基于avr和mcs51的光源自動(dòng)跟蹤的太陽(yáng)能電池控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案(已修改)
2025-05-15 22:32 本頁(yè)面
【正文】 太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤的太陽(yáng)能智能充放電系統(tǒng)一、概 述傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，對(duì)環(huán)境造成的危害日益突出。這個(gè)時(shí)候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能夠改變?nèi)祟惖哪茉唇Y(jié)構(gòu)，維持長(zhǎng)遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展。豐富的太陽(yáng)輻射能是重要的能源，是取之不盡、用之不竭的、無(wú)污染、廉價(jià)、人類能夠自由利用的能源。這個(gè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)方位的自動(dòng)追蹤，以達(dá)到對(duì)太陽(yáng)能最充分的利用；能根據(jù)光伏功率的大小實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池充電模式的自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的保護(hù)；并且可以對(duì)負(fù)載在不同的情況下實(shí)現(xiàn)電源切換，保證持續(xù)安全供電。二、系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介兩塊硅光電池作為光強(qiáng)度檢測(cè)模塊，檢測(cè)當(dāng)前陽(yáng)光強(qiáng)度，從而判斷是否啟動(dòng)實(shí)時(shí)追蹤。若當(dāng)前為陰雨天氣，則不啟動(dòng)追蹤。四塊硅光電池檢測(cè)模塊通過(guò)檢測(cè)太陽(yáng)能電池板上四個(gè)不同位置的光強(qiáng)度，向MCU傳回四個(gè)不同的電壓值，MCU通過(guò)比較偏差，通過(guò)雙坐標(biāo)步進(jìn)電機(jī)調(diào)整太陽(yáng)能電池板的方位，再由實(shí)時(shí)時(shí)鐘作為方位角的參考信號(hào)與當(dāng)前比較進(jìn)行微調(diào)，直至太陽(yáng)直射太陽(yáng)能電池板。太陽(yáng)追蹤完成，由單片機(jī)通訊模塊將完成信號(hào)傳給ATmega32，ATmega32啟動(dòng)蓄電池充電程序，根據(jù)當(dāng)前的光強(qiáng)度選擇充電模式，輸出PWM方波經(jīng)由PWM方波驅(qū)動(dòng)模塊放大傳向場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)，通過(guò)不同頻率的開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)充電電流的控制。同時(shí)MAX186模塊檢測(cè)蓄電池的電流電壓，得到蓄電池電量狀態(tài)，DS18B20模塊檢測(cè)到蓄電池的溫度，再由ATmega32綜合判斷，選擇切換模式或者斷開電路。并將蓄電池狀態(tài)等相關(guān)信息由液晶模塊顯示出來(lái)，并通過(guò)無(wú)線電發(fā)收，傳給上位機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視。系統(tǒng)原理架構(gòu)圖如下所示：三、系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)分5部分組合實(shí)現(xiàn)功能，它們分別為：光源自動(dòng)跟蹤部分、蓄電池充放電管理部分、單片機(jī)間通信部分、無(wú)線收發(fā)及上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控部分、太陽(yáng)能電池板和蓄電池部分。 光源自動(dòng)跟蹤部分該部分由四象限硅光電池檢測(cè)模塊、光強(qiáng)信號(hào)傳感模塊、DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片模塊、二維步進(jìn)電機(jī)及太陽(yáng)能電池板傳動(dòng)模塊、AT89C52最小系統(tǒng)模塊。 ①四象限硅光電池檢測(cè)模塊 采用如圖所示的太陽(yáng)跟蹤傳感器來(lái)保證獲取最大強(qiáng)度的太陽(yáng)光強(qiáng)。當(dāng)太陽(yáng)光直射時(shí)，光軸對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，光斑的中心落在光軸上。此時(shí)四個(gè)象限的硅光電池接收到相同強(qiáng)度的太陽(yáng)光（即光功率相同），輸出相同的電壓信號(hào)，此時(shí)經(jīng)過(guò)一系列運(yùn)算以及轉(zhuǎn)換后單片機(jī)接收到此信號(hào)，并計(jì)算此時(shí)電機(jī)的仰角，算出仰角所反映的時(shí)間并與實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302中存儲(chǔ)的時(shí)間作比較，要是吻合，即視為硅光電池已經(jīng)接收到了最大強(qiáng)度的太陽(yáng)光（也即太陽(yáng)直射接收片）；若是不吻合，則再次調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的角度繼續(xù)尋找光強(qiáng)最大點(diǎn)。 當(dāng)光軸未對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)光，即光軸與太陽(yáng)光線呈一定的角度時(shí)，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)折射出來(lái)的太陽(yáng)光照射到四象限硅光電池上形成的光斑必然會(huì)發(fā)生偏移，光斑中心沒(méi)有落在光軸上。由于各象限上面的光斑面積與各象限的光功率成正比，每個(gè)象限上面照射到的光斑面積不相同，從而使得各象限光電池產(chǎn)生的電壓不盡相同。此時(shí)將四個(gè)信號(hào)V1，V2，V3，V4經(jīng)過(guò)放大系統(tǒng)放大，并經(jīng)過(guò)一系列運(yùn)算之后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，傳送到單片機(jī)上面去，單片機(jī)就能判斷此時(shí)仰角高了還是低了，方位是偏左還是偏右了，然后通過(guò)驅(qū)動(dòng)設(shè)備控制步進(jìn)電機(jī)的仰角、方位，直到V1=V2=V3=V4，則表明光軸已經(jīng)對(duì)準(zhǔn)了太陽(yáng)。②光強(qiáng)信號(hào)傳感模塊 如圖所示，采用兩塊硅光電池組成光強(qiáng)信號(hào)傳感器來(lái)判斷光強(qiáng)信號(hào)，一塊接受太陽(yáng)輻射，另一塊受光面
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