便性和性价比，简化控制系统外接线路，便于后期维护升级，有利于减少安装工序提高安装进度。附图说明

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图1是本实用新型基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置的结构

示意图；

[0015]图2是本实用新型基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置的中心控制器的结构示意图。；

[0016]图3是本实用新型基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置的光伏发电跟踪支架控制器的示意图；

[0017]图4是本实用新型基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置的系统软件控制流程图。[0018]图中，1.中心控制器，2.上位机，3.跟踪支架控制器，4.单片机a，5.电源模块a，6.时钟模块，7.风速传感器，8.初始参数设定模块，9.通讯模块a，10.单片机b，11.电源模块b，12.工作模式设定模块，13.显示模块a，14.电机驱动模块，15.通讯模块b，16.转角传感器，17.输入模块a，18.显示模块b，19.贴片开关，20.输入模块b，21.限位开关，22.电机。具体实施方式

[0019]下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

[0020]本实用新型基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置，如图1所示，包括中心控制器1，中心控制器1通过485口或以太网口与上位机2进行通信，上位机2内部设置有编程控制器，通过编程协议进行通信，中心控制器1与若干个跟踪支架控制器3连接，每个跟踪支架控制器3之间相互独立；[0021]如图2所示，中心控制器1包括单片机a4，单片机a4分别连接电源模块a5、时钟模块6、风速传感器7，单片机a4还分别双向连接初始参数设定模块8和通讯模块a9，通讯模块a9与上位机2之间双向连接，通讯模块a9与若干个跟踪支架控制器3之间通过有线或无线通讯连接，中心控制器1和各跟踪支架控制器3之间基于modbus协议实现数据传送；中心控制器1主要负责根据光伏跟踪支架安装地点坐标、当天太阳时、支架间布局信息计算光伏跟踪支架的跟踪角度和反跟踪角度，计算光伏跟踪支架的转角理论值包含跟踪角度和反跟踪角度，并定时向各个光伏支架跟踪控制器3发送转动角度控制指令，收接各个跟踪支架控制器3上传的跟踪支架转角等数据，以及定时向上位机2上传各跟踪支架实时转角、实时风速数据。

[0022]如图3所示，每个跟踪支架控制器3均包括单片机b10，单片机b10分别连接电源模块b11、工作模式设定模块12，单片机b10分别连接显示模块a13和电机驱动模块14，电机驱动模块15连接电机22；单片机b10双向连接通讯模块b16，通讯模块b16与通讯模块a9双向连接，通讯模块b16连接转角传感器17。

[0023]跟踪支架控制器3主要负责根据接收到的控制指令，驱动跟踪支架转动，采集跟踪支架实时转角，以及向中心控制器1上传跟踪支架的实时转角。[0024]初始参数设定模块8包括输入模块a17和显示模块a18，输入模块a17与单片机a4连接，显示模块a18与单片机a4连接。

[0025]工作模式设定模块12包括贴片开关20和输入模块b21，贴片开关20与单片机b10连接，输入模块b21与单片机b10连接，输入模块b21上设置有正转按键和反转按键及自动/手动模式切换按键，通过按动实现自动模式和手动模式的转换的切换。工作模式设定模块12

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将贴片开关20和输入模块b21的功能集成一体，减少了线路的使用和安装，简便性和性价比，简化控制系统外接线路，便于后期维护升级，有利于减少安装工序提高安装进度。[0026]贴片开关20用于设定各支架驱动控制器的地址编号。[0027]单片机b10上还设置有限位开关22。[0028]单片机a4为C8051Fxxx系列单片机，单片机b10为C8051Fxxx系列单片机。[0029]如图4所示，光伏发电支架组自动跟踪的控制方法，采用基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置，具体步骤如下：[0030]步骤1、分别开启电源模块a5和电源b11，通过设置初始参数设定模块8，对中心控制器1进行应用地经纬度、支架布局和支架外观尺寸的初始参数设置；通过设置工作模式设定模块12进行跟踪支架控制器3的ID号和手动/自动工作模式的初始参数设置，则各跟踪支架控制器3ID号不同，工作模式为手动模式或自动模式；[0031]步骤2、单片机a4通过通讯模块a9接收上位机2的控制指令，定时采集风速传感器7和时钟模块6，获得采集时刻的风速和时间；[0032]步骤3、单片机a4判断当前风速和时间是否在设定的工作许可范围，当符合要求时，即当地太阳时与12差值的绝对值小于等于设定值和风速小于等于设定值两个条件同时满足时控制系统可正常工作，中心控制器1根据步骤1设定的应用初始参数，计算出各光伏发电跟踪支架的转角理论值，单片机a4通过通讯模块b15采用广播方式通过modbus通讯协议向各跟踪支架控制器3的单片机b10群发工作指令和光伏发电跟踪支架的转角理论值；当实时风速值和时间不符合要求时，即当地太阳时与12差值的绝对值大于设定值和风速大于设定值两个条件至少满足一个时，单片机a4通过通讯模块b15采用广播方式通过modbus通讯协议向各跟踪支架控制器3的单片机b10发送放平的控制指令；[0033]步骤4、各跟踪支架控制器3接收放平的控制指令，并且各跟踪支架控制器3通过转角传感器16定时采集各跟踪支架的转角实际值；[0034]步骤5、各跟踪支架控制器3通过对比跟踪支架的转角理论值和转角实际值的大小，根据转角理论值和转角实际值的大小驱动电机转动；在自动模式下，跟踪控制器通过电机驱动模块15自动驱动电机23转动；在手动模式下，按动输入模块b21上的正转按键和反转按键，手动控制电机23正、反转。[0035]步骤6、中心控制器1与不同ID号的各跟踪支架控制器3进行基于modbus通讯协议的通讯，各跟踪支架控制器3依次向中心控制器1上传各光伏跟踪支架的当前转角实际值；[0036]步骤7、中心控制器1根据接收到的上位机2的控制指令，定时向上位机2发送各跟踪支架理论计算转角值和转角实际值。

[0037]本实用新型基于单片机的光伏发电跟踪支架组主从式自动控制装置，其优点在于：通过采用中心控制器集中进行跟踪算法的计算，支架驱动控制器只需进行电机驱动和转动角度采集，支架驱动控制器可选用计算性能一般的单片机；该系统在不同地区使用时只需对中心控制器程序进行适当修改，不用对支架驱动控制器的程序进行修改，提高整个控制系统的应用简便性和性价比，简化控制系统外接线路，便于后期维护升级，有利于减少安装工序提高安装进度。

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图1

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图2

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图3

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图4

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