太陽跟蹤儀裝置及二維太陽跟蹤儀步進電機控制接口的製作方法
2023-06-08 21:10:21 1
專利名稱：太陽跟蹤儀裝置及二維太陽跟蹤儀步進電機控制接口的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及機電控制技術領域。特別是一種太陽跟蹤儀裝置及二維太陽跟蹤儀步進電機控制接口。
背景技術：
目前國內在一般氣象輻射觀測中，直接日射測量的一個難點是跟蹤太陽不準，器具大多採用赤道架式的一維同步跟蹤儀，由時鐘電機驅動機械裝置跟蹤，其主要的弊病是做不到全自動，每天還需人工調整太陽傾角，遇到陰天或多雲天氣，調整跟蹤困難，觀測效果往往達不到要求。目前，國外產品有微機控制的二維跟蹤儀可滿足準確跟蹤的要求，但其產品都是配專用控制微機，專用驅動電路，且控制微機至跟蹤儀的控制線距離短，一般氣象觀測場至觀測室的距離都較遠，不能隨意安裝使用，產品價格過於昂貴。
發明內容
本實用新型的目的在於提供一種太陽跟蹤儀裝置及二維太陽跟蹤儀步進電機控制接口。
解決太陽直接輻射觀測跟蹤器的難點問題，實現長距離控制，實現水平、俯仰兩維同步跟蹤太陽，設計程序以地球對太陽的運行軌跡計算觀測點控制數據，驅動步進電機控制太陽跟蹤儀，準確度得到保證，可全天候自動連續工作。設計通用的、經濟的計算機與步進電機驅動器的接口，簡單實用，便於推廣。
發明技術方案採用商品化步進電機驅動器，研製計算機控制信號輸出接口和與步進電機驅動器控制信號接收接口。採用標準件組合，模塊化設計，信號輸出接口至信號接收接口實現遠距離連接，產品便於維修更換，操作簡單。
研製的跟蹤儀控制接口和軟體只要有286以上計算機一臺，配以接口板和軟體即可控制步進電機按要求工作。
一種太陽跟蹤儀裝置，包括計算機控制軟體接口(10)，列印口控制信號輸出接口(1)，控制信號接收接口(2)，X、Y方向控制光電開關(3)以及太陽跟蹤儀(12)；計算機控制軟體接口(10)通過列印口連接於控制信號輸出接口(1)，經過網線連接到控制信號接收接口(2)，控制信號接收接口(2)的輸出連接到太陽跟蹤儀(12)，太陽跟蹤儀(12)連接到X、Y方向控制光電開關(3)，X、Y方向控制光電開關(3)連接到控制信號接收接口(2)。
太陽跟蹤儀步進電機驅動器控制信號接收接口，提供驅動器需要的驅動脈衝和方向控制電平。
信號控制設計，計算機列印口D0，D1，D2，D3按照十六進位編碼，可以實現高低電平的變化，改變一次高低電平可作一個步進脈衝信號，用循環語句的次數實現步進電機的驅動步數，同時用D0作步進脈衝信號，D1作電機選擇信號，D2作復位、移出原位信號，D3作方向控制信號。依舊計算機主頻率不同，調整循環語句的延時時間，可調整脈寬時間，滿足步進電機對脈寬時間的要求，因為步進電機要求脈寬時間5微秒以上。
舉例在本機中控制程序水平正轉50步FOR J＝1 TO 50OUT(H378)，H1AFOR JJ＝1 TO 100NEXT JJOUT(H378)，H1BFOR JJ＝1 TO 100NEXT JJNEXT JOUT(H378)，H1B水平反轉300步FOR J＝1 TO 300OUT(H378)，H12FOR II＝1 TO 100NEXT IIOUT(H378)，H13FOR II＝1 TO 100NEXT IINEXT J
圖1是本實用新型的太陽跟蹤儀裝置組成框圖。
圖2是太陽跟蹤儀實物圖。
圖3是本實用新型的二維太陽跟蹤儀步進電機控制接口電路方框圖。
圖4是圖3中步進電機驅動電路輸出埠電路圖。
圖5是圖3中步進電機驅動電路接收埠電路圖。
圖6是圖3中復位信號控制電路圖。
具體實施方式
圖1太陽跟蹤儀裝置中，包括計算機控制軟體，列印口，控制信號輸出接口(信號發送部分)1，控制信號接收接口(信號接收部分)2，X、Y方向控制光電開關3以及太陽跟蹤儀。工作過程是計算機控制軟體控制信號通過列印口傳送到控制信號輸出接口1，控制信號輸出接口1通過網線，例如400米網線，傳送到控制信號接收接口2，控制信號接收接口2通過邏輯電路控制電子開關和利用復位信號3，選擇太陽跟蹤儀X、Y轉動方向轉動，達到控制太陽跟蹤儀。
圖2是太陽跟蹤儀實物圖，外型雙臂側面U型遮光球隨動杆，不鏽鋼圓球遮光。
圖3中，二維太陽跟蹤儀步進電機控制接口由信號發送部分1和信號接收部分2以及傳輸線阻成。信號發送部分1包括計算機列印口經光隔離，信號功率提升4，長距離驅動電路接口5，9針接插件6。信號接收部分2包括9針接插件7，長距離傳輸接口電路8，信號邏輯控制電路9，驅動俯仰轉動電機插口3，驅動水平轉動電機插口4，俯仰方向復位信號插口1，水平方向復位信號插口2，光電開關電路板(3、3)。工作過程是發送部分1的計算機列印口的信號依次同步傳送給光隔離，信號功率提升4，長距離驅動電路接口5，9針接插件6再通過傳輸線，例如可達1000米長的傳輸線傳送到信號接收部分2，再依次傳送給9針接插件7，長距離傳輸接口電路8，信號邏輯控電路制電路9，俯仰方向復位信號插口3，水平方向復位信號插口4，光電開關電路板3、3。
圖4的步進電機驅動電路輸出埠電路，其中Z1是計算機列印口，信號光隔離和功率提升4，由光電隔離器件U05、U06、U07、U08和反向器U13C、U13D、U13E、U13F串聯組成，光電隔離器件的輸出信號由反向器放大。光電隔離器件的型號是4N32，反向器是4069。長距離驅動電路接口8由驅動器U14A、U14B、U14C、U14D組成，型號是MC3487。Z2是9針接插件，驅動信號經9針接插件輸出。
圖5的步進電機驅動電路接收埠電路，Z3是9針接插件，，信號接收部分2中，長距離傳輸接口電路8由接收放大器U39A、U39B、U39C、U39D組成，U39C串聯有轉換放大器U42A和U42B，U39D串聯有轉換放大器U40A，放大器U39A、U39B、U39C、U39D型號是MC3486，轉換放大器U42A、U42B型號是7407，轉換放大器U40A型號是CD4069，9針接插件的輸入信號分別經過上述輸出轉換放大器放大。信號邏輯控電路制電路9由異或門、反向器、可控開關組成，放大器U39B連接到異或門U41A和U41D再分別連接到反向器U40E和U40B，反向器U39D一路經放大器U40A連接到可控開關U30A，可控開關U30A與可控開關U30B串聯，另一路連接到可控開關U30C，可控開關U30C與可控開關U30D串聯，放大器U39A分別連接到可控開關U30A和可控開關U30C，其中，U30A和U30B串聯輸出到放大器U42E，U30C和U30D串聯輸出到放大器U42F。放大器U42A和放大器U42E的輸出連接到俯仰步進電機驅動器插控口輸出，放大器U42B和和U42F的輸出連接到水平步進電機驅動器插控口輸出，光電開關電路板(3、3)的復位信號分別連接到異或門U41A和U41D。
異或門U41A和U41D型號是CD4070，反向器U40E和U40B型號是4069，可控開關U30A、U30B、U30C、U30D型號是CD4066，放大器U42E、U42F型號是7407。
圖6的復位信號控制電路，光電開關電路板3、3由光電開關器件U52和U56組成，其型號為GW102。光電開關器件分別對應水平轉動定位檔板和俯仰轉動定位檔板安裝。
跟蹤儀水平轉動和俯仰轉動是通過步進電機帶動減速蝸輪付實現的，蝸杆和蝸輪齒有嚙合間隙，並且隨著使用磨損間隙會加大，採用定位檔板進入與離開光電開關產生的高、低變化電平，結合軟體發出的指令，在正常跟蹤開始前消除齒輪間隙。工作情況以水平驅動說明如下跟蹤儀復位時水平反轉，此時軟體命令D2口給高電平，復位信號低電平，異或門U41D輸出高，經U40B反相，選通U30D，驅動脈衝通過，步進電機轉動。當檔板進入光電開關，復位信號由低電平變高電平，異或門U41D電平變低，經U40B反相，關斷U30D電子開關，跟蹤儀停止轉動，復位完成，此時間隙在反向運動的一邊，既需要正常轉動跟蹤太陽的一方，因此在開始跟蹤前，復位信號是高電平，軟體命令D2口為低，使電子開關U30D選通，跟蹤儀正轉，當檔板剛剛離開光電開關，復位信號電平變低，異或門U41D輸出狀態改變，電子開關U30D關斷，跟蹤儀停在起點位置準備正常跟蹤，間隙已經消除。在軟體計算出跟蹤步數後，命令D2口為高電平，選通電子開關U30D，驅動脈衝送達步進電機驅動器。(注意D0，D1，D2，D3信號是平行發出的，此處省略其它說明)。
太陽跟蹤儀用於對太陽直接輻射和分光輻射的觀測研究，二維太陽跟蹤儀實現了準確的自動、連續跟蹤太陽進行觀測的要求，二維太陽跟蹤儀步進電機控制接口，實現了由普通計算機，通用軟體即可控制二維太陽跟蹤儀準確跟蹤太陽的目的，接口的直接作用是控制2臺步進電機進行正、反方向的運動，適用於其它用於相類似的場合。
本實用新型的優點和效果跟蹤儀觀測太陽輻射準確度得到保證，可全天候自動連續工作。所設計的通用、經濟的計算機與步進電機驅動器的接口，簡單實用，採用的是標準件組合，便於維修更換，操作簡單。實現遠距離控制，便於推廣使用。
與軟體結合使用可使太陽跟蹤儀連續自行運轉，不必每天開關計算機，如遇中途停電，在電源接通後儀器自動補償停機時間造成的跟蹤丟步，恢復準確跟蹤，還可隨時令跟蹤儀復位，復位由光電開關控制，定位準確。
實施例實現長距離控制觀測。安裝於320米氣象觀測鐵塔上，用於城市汙染成分變化機理和汙染物在邊界層梯度變化與太陽輻射的作用關係研究。
權利要求1.一種太陽跟蹤儀裝置，其特徵在於，包括計算機控制軟體接口(10)，列印口控制信號輸出接口(1)，控制信號接收接口(2)，X、Y方向控制光電開關(3)以及太陽跟蹤儀(12)；計算機控制軟體接口(10)通過列印口連接於控制信號輸出接口(1)，經過網線連接到控制信號接收接口(2)，控制信號接收接口(2)的輸出連接到太陽跟蹤儀(12)，太陽跟蹤儀(12)連接到X、Y方向控制光電開關(3)，X、Y方向控制光電開關(3)連接到控制信號接收接口(2)。
2.根據權利要求1的太陽跟蹤儀裝置，其特徵在於，太陽跟蹤儀中包含有二維太陽跟蹤儀步進電機控制接口，其中，信號發送部分(1)包括計算機列印口信號光隔離器和信號功率提升(4)，長距離驅動電路接口(5)，9針接插件(6)；信號接收部分(2)包括9針接插件(7)，長距離傳輸接口電路(8)，信號邏輯控制電路(9)，光電開關電路板(3，3)；發送部分(1)的計算機列印口輸出的信號同步傳送給光隔離器並將信號功率提升(4)，長距離驅動電路接口(5)，9針接插件(6)再通過傳輸線，傳送到信號接收部分(2)，信號經9針接插件(7)，長距離傳輸接口電路(8)，信號邏輯控制電路(9)和俯仰方向復位信號插口1，水平方向復位信號插口2連接的光電開關電路板(3、3)。
3.根據權利要求1或2的太陽跟蹤儀裝置，其特徵在於，信號發送部分(1)中，光隔離器，信號功率提升(4)由光電隔離器件U05、U06、U07、U08和反向器U13C、U13D、U13E、U13F分別串聯組成，光電隔離器件的輸出信號由反向器放大。
4.根據權利要求3的太陽跟蹤儀裝置，其特徵在於，光電隔離器件U05、U06、U07、U08的型號是4N32，反向器U13C、U13D、U13E、U13F型號是4069。
5.根據權利要求1或2的太陽跟蹤儀裝置，其特徵在於，長距離驅動電路接口(8)由驅動器U14A、U14B、U14C、U14D組成，驅動信號經9針接插件(9)輸出。
6.根據權利要求5的太陽跟蹤儀裝置，其特徵在於，驅動器U14A、U14B、U14C、U14D型號是MC3487。
7.根據權利要求1或2的太陽跟蹤儀裝置，其特徵在於，信號接收部分(2)中，長距離傳輸接口電路(8)由接收放大器U39A、U39B、U39C、U39D組成，U39C串聯有轉換放大器U42A和U42B，U39D串聯有轉換放大器U40A，9針接插件的輸出信號分別經過上述輸出轉換器提升信號驅動輸出。
8.根據權利要求7的太陽跟蹤儀裝置，其特徵在於，放大器U39A、U39B、U39C、U39D型號是MC3486，轉換放大器U42A、U42B型號是7407，轉換放大器U40A型號是CD4069。
9.根據權利要求1或2的太陽跟蹤儀裝置，其特徵在於，信號邏輯控電路制電路(9)由異或門、反向器、可控開關組成，放大器U39B連接到異或門U41A和U41D再分別連接到反向器U40E和U40B，反向器U39D一路經放大器U40A連接到可控開關U30A，可控開關U30A與可控開關U30B串聯，另一路連接到可控開關U30C，可控開關U30C與可控開關U30D串聯，放大器U39A分別連接到可控開關U30A和可控開關U30C，其中，U30A和U30B串聯輸出到放大器U42E，U30C和U30D串聯輸出到放大器U42F。
10.根據權利要求9的太陽跟蹤儀裝置，其特徵在於，異或門U41A和U41D型號是CD4070，反向器U40E和U40B型號是4069，可控開關U30A、U30B、U30C、U30D型號是CD4066，放大器U42E、U42F型號是7407。
11.根據權利要求8的太陽跟蹤儀裝置，其特徵在於，放大器U42A和放大器U42E的輸出連接到俯仰步進電機驅動器插控口輸出，放大器U42B和和U42F的輸出連接到水平步進電機驅動器插控口輸出，光電開關電路板(3、3)的復位信號分別連接到異或門U41A和U41D。
12.根據權利要求1或2的太陽跟蹤儀裝置，其特徵在於，光電開關電路板(3、3)由光電開關器件U52和U56組成，其型號為GW102，在光電開關器件中組合應用水平轉動定位檔板和俯仰轉動定位檔板。
專利摘要本實用新型涉及太陽跟蹤儀裝置及二維太陽跟蹤儀步進電機控制接口。裝置包括控制信號輸出接口，控制信號接收接口，X、Y方向控制光電開關以及太陽跟蹤儀；二維太陽跟蹤儀步進電機控制接口包括信號發送部分光隔離計算機列印口信號和功率提升，長距離驅動電路接口，9針接插件；信號接收部分長距離傳輸接口，信號邏輯控制電路，水平方向和俯仰方向光電開關電路板。太陽跟蹤儀用於對太陽直接輻射和分光輻射的觀測，二維太陽跟蹤儀能準確的自動、連續跟蹤太陽進行觀測的要求，其步進電機控制接口，實現由普通計算機，控制二維太陽跟蹤儀準確跟蹤太陽的目的，接口直接作用是控制2臺步進電機進行正、反方向的運動，適用於其它類似的場合。
文檔編號F24J2/38GK2788094SQ20042000646
公開日2006年6月14日 申請日期2004年3月31日 優先權日2004年3月31日
發明者劉廣仁, 王躍思, 王炳忠, 張文 申請人:中國科學院大氣物理研究所