【正文】 所以選擇光敏電阻采集光照信號，并把不同的光照強度轉化為不同的電阻值。滿足電流和電壓的要求，發(fā)光二極管就可以發(fā)光了。這個放大器與作為反饋元件的Y11 1 . 0 5 9 2 MC230pFC330pFR11 0 K+ 5 VE21 0 u F / 1 6 V太陽能電池板自動跟蹤系統(tǒng)設計 第 24 頁 共 54 頁 片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。復 位電路的實現(xiàn)可以用很多種方法，但是在功能上一般分為兩種： 1）一種是 上 電復位，即外部的復位電路在系統(tǒng)通上電之后直接使單片機工作，單片機的啟停通過電源控制； 2）復位電路中設計按鍵開關，通過按鍵開關觸發(fā)復位電平，控制單片機的復位。 CPU 電路設計中引腳功能定義是很重要但是也最基本的工作。光敏二極管 CDS 是一種電阻值隨光照強度變化而變化的感光電阻，本系統(tǒng)采用 3 個光敏電阻作為傳感器來檢測天空光線的變化，跟蹤太陽的位置。目前光 敏元件發(fā)展迅速、品種繁多、應用廣泛。如按 A， C，B， A??通電，電機就反轉。 步進電機從其結構形式上可分為反應式步進電機（ VR）、永磁式步 進電機華北科技學院 第 19 頁 共 54 頁 （ PM）、 混合式步進電機（ HB）、單相步進電機、平面步進電機等多種類型。 其具有如下的特點： 1）勵磁繞組上施加的不是一個恒定的直流或交流電壓，而是采用電子開關斷續(xù)加以直流電壓，即采用脈沖供電方式，用數(shù)字信號直接進行開環(huán)控制，整個系統(tǒng)簡單廉價。 太陽能電池板自動跟蹤系統(tǒng)設計 第 18 頁 共 54 頁 步進電機介紹 步進電機是機電控制中一種常用的執(zhí)行機構，它的用途是將電脈沖轉化為角位移，通俗地說：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機 按設定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）。 主要特性 ● 與 8051 兼容 ● 增強型 8051 內(nèi)核，速度是傳統(tǒng) 8051 的 812 倍 ● 有外部掉電檢測功能 華北科技學院 第 17 頁 共 54 頁 ● 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 ● 工作頻率： 0HZ~35HZ ● 內(nèi)部 RAM1280 字節(jié) ● 32 可編程 I/O 線 ● 4 個 16 位定時器 /計數(shù)器 ● 5 個中斷源 ● 可編程串行通道 ● EEPROM 功能，擦寫次數(shù) 10 萬次 管腳說明 ~ P0： P0 口既可以作為輸入 /輸出口，也可以作為地址 /數(shù)據(jù)復用總線使用。電機通過帶動齒輪轉動，并帶動減速箱體、電池板支架轉動，完成東西方向的跟蹤。 跟蹤控制系統(tǒng)整體原理框圖 圖 跟蹤控制系統(tǒng)整體原理框圖 系統(tǒng)整體框圖如上圖所示：其控制過程是視日運動軌跡跟蹤與光電跟蹤的結合方式。以內(nèi)時，太陽像便能全部呈現(xiàn)在光傳感器筒內(nèi)電阻上。設計光電跟蹤時首先涉及到硬件，光電傳感器用光敏電阻來設計，選用 GL5516 型號電阻。而冬天的時候要等到 8 點才啟動。176。如圖 所示。而短路電流是隨光強的增加而成正比的增加。 溫度對光伏電池輸出特性的影響 圖 不同溫度下的光伏特性 （ a） 光伏電池的伏安曲線；（ b）光伏電池的功率電壓曲線 溫度上升將使光伏電池開路電壓 Voc 下降，短路電流則略微增大，日照強度不變時，不同溫度下的光伏電池的 效率變化很大 。 因為在天球上的所有圓圈中，地平是在自然界中惟一能看到的在天空中被勾畫出的圓。赤緯角可由 Cooper(1969)的近似計算公式求得： δ=2345sin[360(284+n)/365] （ 6） 式中， δ赤緯角， n年中的第幾天。地球極軸和黃道天球極軸存在的一個23176。sinω/cosh (5) 圖 太陽位置示意圖 對某一地點來說當?shù)氐乩砭暥?Ф 是確定 的，太陽赤緯角 δ、太陽時角 ω 是太陽在赤道坐標系中的位置，只要算出 δ、 ω兩個參數(shù)值便可得出太陽在地平坐標中的位置。, y39。對應的時間為 24小時，即每小時相應的時角為 15176。早晚與中午的光強有很大的差異，原因就在于太陽高度角的不 同。之間變化，日出日落時為零，太陽在正天頂上為 90176。太陽高度角采 用 30 分鐘調(diào)整一次，方位角采用 30 分鐘調(diào)整一次。然后從電腦中即上位機輸入當?shù)氐乩硇畔⒓唇?jīng)緯度，結合以上計算的太陽空間位置，計算出太陽高度角與方位角，經(jīng)過單片機處理之后輸出驅動信號調(diào)整角度到指定位置，再啟動光電跟蹤程序，對角度進行微調(diào)。從目前來看國內(nèi)外開發(fā)跟蹤系統(tǒng)以雙軸跟蹤系統(tǒng)為主，比較前沿的技術大都采用程序跟蹤與傳感器跟蹤相結合的跟法。 程序跟蹤和傳感器跟蹤相結合的方式是指跟蹤系統(tǒng)應用程序、傳感器混合控制的方法，采用簡化的太陽位置算法對太陽光線粗略跟蹤，當粗跟蹤結果滿足精確跟蹤要求，即精確跟蹤傳感器能夠捕捉到太陽光線時，再利用光線跟蹤傳感器精確定位。 (2)高度角 方位角全跟蹤 高度角 方位角全跟蹤建立在地平坐標系基礎上，兩軸分別為方位軸和俯仰軸，方位軸垂直于地面，俯仰軸垂直于方位軸。 (2)焦線南北水平布置，東西跟蹤 。 1998年美國加州成功的研究了 ATM 兩軸跟蹤器，并在太陽能面板上裝有集中陽光的透鏡，這樣可以使小塊的太陽能面板硅收集更多的能量，使效率進一步提高。又由于新技術的發(fā)展即聚光技術的發(fā)展極大的提高了太陽能利用率，目前最新技術最高達到 3～ 4 倍。 3. 太陽能不用燃料，運行成本很小。隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展需要更多的能源滿足人們的需求！尤其是正處于發(fā)展高速期的我國更是對能源的需求更加旺盛；預計全球對各種能源的需求年均增長約 %， 到 2030 年日需 求量將從目前的約 億桶油當量增加到約 億桶油當量。 (2) Design the MCU peripheral circuit , photoelectric conversion circuit, stepper motor drive control circuit。 主要工作包括以下內(nèi)容： （ 1） 設計 太陽能電池板自動跟蹤的 電路原理圖 。先大致定位太陽的位置。加速開發(fā)以太陽能為主體的可再生能源以成為人們的共識。視日運動軌跡跟蹤將太陽位置受時間、季節(jié)、所在地區(qū)經(jīng)維度等因素綜合考慮。根據(jù)要求和各個模塊的功能，完成主要器件的選型。視日運動軌跡跟蹤 。 Photosensitive resistance。 太陽能利用可分為熱利用和光 伏發(fā)電兩種方式，熱利用主要在采暖領域多，形式比較單一；而光伏發(fā)電可以把太陽能轉換為當今最普遍的能源利用形式 — 電能，從而具有熱利用不可比擬的優(yōu)勢，同時光伏發(fā)電系統(tǒng)與其他發(fā)電系統(tǒng)相比具有許多優(yōu)點： 1. 太陽能取之不盡，用之不竭，每天照射到地球上的太陽能是人類消耗的能 6000 倍。 太陽能電池板自動跟蹤系統(tǒng)設計 第 2 頁 共 54 頁 6. 光伏發(fā)電系統(tǒng)建設周期短，由于是模 塊化安裝，不僅可用于小到太陽能計算器的幾個毫瓦，大到數(shù)十兆瓦的光伏電站，而且可以根據(jù)負荷的增減，任意添加或減少太陽電池容量，既方便靈活，又避免了浪費。本設計為一種高精度的跟蹤系統(tǒng)，而且盡可能的降低成本。該跟蹤方式優(yōu)點是具有較高的適應性，在任何氣候條件下都能穩(wěn)定的跟蹤，但是算法復雜，現(xiàn)場控制器需要實時進行大量的計算，這就要求現(xiàn)場控制器具有很高的數(shù)據(jù)處理能力和較大的數(shù)據(jù)存儲空間，該跟蹤系統(tǒng)還需要兩個運動軸的高精度角度傳感器作為本地定 位檢測，成本較高。另一軸與極軸垂直，稱為赤緯軸。程序跟蹤方法的控制系統(tǒng)構成是采用開環(huán)控制方法，由于跟蹤裝置結構不穩(wěn)定性導致跟蹤存在累積誤差，需要定期校正；在跟蹤過程中，系統(tǒng)自身無法對機構的傳動誤差、地基及天體運行軌道的變化產(chǎn)生的誤差進行修正，跟蹤精度會隨著時間的推移而降低，因此也需要定期校正。 在設定跟蹤地點和基準零點后，控制系統(tǒng)會按照太陽的地平坐標公式自動運算太陽的高度角和方位角。不具備程控接口，不利于擴展。另一個很重要的就是控制程序的編寫，要實現(xiàn)視日軌跡跟蹤粗定位，光電跟蹤作為補充。 太陽能電池板自動跟蹤系統(tǒng)設計 第 6 頁 共 54 頁 第 2章 太陽能電池板跟蹤相關理論研究 太陽的運行規(guī)律 太陽高度角，方位角及時角介紹 太陽視位置指從地面上看到的太陽的位置，用太陽高度角和太陽方位角兩個角度作為坐標表示。 在正北方時為 177。單位時間地球自轉的角度定義為時角 w，規(guī)定正午時角為0176。cosδsinω， z39。cosh) = ( cosδcosωsinФsinδcosФ)/cosh = (sinh而是采用通訊的方法。27′。因此有： ω=(12T) 150 （ 7） 式中 ， T當?shù)貢r問。例如，當光照射到由 P 型和 N 型兩種不同導電類型的同質(zhì)半導體材料構成的 PN 結上時，在一定條件下，光能被半導體吸收后，在導帶和價帶中產(chǎn)生非平衡載流子 — 電子和空穴。 圖 不同日照強度下的光伏特性 （ a）光伏電池的伏 安曲線（ b）光伏電池的功率電壓曲線 從上圖曲線中得到，電池的開路電壓近似的與光強的對數(shù)成正比。 華北科技學院 第 11 頁 共 54 頁 光伏電池的 IV 和 PV 特性曲線 光伏電池的伏安特性是一定光強、一定溫度下，電池的負載外特性，直接反映出電池輸出功率。但是上述方法是有一些缺點的，主要是程序的計算量太大，從而影響到響應的速度，而且對 CPU 要求很高。 夏天啟動時間 6 點 最大跟蹤角度 (高度角 ) 75176。程序的數(shù)據(jù)可以修改，使用靈活方便。 控制方案設計 光敏電阻設計的傳感器 圖 光電傳感器鏡筒圖 θ 為太陽入射光線與主光軸的夾角， d 為光電傳感器上的太陽像直徑。直到 A 與 B 沒有電壓差未止。 實時時鐘單片機存儲器電腦步進電機及驅動電路光電傳感器華北科技學院 第 15 頁 共 54 頁 太陽能自動跟蹤裝置設計 A A1234567891 01 1 圖 太陽能自動跟蹤裝置圖 1支座； 2支柱； 3電池板支架； 4銷軸； 5減速箱體（含電動機）； 15主軸； 7絲桿； 8橫支架； 5電機； 10減速器； 11鉸鏈為方位軸和俯仰軸。內(nèi)部集成 2 路 PWM， 8 路高速 10 位 A/D 轉換，針對電機控制，強干擾場合。 在閑置模式下， CPU 停止工作。因此用好步進 電機 卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。 5）無刷，電機本體部件少，可靠性高；易于啟動、停止、正反轉及變速，響應性也好。 如 B 相通電， A， C 相不通電時，齒 2 應與 B 對齊，此時轉子向右移過 1/3 て，此時齒 3 與 C 偏移為 1/3 て，齒 4 與 A 偏移（て1/3 て） =2/3 て。甚至于通過二相電流不同的組合，使其 1/3て變?yōu)?1/12 て， 1/24 て，這就是電機細分驅動的基本理論依據(jù)。光敏電阻器一般用于光的測量、 光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。本設計采用宏晶公司的高性能 8 位單片機 STC12C5A60S2。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號， 因此在電源上電時，只有當 VCC 超過 低于 以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復位信號才被撤除，單片機電路開始正常工作 。 晶振電路 晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡，電工學上這個網(wǎng)絡有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。 發(fā)光二極管 發(fā)光二極管在其兩 端的電壓差超出其導通壓降時開始工作。光敏電阻是基于光電導效應的一種光電器件，無光照時 , 光敏電阻值（暗電阻）很大 , 電路中電流（暗電流）很??； 當受到光照時，半導體材料電導率增加，電阻減小。 其中 V5 電壓信號轉換的是光強信號，其功能是測量光照強度，將信號傳遞給單片機處理，再結合時鐘時間從而判斷出天氣狀況，是陰天還是晴天，是否有烏云遮擋。 光電傳感模塊 1） 光照檢測部分 可利用光敏電阻傳感器作為檢測元件，它可以完成從光強到電阻值的信號轉換，再把電阻值轉換為電信號就可以作為系統(tǒng)的輸入信號。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 11MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為 30pF。高電平的持續(xù)時間