基于单片机控制的太阳自动跟踪系统设计-论文.pdf

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1、第27卷第2期盐城工学院学报(自然科学版)Vo1．27No．22014年06月JoumalofYanchengInstituteofTechnology(NaturalScienceEdition)June．2014基于单片机控制的太阳自动跟踪系统设计仓思雨，孙建明，王忠军，张兰红(盐城工学院电气工程学院，江苏盐城224051)摘要：运用欧几里得几何知识，分析研究了太阳自动跟踪系统的旋转原理。据此设计了太阳自动跟踪系统的机械结构和以单片机为控制核心的自动跟踪控制器。重点介绍了实现对太阳最强光实时跟踪的光检测电路与电机驱动电

2、路的设计。实验表明所设计的系统中太阳能电池板可高精度自动跟踪太阳，太阳能发电系统的效率较高。关键词：单片机；自动跟踪系统；太阳中图分类号：TM346．2文献标识码：A文章编号：1671—5322(2014)02—0024—04近年来，由于石油和煤炭等能源短缺及其对环境的污染问题，可再生能源发电技术广受各国政府和研究人员的重视。在所有可再生能源中，太阳能具有储量丰富、无污染、分布范围广等诸多显著优点，其发电技术正得到迅速的发展。太阳能的有效应用将大大缓解化石能源危机，解决环境污染问题。太阳能虽然环保、储量丰富，但也存图1太阳

3、自动跟踪系统旋转原理图在密度低、间歇性、空间分布不断变化的缺点，在Fig．1Rotationprinciplediagramofsun太阳能电池板价格居高不下的情况下，研制具有automatictrackingsystem实用价值的太阳自动跟踪系统，使太阳能电池板设直线f的方程为：时刻跟踪太阳最强光，充分利用太阳能，是降低太阳能发电系统成本、提高太阳能发电系统效率的：：(1)有效途径。直线f的方向向量为：=(n，b，c)，该直线1太阳自动跟踪系统旋转原理与水平面的夹角：太阳自动跟踪系统中太阳能电池板时刻保持t_arc志(2

4、)与太阳最强光线垂直，跟踪系统原理用图1来说设平面方程为+++D=0，平面O／明。图1中平面为太阳能电池板平面，n为电的法线向量为：池板法线方向，Z为太阳最强光方向，xoy为水平面，yoz为垂直面。要使电池板平面与太阳最强n=(A，B，C)(3)光2垂直，则应将n方向旋转到和z方向平行。矗与水平面的夹角为：根据欧几里得几何知识，在三维空间中，假设6}2·一rcta斋(4)有一条直线和一个平面，要使直线和平面垂直，可通过对平面的旋转实现。平面的旋转可由水平方过直线Z作垂直面：向旋转和垂直方向旋转叠加而得。一号(—。)+(y—

5、yo)=0(5)收稿日期：2014—01—15基金项目：2012年全国大学生创新训练计划项目(20120305007)作者简介：仓思雨(1994一)，男，江苏盐城人，主要研究方向为单片机控制。第2期仓思雨，等：基于单片机控制的太阳自动跟踪系统设计·25·过五作垂直面OL：一+Y=0(6)将平面OL在yoz垂直面方向上沿逆时针方向旋转一角度，其值为0。。与的夹角角度，用0表示；然后在xoy水平面方向上沿逆时针方向旋转一角度，其值为垂直面和垂直面的夹角，用0表示，0和0：分别为：-=arctan，_)一arctan高7)图2双

6、平面太阳跟踪机械结构图=arctan()一ctan(鲁)(8)Fig．2DiagramofdualplaneSUntrackingmachinestructure这样，法线就和f方向平行，即平面和f方向垂直。根据上述分析，当检测到太阳最强光线时，调整太阳能电池板的水平方向朝向和垂直方向朝向，就可使太阳能电池板跟踪太阳最强光。2太阳自动跟踪系统设计lL_⋯⋯一羔些_器_⋯⋯一一：图3自动跟踪控制器结构图太阳自动跟踪系统由机械结构和基于单片机Fig．3Diagramofautomatictracking的太阳自动跟踪控制器组成

7、。controllerstructure2．1机械结构设计为了完成对太阳最强光的实时跟踪，太阳能位／10位／12位分辨率可选的模数转换器，可实现电池板的支架必须使用两个电机，并且在两个平低成本、低功耗、高性能、高可靠性要求的机电系面内同时旋转。双平面太阳跟踪机械结构如图2统的控制J。所示，主要部件包括底座、支柱、水平面旋转支架、图3中通过光检测电路对太阳最强光位置进水平面旋转电机、垂直面旋转支架、垂直面旋转电行检测，检测信号经调理后送单片机内部的A／D机。太阳能电池板安装于垂直面旋转支架的上平模数模块，经CPU处理后，输出

8、控制信号，经驱动面处。水平面旋转电机能够沿水平面作圆周运电路放大后，驱动水平面与垂直面旋转电机，实现动，通过大齿轮带动安装于垂直面旋转支架的太太阳能电池板的自动跟踪；时钟模块自动计算时阳能电池板在水平面旋转，改变电池板在水平面间，以实现定时跟踪与太阳能电池板的复位。的方位角；垂直面旋转电机沿垂直面作圆周