【正文】 ，并在太陽能面板上裝有集中陽光的涅耳透鏡，這樣可以使小塊的太陽能面板 硅收集更多的能量 ,使熱收率進(jìn)一步提高； 研制了活動(dòng)太陽能方位跟蹤裝置，該裝置通過大直徑回轉(zhuǎn)臺(tái)使太陽能接收器可從東到西跟蹤太陽，這個(gè)方位跟蹤器具有大直徑的軌跡，通風(fēng)窗體是白晝光照鼓膜結(jié)構(gòu)窗體，窗體上面是圓頂結(jié)構(gòu)，成排的太陽能收集器可以從東到西跟蹤太陽，以提高夏季能量的獲取率。這些太陽跟蹤托盤設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為全年每天根據(jù)太陽不同的位置跟蹤陽光 ,與通常固定的平面系統(tǒng)相比，這種托盤設(shè)計(jì)可以增加 35%的能源產(chǎn)出量。 2020 年，國家計(jì)委啟動(dòng)“西部省區(qū)無電鄉(xiāng)通電計(jì)劃”，通過光伏和小型風(fēng)力發(fā)電解決西部七省區(qū) 700 多個(gè)無電鄉(xiāng)的用電問題，光伏電池用量達(dá)到 。 主要研究內(nèi)容為： ①了解太陽能利用的相關(guān)背景知識(shí)。 論文結(jié)構(gòu) 本文同過幾部分進(jìn)行敘述： 緒論，介紹了本課題的研究內(nèi)容、意義及 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀； 系統(tǒng)工作原理和總體設(shè)計(jì)； 太陽追蹤和跟蹤控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)； 總結(jié)本課題。即 365． 241 天，因此每四年須閏一日。夏至的白天最長而冬至的黑夜最長；春分和秋分的晝夜各 12 個(gè)小時(shí)?；?ZX稱為天頂距，自 Z 起計(jì)量，用 Z表示。通過北天極和太陽 X作一個(gè)大圓，叫做時(shí)圈；時(shí)圈交天赤道于 T點(diǎn)；從原點(diǎn) Q 沿天赤道順時(shí)針方向計(jì)量，弧 QT為時(shí)角ω，ω以度、分，秒單位來表示，也可以用時(shí)，分，秒為單位來表示；弧 XT 為赤緯角δ，δ以度、分，秒單位來表示；從天赤道算起，向上為正，向下為負(fù)。所以有必要分析傾斜面在特定時(shí)間 及地點(diǎn)下的太陽入射計(jì)算。由此可見，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)該是入射角θ越小越好，這也就是所說的跟蹤。太陽光線在地面上的投影線與正南方的夾角γ s，為太陽的方位角。以上角度如圖 所示。 （ ） 時(shí)角計(jì)算公式見式 ()， T 為當(dāng)?shù)貢r(shí)間，按小時(shí)計(jì)算。上午時(shí)角為負(fù)值，下午時(shí)角為正 值 ，例如，上午 10 時(shí)和下午 2 時(shí)的時(shí)角分別為30176。 跟蹤控 制方式的比較 目前國內(nèi)外跟蹤太陽的方法可以分為三種：①視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤②光電跟蹤③視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合。而且這種跟蹤裝置為開環(huán)系統(tǒng)，無角度反饋值做比較，因而為了達(dá)到高精度跟蹤的要求，不僅對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的加工水平 有較嚴(yán)格的要求，而且與儀器的安裝是否正確關(guān)系極為密切。 光電跟蹤 把兩塊完全相同的太陽能電池板按照一定的角度連接成“人”字型 ,它們既用作光電轉(zhuǎn)化的電池 ,也起光敏器件的作用。 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié) 合 在視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤的基礎(chǔ)上加兩個(gè)高精度傳感器。這種跟蹤方案跟蹤精度高，工作過程穩(wěn)定，應(yīng)用于目前許多大型太陽能發(fā)電裝置。光電傳感器輸出的誤差信號(hào)經(jīng)過調(diào)理輸入到 AD,為跟蹤提供依據(jù)。 由于光電 池的信號(hào)可能比較微弱或信號(hào)差比較小，故先經(jīng)運(yùn)算放大后輸入單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行比較再由執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。本文中選用 LM324,它的偏置電流是 nA 數(shù)量級(jí)， LM324 是一種 4集成運(yùn)算放大器，由于價(jià)廉且使用方便，被廣泛應(yīng)用于控制和一般信號(hào)放大處理之中。按用途光電池可分為太陽能光電池和測(cè)量光電池兩大類。所謂光生伏特效應(yīng)就是在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。目前，應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的是硅光電池。短路電流是指把光電池結(jié)的兩端通過外導(dǎo)線短接，形成流過外電路的電流，該電流稱為光電池的輸出短路電流，其大小與光強(qiáng)成正比。 光電池的型號(hào) 根據(jù)硅光電池的特點(diǎn)和工作的需要程度，本文選用 2CR43 硅光電池 。短路電流≥ 23mA；輸出電流≥ ；轉(zhuǎn)換效率 1012%。 ③真正 12 位、 100 ksps 的 8 通道 ADC，帶 PGA 和模擬多路開關(guān)。 ⑦ 4352（ 4096+256）字節(jié)的片內(nèi) RAM。 電源電路 電源模塊需要向 C8051F020 供 3V,為 LM324 和 TA8435H 的邏輯電壓供 5V,還要為 TA8435H 的功率電壓提供 24V，以及為 A/D 轉(zhuǎn)化提供 的基準(zhǔn)電壓。 IN O U TG N D112233U1M C 78M 05 A C TV I N V O U TG N D112233U4A S 111 7+ C 1C610 0uF 3uFV I N 12C 1 6+ C 52 + C 3C 3 0+ C 51 uF16 V10 0uF 10 uF uFV5L134 uHV I N 12G N D1G N D8G N D9G N D12VL11S H D N5IN10LX2LX3LX4FB7C O M P6P G N D13P G N D14P G N D15G N D16U2M A X 6 18E E EC8C 1 1D2+ C out 1C p 1C 5 3R745 0KR830 KV 2 433 uF47 pFC c om p 7uF86 uF1u F uF1 2W41 2W3 圖 電源電路 MAX618 芯片輸出電壓的大小由 R7 和 R8 的阻值決定。經(jīng)計(jì)算選取 R7=450K， R8=30K,L=34uH。 我們選擇 DALLAS 公司生產(chǎn)的串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302，它雖然沒有采取光電隔離，但由于讀寫靠時(shí)序控制，且具有寫保護(hù)位，抗干擾效果好，同時(shí)體積小，連線少，外圍只有一 晶振，使用靈活。采用雙電源 (主電源和備用電源 )供電。 DS1302 與單片機(jī)的通信僅需三根線即 SCLK（串行時(shí)鐘線）、 I/O（數(shù)據(jù)線）、 RST（復(fù)位線）。 RST：復(fù)位，用于對(duì)芯片操作。 S C L K7R S T5X12X23G N D4V c c 1 8V c c 2 1I / O 6U 1 2D S 1 3 0 2C 4 1C 4 2Y13 2 .7 6 8 K H ZB T 1V5P 3 .5P 3 .4P 3 .6 圖 復(fù)位電路 外部 /RST 引腳提供了使用外部電路強(qiáng)制 MCU 進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)的手段。從外部復(fù)位狀態(tài)退出后， PINRSF 標(biāo)志（ ）被置位。 ADC 中集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測(cè)器。只有當(dāng) ADC0 控制寄存器中的 AD0EN 位被置‘ 1’時(shí) ADC0 子系統(tǒng)（ ADC0、跟蹤保持器和 PGA0）才被允許工作。在系統(tǒng)復(fù)位 AMUX 的默認(rèn)方式為單端輸入。轉(zhuǎn)換西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 數(shù) 據(jù)被 保存在寄存器： ADC0H 和 ADC0L。在高度角方向上不存在夜間歸位的問題。高度角是 0~90176。電磁繼電器響應(yīng)延遲時(shí)間要幾毫秒，而光電隔離藕合器的響應(yīng)延遲時(shí)間只有左右?？梢钥闯?，方位軸在正常的工作范圍到極限位置時(shí)，單片機(jī) /INT0 端口會(huì)接受到 一個(gè)負(fù)脈沖。 R80 為一上拉電阻，阻值在 1K100K 都可。因此，不存在累積誤差，具有良好的跟隨性。 4）速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng) 負(fù)載。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生某些頻段連續(xù)變化的脈沖信號(hào)。軟件法在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，要不停地產(chǎn)生控制脈沖，占用了大量的時(shí)間，可能使單片機(jī)無法同時(shí)進(jìn)行其他工作，所以，硬件法更常用。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常用的驅(qū)動(dòng)電路主要有： 1）單電壓限流型驅(qū)動(dòng)電路、2）雙電壓驅(qū)動(dòng)電路、 3）斬波驅(qū)動(dòng)電路。理論上說，閉環(huán)控制比 開環(huán) 控制可靠，但步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)價(jià)格較高，還容易引起持續(xù)的機(jī)械震 蕩。 1）串行控制 具有串行控制功能的單片機(jī)系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間只需兩條控制線，一條用來發(fā)出時(shí)鐘脈沖串，另一條用來發(fā)出方向電平。當(dāng)需要電動(dòng)機(jī)恒速運(yùn)行時(shí)，就發(fā)出恒定周期的脈沖串；當(dāng)需要加減速運(yùn)行時(shí)，就發(fā)出周期遞減活周期遞增的脈沖串；當(dāng)需要鎖定狀態(tài)時(shí)，只要停止發(fā)脈沖串就可以了。很顯然，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部不包 含 有環(huán)形分配器，而環(huán)形分配器的功能必須由單片機(jī)系統(tǒng)來完成。當(dāng)通電相電流不馬上升到位，而斷 電相電流并不立即降為 0時(shí)，他們所產(chǎn)生的磁場(chǎng)合力，會(huì)使轉(zhuǎn)子有一個(gè)新的平衡位置，這個(gè)新的平衡位置是在原來的步距角范圍內(nèi)。同時(shí)，可以減少震蕩、噪聲和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。如果非常緩慢的升降速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)雖然不會(huì)產(chǎn)生失步和過沖現(xiàn)象，但影響了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作效率。 升速的起始速度應(yīng)等于或略小于系統(tǒng)的極限啟動(dòng)頻率（速度），而不是從零開始。但實(shí)際上電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，由于反電動(dòng)勢(shì)和繞組電感的作用，繞組電流將逐漸減少，因此輸出轉(zhuǎn)矩將有所下降，按指數(shù)規(guī)律升速，加速度是逐漸下降的，接近電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩隨速度變化的規(guī)律。一般用離散辦法來逼近理想的升速曲線。該芯片具有以下特點(diǎn)： ①工作電壓范圍寬 10V～ 40V； ②輸出電流平均可達(dá) 和 峰值； ③具有整步、半步、 1/4 細(xì)分、 1/8 細(xì)分運(yùn)行方式可供選擇； ④采用脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動(dòng)方式； ⑤具有正 /反轉(zhuǎn)控制功能； ⑥帶有復(fù)位和使能引腳； ⑦可選擇使用單時(shí)鐘輸入或雙時(shí)鐘輸入； 工作條件： 邏輯電源電壓： ；功率電源電壓 :24V；輸出電流 :2A；最大輸入邏輯電平 :VCC；最大時(shí)鐘頻率： 5 KHz； OSC 頻率： 1580Hz TA8435H 功能描述： ① TA8435H 的工 作方式的設(shè)定 TA8435H 有四種工作方式，分別代表著無細(xì)分、 2 細(xì)分、 4 細(xì)分、 8 細(xì)分。本設(shè)計(jì)中，控制脈沖只有一路，因此直接接入 CK1，同時(shí)將 CK2 置高，就滿足要求。若驅(qū)動(dòng)電流為 ， REFIN 為高電平時(shí)， RNF 選用 2Ω ,2 W 的大功率電阻。當(dāng)單片機(jī)控制引腳輸出為低電平時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，從而使得三級(jí)管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)為低電平。 表 TA8435細(xì)分工作方式 M2 M1 細(xì)分?jǐn)?shù) 0 0 1 1 0 1 0 1 無 2 4 8 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 1616151514141313121211111010991122334455667788T L P 52 1 4U91616151514141313121211111010991122334455667788T L P 52 1 4U 1 0R 3 8R 3 9R 4 0R 4 1R 5 8R 5 9R 6 0R 6 1p1 .7P 1 .6P 1 .5P 1 .4C K 1C K 2C W / C C WT A / R E S E TV5R 4 2R 4 3R 4 4P 1 .3P 1 .2P 1 .1R 6 2R 6 3R 6 4T A / E N A B L EM1M2V5+ 3 V D 2+ 3 V D 2 C 4 30. 1 uFV5C K 1C K 2C W / C C WT A / R E S E TT A / E N A B L EM1M2C 4 533 00 p FC 5 00. 1 uF+ C 410 uFV 2 4D4D6D8D 1 0R 7 4R 7 3A/AB/BV C C13/ M 011C K 17C K 26C W / C C W5/ R E S E T2/ E N A B L E3M18M29R E F I N10O S C4SG1PGNDB17PGNDA22V M B15V M A24A23/A20B19/B16N F A21N F B18NC12NC14NC25T A 84 3 5U 1 3 圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電機(jī) 型號(hào) 在太陽跟蹤系統(tǒng)中，采用 2相步進(jìn)電機(jī) 。②工作平穩(wěn)噪聲小。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 驅(qū)動(dòng)單元的方位角驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括方位角電機(jī)、方位角蝸桿、方位角蝸輪、方位角轉(zhuǎn)軸和方位角跟蹤平臺(tái)，其中方位角電機(jī)、方位角蝸桿、方位角蝸輪和方位角轉(zhuǎn)軸置于 一個(gè) 箱體內(nèi)，箱體上下各用一個(gè)圓錐滾子軸承，方位角跟蹤平臺(tái)被支撐在方位角轉(zhuǎn)軸上。 4 結(jié)論 22 4 結(jié)論 本文主要研究了太陽能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的制動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)，結(jié)合資料及前人的研究，設(shè)計(jì)了建大的自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)。通過與固定式光伏電