為合理有效地利用太陽能,設(shè)計了一種基于單片機的太陽能陽光自動跟蹤系統(tǒng),跟蹤裝置采用三自由度機構(gòu),實現(xiàn)了對太陽高度角和方位角的實時跟蹤,并著重分析了系統(tǒng)的硬件設(shè)計。實驗表明,該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對太陽的任意方向檢測并迅速跟蹤,系統(tǒng)性能穩(wěn)定,可以用在陽光輸送機和光伏發(fā)電中,提高了太陽能的利用率,可以實現(xiàn)各種天氣狀況下的太陽自動跟蹤,精度高,具有廣泛的應(yīng)用前景。 

【文章來源】：機械制造與自動化. 2018,47(01)

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

陽光自動跟蹤系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

個或者2個因為黑盒的阻擋，而相對其余的光敏電阻感光強度相對較弱。因此經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換后電壓會偏低，這時單片機即可粗略判斷太陽的大概位置，驅(qū)動電機工作，使得聚光系統(tǒng)逐漸對準(zhǔn)太陽。當(dāng)聚光系統(tǒng)驅(qū)動到快要對準(zhǔn)太陽的時候，4，5，6，7號光敏電阻已經(jīng)無法判斷是否精確對準(zhǔn)。這時進行細(xì)調(diào)的0、1、2、3號光敏電阻開始發(fā)揮作用。1．2驅(qū)動電源在保證跟蹤精度條件下，盡量減小能源消耗，據(jù)此設(shè)計驅(qū)動電機每24s轉(zhuǎn)動一次的特點，將通常采用的蓄電池改換成電容，既延長了壽命，又降低了成本，而且體積也同時減小了，原理圖見圖3。圖3驅(qū)動電源中電容代替電池原理圖1．3信號產(chǎn)生和處理陽光傳感器將太陽光信息轉(zhuǎn)化成電壓信號，再由信號處理電路將其轉(zhuǎn)化為供單片機AD口轉(zhuǎn)化的0V～5V電壓，通過AD轉(zhuǎn)化即可將陽光強度轉(zhuǎn)化成0－255的十進制數(shù)。這8個十進制數(shù)則表示了光照強度。將單片機輸出的8個十進制數(shù)命名為S0～S7。經(jīng)過試驗，當(dāng)S4，S5，S6，S7的和值≥220時，認(rèn)為有適當(dāng)強度的光照，并開始調(diào)節(jié);這里采用的是比較調(diào)節(jié)法，外部判斷條件如表1，內(nèi)部判斷條件如表2，當(dāng)進入內(nèi)部調(diào)節(jié)時，外部調(diào)節(jié)將不起作用。表1外部調(diào)節(jié)判斷表S4－S6＞15向東調(diào)節(jié)S6－S4＞15向西調(diào)節(jié)S5－S7＞15向南調(diào)節(jié)S7－S5＞15向北調(diào)節(jié)︱S6－S4︱≤15︱S5－S7︱≤15進入內(nèi)部調(diào)節(jié)表2內(nèi)部調(diào)節(jié)判斷表S0－S2＞10向西調(diào)節(jié)S2－S0＞10向東調(diào)節(jié)S1－S3＞10向北調(diào)節(jié)S3－S1＞10向南調(diào)節(jié)︱S0－S2︱≤10︱S1－S3︱≤10對準(zhǔn)太陽狀態(tài)8個光敏電阻分別對應(yīng)一路信號，通過信號處理電路與單片機P1口相連，如圖4所示。通過調(diào)節(jié)8路Ｒf的阻值，使其在相同光照的情況下得到相同的十進制數(shù)，即S的值。此時單片機進行判斷調(diào)節(jié)，然后控制電機平臺進行旋轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)對太陽位置的實時跟?

·電氣與自動化·黃和平·陽光跟蹤系統(tǒng)的硬件設(shè)計圖4光伏電池板傾斜角自動跟蹤裝置統(tǒng)就可以不需要市電而獨立運行。電源模塊主要有兩個作用:1)通過78L05將太陽能電池板的電壓轉(zhuǎn)化成5V直流電壓，為整個控制板提供電源。2)將太陽能電池板的電壓通過電解電容直接給電機及其驅(qū)動芯片供電。78L05是最常用到的穩(wěn)壓芯片，它的使用比較方便。用很簡單的電路就可以輸入一個直流穩(wěn)壓電源，其輸入電壓值為7V～15V，輸出電壓恰好為5V，剛好是51系列單片機運行所需的電壓。3個引腳中(圖2)1接太陽能電池板輸出的+12V電壓，2為公共地，3是穩(wěn)壓之后供給控制部分各模塊的+5V電壓。單片機將AD轉(zhuǎn)換后的值進行判斷、運算，產(chǎn)生輸出，控制相應(yīng)電機正反轉(zhuǎn)，就可以調(diào)節(jié)云臺獲得陽光直射。聚光體和陽光傳感器都安裝在云臺上，調(diào)整云臺的角度就調(diào)整了聚光體和陽光傳感器的角度，即可實現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)。此系統(tǒng)中，單片機通過L298電路驅(qū)動2個直流電機。跟蹤裝置采用雙軸式，分別進行方位角和高度角的調(diào)節(jié)，由此達到準(zhǔn)確跟蹤陽光的目的。2系統(tǒng)實驗與運行軟件實現(xiàn)要實現(xiàn)對陽光的自動跟蹤，系統(tǒng)必須能夠識別天氣，檢測異常狀況并進行處理的能力。此外，為了系統(tǒng)調(diào)試方便，還增加了手動調(diào)節(jié)和遙控。按照系統(tǒng)的功能要求及硬件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的軟件包括:天氣識別，異常檢測和處理，光照強度判斷及輸出，電機執(zhí)行動作等部分。軟件流程圖如圖5所示。如果陽光自動跟蹤系統(tǒng)開始工作，那么程序一直處于循環(huán)運行狀態(tài)，當(dāng)對準(zhǔn)太陽之后，電機一般會在21s左右的時間動作一次，耗能很小，程序運行穩(wěn)定。圖5軟件流程圖單片機對AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果進行判斷、計算并且產(chǎn)生正確的輸出，驅(qū)動電機。通過陽光傳感器、積雪壓力傳感器以及相應(yīng)的程序，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識別出陰天、晚上，不同天氣，?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]立方星電源系統(tǒng)設(shè)計與實驗[J]. 高海振,莫乾坤,張翔,廖文和.  機械制造與自動化. 2017(05)
[2]光敏電阻的種類、原理及工作特性[J]. 秉時.  紅外. 2003(11)



本文編號：3493790