一种基于RTOS的光伏支架跟踪控制器的制作方法

一种基于rtos的光伏支架跟踪控制器
技术领域
1.本发明涉及光伏跟踪器控制技术领域，尤其涉及一种基于rtos的光伏支架跟踪控制器。


背景技术：

2.太阳能跟踪控制器是保持太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，采用太阳能跟踪控制器能显著提高太阳能光伏组件的发电效率。
3.但是随着光伏产业的发展，光伏系统对组件实时性的要求越来越高。一般光伏电站以一定地理区域划分一个方阵，一个方阵仅含一个数据采集器，和上百台光伏跟踪器。数据采集器使用了串口接收中断，光伏跟踪器设备频繁回传数据将导致跟踪器的串口接收中断占用了较多cpu开销，影响了其他事务的进行，现有光伏支架控制器裸跑对各任务轮询执行，cpu利用率低，系统响应速度不够及时。
4.为此，我们提出一种基于rtos的光伏支架跟踪控制器。


技术实现要素：

5.本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种基于rtos的光伏支架跟踪控制器。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种基于rtos的光伏支架跟踪控制器，跟踪器包括控制模块(cpu)、模拟量采集模块、开关量采集模块、rtc时钟模块、数据存储模块、脉冲输出模块、通信模块，模拟量采集模块、开关量采集模块、脉冲输出模块、通信模块、rtc时钟模块及数据存储模块分别与控制模块(cpu)连接，跟踪器的mcu串行uart接口采用idle空闲中断 dma数据传输。
7.作为优选，所述模拟量采集模块、开关量采集模块、脉冲输出模块及通信模块分别与控制模块(cpu)连接。
8.作为优选，所述通信模块用于控制模块(cpu)与外部的数据通信或命令，将接收到的指令下发给控制模块(cpu)。
9.作为优选，所述模拟量采集模块的模拟量通道可测量跟踪器驱动电流、电压及环境温度，并将测量的数据传送给控制模块(cpu)，开关量采集模块用于采集按键状态、电机硬限位开关状态，并传送给控制模块(cpu)。
10.作为优选，所述控制模块(cpu)根据接收的指令，对接收的模拟量、开关量信号数据进行分析处理，并做出相应动作。
11.作为优选，所述脉冲输出模块用于输出pwm驱动脉冲，驱动电机转动。
12.作为优选，所述rtc时钟模块为太阳高度角和方位角的计算统提供精确的时间基准。
13.作为优选，所述数据存储模块用于保存系统运行的参数。
14.作为优选，所述通信模块使用标准modbus通讯协议连接主控模块。
15.作为优选，所述控制模块(cpu)根据rtc时钟模块计算太阳高度角和方位角，依据数据存储模块中的参数，对数据进行分析得出结果，控制脉冲输出模块从相应通道输出pwm驱动脉冲进行相应的控制操作。
16.有益效果
17.本发明提供了一种基于rtos的光伏支架跟踪控制器。具备以下有益效果：
18.(1)、该一种基于rtos的光伏支架跟踪控制器，本光伏支架跟踪控制器的uart接口数据采用idle空闲中断 dma数据传输，提高了数据响应的实时性，同时跟踪器采用rt_thread操作系统同时运行各功能任务，提高任务运行效率，从而提升跟踪器的系统响应性能，为光伏跟踪系统的稳定运行及数据传输的可靠性提供了保证。
19.(2)、该一种基于rtos的光伏支架跟踪控制器，通过设置有rtc时钟模块，控脉冲输出模块用于输出pwm驱动脉冲，驱动电机转动带动光伏支架上的光伏板根据不同太阳的高度角与方位角控制进行同步调节，提高对光伏作业中有效光照的利用效率，将每一块光伏板在白天都能最大限度地接收光照。
20.(3)、该一种基于rtos的光伏支架跟踪控制器，本方案中的数据存储模块采用本地服务器 云端服务器双重存储，每天晚上都将白天收集的采集数据上传到云端服务器，提高对数据收集安全性能，同时当本地数据存储占比超过百分之八十后，将本体数据与云端数据进行校对，然后将云端数据库没有的数据进行上传处理保存，然后本体数据库将多余的沉淀数据进行删除，提高本地服务器终端运算能力。
21.(4)、该一种基于rtos的光伏支架跟踪控制器，本技术方案中的脉冲输出模块采用输出pwm驱动脉冲，驱动电机转动，在电机控制中，电压越大，电机转速越快，而通过pwm输出不同的模拟电压，便可以使电机达到不同的输出转速，使用pwm控制调速是因为可以用于自动控制，软件编程给pwm不同占空比，输出的电压就不同，电机转速就不同，技术人员远程自动或者手动的来给电机不同电压，那电机转速也可以控制，滑动变阻器或者来回跟换不同电压的电源都可以，但是在实际应用中显然pwm更方便些，pwm驱动脉冲的精度高，控制效果高。
22.(5)、该一种基于rtos的光伏支架跟踪控制器，本发明技术方案的跟踪器的mcu串行uart接口采用idle空闲中断 dma数据传输，跟踪器的mcu串行uart接口采用idle空闲中断 dma数据传输的方式可以实现不定长度的数据收发，在实际使用了更加灵活，同时用户也可以把收到的数据进行处理放进自己的缓冲区。
23.(6)、该一种基于rtos的光伏支架跟踪控制器，本技术方案中的模拟量采集模块是16位a/d8通道的模拟量输入模块，可以采集电压、电流等模拟量输入信号，并且为所有通道都提供了独立的可编程的输入范围，该模块在工业测量和监控应用方面，它能够在模拟量输入通道与模块之间提供3000vdc的光隔绝保护，以避免模块和周边设备被输入线上的高压损坏。
24.(2)、该一种基于rtos的光伏支架跟踪控制器，本发明技术方案中的通信模块采用5g信号的通信模块，支持5g sa/nsa组网，向下兼容4g/3g网络制式，组网更加便捷；接口方面其满足千兆网口、串口、无线gps(预留)等接口需求，其中千兆lan口支持10/100/1000mbps自适应，实测下在线状态功耗低至40ma@12v dc，最高速率大于500mbps，产品设计
方面采用全新工业级设计，更小体积，更轻重量，更好适装性，宏电5gdtu可面向传统及新兴的各大行业小型化、嵌入式5g应用场景，提高对光伏系统组件中实时性的要求。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其他的实施附图。
26.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
27.图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例：一种基于rtos的光伏支架跟踪控制器，如图1所示，跟踪器包括控制模块(cpu)、模拟量采集模块、开关量采集模块、rtc时钟模块、数据存储模块、脉冲输出模块、通信模块，模拟量采集模块、开关量采集模块、脉冲输出模块、通信模块、rtc时钟模块及数据存储模块分别与控制模块(cpu)连接，跟踪器的mcu串行uart接口采用idle空闲中断 dma数据传输，跟踪器的mcu串行uart接口采用idle空闲中断 dma数据传输的方式可以实现不定长度的数据收发，在实际使用了更加灵活，同时用户也可以把收到的数据进行处理放进自己的缓冲区。
30.所述模拟量采集模块、开关量采集模块、脉冲输出模块及通信模块分别与控制模块(cpu)连接。
31.所述通信模块用于控制模块(cpu)与外部的数据通信或命令，将接收到的指令下发给控制模块(cpu)，本发明技术方案中的通信模块采用5g信号的通信模块，支持5g sa/nsa组网，向下兼容4g/3g网络制式，组网更加便捷；接口方面其满足千兆网口、串口、无线gps(预留)等接口需求，其中千兆lan口支持10/100/1000mbps自适应，实测下在线状态功耗低至40ma@12v dc，最高速率大于500mbps，产品设计方面采用全新工业级设计，更小体积，更轻重量，更好适装性，宏电5gdtu可面向传统及新兴的各大行业小型化、嵌入式5g应用场景。
32.所述模拟量采集模块的模拟量通道可测量跟踪器驱动电流、电压及环境温度，并将测量的数据传送给控制模块(cpu)。
33.开关量采集模块用于采集按键状态、电机硬限位开关状态，并传送给控制模块(cpu)，本技术方案中的模拟量采集模块是16位a/d8通道的模拟量输入模块，可以采集电
压、电流等模拟量输入信号，并且为所有通道都提供了独立的可编程的输入范围，该模块在工业测量和监控应用方面，它能够在模拟量输入通道与模块之间提供3000vdc的光隔绝保护，以避免模块和周边设备被输入线上的高压损坏。
34.所述控制模块(cpu)根据接收的指令，对接收的模拟量、开关量信号数据进行分析处理，并做出相应动作。
35.所述脉冲输出模块用于输出pwm驱动脉冲，驱动电机转动，在电机控制中，电压越大，电机转速越快，而通过pwm输出不同的模拟电压，便可以使电机达到不同的输出转速，使用pwm控制调速是因为可以用于自动控制，软件编程给pwm不同占空比，输出的电压就不同，电机转速就不同，技术人员远程自动或者手动的来给电机不同电压，那电机转速也可以控制，滑动变阻器或者来回跟换不同电压的电源都可以，但是在实际应用中显然pwm更方便些，pwm驱动脉冲的精度高，控制效果高。
36.所述rtc时钟模块为太阳高度角和方位角的计算统提供精确的时间基准。
37.所述数据存储模块用于保存系统运行的参数，采用本地服务器 云端服务器双重存储，每天晚上都将白天收集的采集数据上传到云端服务器，提高对数据收集安全性能，同时当本地数据存储占比超过百分之八十后，将本体数据与云端数据进行校对，然后将云端数据库没有的数据进行上传处理保存，然后本体数据库将多余的沉淀数据进行删除，提高本地服务器终端运算能力。
38.所述通信模块使用标准modbus通讯协议连接主控模块，modbus协议是一个master/slave架构的协议，有一个节点是master节点，其他使用modbus协议参与通信的节点是slave节点。每一个slave设备都有一个唯一的地址。在串行和mb 网络中，只有被指定为主节点的节点可以启动一个命令(在以太网上，任何一个设备都能发送一个modbus命令，但是通常也只有一个主节点设备启动指令)。
39.一个modbus命令包含了打算执行的设备的modbus地址。所有设备都会收到命令，但只有指定位置的设备会执行及回应指令(地址0例外，指定地址0的指令是广播指令，所有收到指令的设备都会运行，不过不回应指令)。所有的modbus命令包含了检查码，以确定到达的命令没有被破坏。基本的modbus命令能指令一个rtu改变它的寄存器的某个值，控制或者读取一个i/o端口，以及指挥设备回送一个或者多个其寄存器中的数据。
40.有许多modems和网关支持modbus协议，因为modbus协议很简单而且容易复制。它们当中一些为这个协议特别设计的。有使用有线、无线通信甚至短消息和gprs的不同实现。不过设计者需要克服一些包括高延迟和时序的问题。
41.所述控制模块(cpu)根据rtc时钟模块计算太阳高度角和方位角，依据数据存储模块中的参数，对数据进行分析得出结果，控制脉冲输出模块从相应通道输出pwm驱动脉冲进行相应的控制操作，通过设置有rtc时钟模块，控脉冲输出模块用于输出pwm驱动脉冲，驱动电机转动带动光伏支架上的光伏板根据不同太阳的高度角与方位角控制进行同步调节，提高对光伏作业中有效光照的利用效率，将每一块光伏板在白天都能最大限度地接收光照。
42.本发明的工作原理：本发明的有益效果是，uart接口数据采用idle空闲中断 dma数据传输，提高了数据响应的实时性，同时跟踪器采用rt_thread操作系统同时运行各功能任务，提高任务运行效率，从而提升跟踪器的系统响应性能，为光伏跟踪系统的稳定运行及数据传输的可靠性提供了保证。
43.通过设置有rtc时钟模块，控脉冲输出模块用于输出pwm驱动脉冲，驱动电机转动带动光伏支架上的光伏板根据不同太阳的高度角与方位角控制进行同步调节，提高对光伏作业中有效光照的利用效率，将每一块光伏板在白天都能最大限度地接收光照。
44.本方案中的数据存储模块采用本地服务器 云端服务器双重存储，每天晚上都将白天收集的采集数据上传到云端服务器，提高对数据收集安全性能，同时当本地数据存储占比超过百分之八十后，将本体数据与云端数据进行校对，然后将云端数据库没有的数据进行上传处理保存，然后本体数据库将多余的沉淀数据进行删除，提高本地服务器终端运算能力。
45.本技术方案中的脉冲输出模块采用输出pwm驱动脉冲，驱动电机转动，在电机控制中，电压越大，电机转速越快，而通过pwm输出不同的模拟电压，便可以使电机达到不同的输出转速，使用pwm控制调速是因为可以用于自动控制，软件编程给pwm不同占空比，输出的电压就不同，电机转速就不同，技术人员远程自动或者手动的来给电机不同电压，那电机转速也可以控制，滑动变阻器或者来回跟换不同电压的电源都可以，但是在实际应用中显然pwm更方便些，pwm驱动脉冲的精度高，控制效果高。
46.本发明技术方案的跟踪器的mcu串行uart接口采用idle空闲中断 dma数据传输，跟踪器的mcu串行uart接口采用idle空闲中断 dma数据传输的方式可以实现不定长度的数据收发，在实际使用了更加灵活，同时用户也可以把收到的数据进行处理放进自己的缓冲区。
47.本技术方案中的模拟量采集模块是16位a/d8通道的模拟量输入模块，可以采集电压、电流等模拟量输入信号，并且为所有通道都提供了独立的可编程的输入范围，该模块在工业测量和监控应用方面，它能够在模拟量输入通道与模块之间提供3000vdc的光隔绝保护，以避免模块和周边设备被输入线上的高压损坏。
48.本发明技术方案中的通信模块采用5g信号的通信模块，支持5g sa/nsa组网，向下兼容4g/3g网络制式，组网更加便捷；接口方面其满足千兆网口、串口、无线gps(预留)等接口需求，其中千兆lan口支持10/100/1000mbps自适应，实测下在线状态功耗低至40ma@12v dc，最高速率大于500mbps，产品设计方面采用全新工业级设计，更小体积，更轻重量，更好适装性，宏电5gdtu可面向传统及新兴的各大行业小型化、嵌入式5g应用场景。
49.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
50.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
51.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时
针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
52.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
53.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。