2.2.1 硬件電路設(shè)計(jì)

　　傾角傳感器模塊安裝在太陽能電池板的下表面，完成支架傾角的采集。工作狀態(tài)下，SCA60C的模擬電壓輸出信號(hào)輸入到單片機(jī)的A/D采集端口，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量信號(hào)通過串口與主控箱中的單片機(jī)通信，完成角度反饋，其硬件電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

　　2.2.2 軟件設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)的8路A/D口需要通過對(duì)ADC_CONTR寄存器中CHS0\CHS1\CHS2三位的設(shè)置來選擇使用的模擬輸入通道，并且必須將其設(shè)置為開漏模式或高阻模式，即需要對(duì)P1M0(0～7)，P1M1(0～7)中相應(yīng)位進(jìn)行設(shè)置，如本例中選擇P1.2為SCA60C的電壓信號(hào)采集端，為開漏模式，則設(shè)置為：

?

　　第一次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，需給適當(dāng)延時(shí)以確保內(nèi)部模擬電源的穩(wěn)定;轉(zhuǎn)換結(jié)束后，結(jié)束標(biāo)志位需要由軟件清零。該傾角模塊軟件流程圖如圖4所示。

　　3 傾角傳感器數(shù)據(jù)采集與濾波處理

　　本文中，每隔300 ms采集一次傾角傳感器輸出電壓，電池板從0°勻速轉(zhuǎn)到90°后得到的數(shù)據(jù)如圖5所示。圖中x軸表示電池板轉(zhuǎn)動(dòng)90°所用的時(shí)間，y軸為對(duì)應(yīng)時(shí)間下傳感器輸出的電壓值。圖5中所示的傳感器輸出電壓信號(hào)顯然不能作為電池板的角度信號(hào)反饋給MCU，否則可能會(huì)導(dǎo)致俯仰方向上驅(qū)動(dòng)電機(jī)的誤動(dòng)作，產(chǎn)生意想不到的后果，因此需要進(jìn)行濾波，去除毛刺信號(hào)。

　　設(shè)傾角傳感：器輸出電壓值為xi，則每N組數(shù)據(jù)進(jìn)行平均后，得到平滑后的輸出值為：

?

　　如果N取值很大，輸出信號(hào)的平滑度則很高，但是會(huì)降低靈敏度，且還受到本文中所選擇單片機(jī)RAM的大小的限制;N取值很小則又達(dá)不到濾波效果。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本應(yīng)用中N取20可得到很好的濾波效果。

　　由圖5可以看出，輸出信號(hào)脈沖干擾信號(hào)很多，所以必須要做限幅處理。限幅濾波設(shè)置一個(gè)閾值，如果前后兩次輸出值的差值小于等于這個(gè)閾值時(shí)，本次值有效;相反則舍棄本次值，同時(shí)用上次值代替本次值。本文依據(jù)太陽初升及落山時(shí)刻，電池板初始對(duì)準(zhǔn)及回收動(dòng)作下的電壓變化最大幅值設(shè)置閾值?？伤愕闷渥畲筠D(zhuǎn)動(dòng)速度為0.75°/s，則對(duì)應(yīng)的輸出電壓最大差值應(yīng)該為25mV。

　　本方法有效地結(jié)合了限幅濾波和算術(shù)平均濾波各自的優(yōu)點(diǎn)，先利用限幅濾波算法去除了超出閾值的無效脈沖數(shù)據(jù)，再使用算術(shù)平均濾波平滑輸出信號(hào)，輸出信號(hào)效果圖如圖6所示。

　　可以看出，其平滑度有了很大的改善，滿足了控制系統(tǒng)的要求，表明了此聯(lián)合濾波算法的應(yīng)用是有效的。

　　4 結(jié)語

　　本文研究了傾角傳感器在太陽能跟蹤發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了模塊的硬件電路，根據(jù)本應(yīng)用環(huán)境的因素，利用兩種濾波方法的優(yōu)點(diǎn)對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行了處理，達(dá)到了理想的輸出效果，精確地反饋了太陽能電池板俯仰角度，使得對(duì)太陽的跟蹤實(shí)時(shí)有效，提高了太陽能電池板的接收效率。