【正文】 象，會(huì)造成位置精度降低。從電動(dòng)機(jī)本身的特性來看，在轉(zhuǎn)速不是很高的范圍內(nèi)，輸出的轉(zhuǎn)矩基本上可以認(rèn)為恒定。 TA8435H 是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細(xì)分二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用 芯片，外接電路簡單，工作可靠。 REFIN 為低電平時(shí)， NFA 和 NFB 輸出電壓為 V，REFIN 為高電平時(shí)， NFA 和 NFB 輸出電壓為 。 其中 R7 R74 選用 、 2W 的大功率電阻?？梢员ＷC在無驅(qū)動(dòng)的情況下太陽跟蹤裝置的角位置得到穩(wěn)定。自動(dòng)跟蹤控制芯片選擇單片機(jī) C8051F020，通過程序控制使單片機(jī)的輸出引腳發(fā)生電平變化，此信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)光伏電池板轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，使其能夠保持朝著與太陽光線垂直的方向。本人保證畢業(yè)離校后，使用學(xué)位論文工作成果或用學(xué)位論文 工作成果發(fā)表論文時(shí)署名單位仍然為西安工業(yè)大學(xué)。從小到一個(gè)模塊 的功能介紹，到大至在電路調(diào)試過程中，無一不細(xì)致入微。高度角電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過高度角蝸桿、蝸輪把力矩傳給絲杠，絲杠將推動(dòng)支撐板做俯仰運(yùn)動(dòng)調(diào)整 光電池板 的傾角，使 光電池板 在南北方向跟蹤太陽。在動(dòng)力傳動(dòng)中，單級(jí)傳動(dòng)比一般為 8～ 80，在分度機(jī)構(gòu)中或傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)傳動(dòng)比可達(dá) 1000，因傳動(dòng)比大，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。單片機(jī)控制兩個(gè)電機(jī)的所有信號(hào)均通過光耦輸出，見圖。但是當(dāng)其中一個(gè)引腳輸入脈沖時(shí)，另一個(gè)引腳必須保持高電平。單片機(jī)采用定時(shí)中斷方式來控制電機(jī)變速時(shí)，實(shí)際上就是不斷改變定時(shí)器裝載值的大小。如 圖 所示。 這種將一個(gè)步距角細(xì)分成若干小步的驅(qū)動(dòng)方法，使實(shí)際的步距角更小了，可以大大提高對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制精度。 2）并行控制用單片機(jī)系統(tǒng)接口的數(shù)條數(shù)據(jù)線直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū) 動(dòng)線路的方法稱為并行控制 。 串并行控制 采用單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，有串行控制和并行控制兩種方法。所以分配器出來的脈沖還需進(jìn)行功率放大才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制器主要是由脈沖發(fā)生器，脈沖分配器和功率放大器等環(huán)節(jié)組成。步進(jìn)電機(jī)有如下特點(diǎn) ： 1）在不失步的前提下步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比。 V 1 2T L P 5 2 1 2S1R 7 8R 8 0V3/ I N T 0 圖 限位開關(guān)連接電路 行程開關(guān) S1 處于常開狀態(tài)，機(jī)械裝置的方位軸在正常的工作范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)光二極管不發(fā)光，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，因而輸入單片機(jī) /INT0 端口的是高電平；當(dāng)機(jī)械裝置的方位軸轉(zhuǎn)到極限狀態(tài)時(shí)，行程開關(guān) S1 的機(jī)械觸頭動(dòng)作，使常開狀態(tài)的行程開關(guān)閉合，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，從而使得三級(jí)管導(dǎo)通， /INT0 變?yōu)榈碗娖健?90176。 AD0BUSY 位的下降沿觸發(fā) 一個(gè)中斷（當(dāng)被允許時(shí)）并將中斷 標(biāo)志 AD0INT（ ）置‘ 1’。 C 的帶隙電壓基準(zhǔn)發(fā)生器和一個(gè)兩倍增益的輸出緩沖放大器。在低有效的 /RST 信號(hào)撤出 后， MCU 將保持在復(fù)位狀態(tài)至少 12 個(gè) 時(shí)鐘周期。 GND：電源地。用于時(shí)鐘或 RAM 數(shù)據(jù)的讀 /寫具有單字節(jié)或多字節(jié) (也稱脈沖 方式 )數(shù)據(jù)傳送方式。10 5。 ⑩ 5 個(gè)通用的 16位定時(shí)器；具有 5個(gè)捕捉 /比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器陣列。 ②全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）；片內(nèi)看門狗定時(shí)器。硅光電池應(yīng)用的范圍 400nm~1100nm，峰值波長在 850nm 附近，因此硅光電池可以在很寬的范圍內(nèi)應(yīng)用。根據(jù)半導(dǎo)體的材料不同，光電池可分為硒光電池、砷化鎵光電池、硅光電池等。 光電池的特性參數(shù)西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 光電池的主要功能是在不加偏置的情況下能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 傳感器結(jié)構(gòu)及信號(hào)采集 處理 電路 傳感器主要是由 4 片性能參數(shù)一致的光電池組成，其 中兩個(gè)在東西方向成“人”字形，檢測東西方向光線變化，即調(diào)整方位角，另兩個(gè)在南北方向成“人”字形，檢測南北方向光線變化，即調(diào)整俯仰角 。這樣能在任何氣候條件下使聚光器得到穩(wěn)定而可靠的跟蹤 控制。同時(shí)，西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 還要通過儀器底部的水平準(zhǔn)直儀將底面調(diào)節(jié)到與地面保持水平，使儀器的高度角零點(diǎn)處于地面水平面內(nèi)。 故我們可以根據(jù)不同地區(qū)的情況 確定一個(gè)合適的太陽能陣列的固定的安裝角，從而能最大效率利用太陽能。15176。其中α +θ z=90176。 相關(guān)角度的計(jì)算 在太陽能的地面應(yīng)用中，絕大部分的采光組件或陣列的安裝形式并非水平，而是以與地平面成一定夾角 的傾斜形式安裝。通過天頂和太陽（任一天體） X作一大圓，叫做地平經(jīng)圈；地平交地平面于 M點(diǎn)；從原點(diǎn) S沿地平圈順時(shí)針方向計(jì)量，弧 SM為方位角γ s(地平經(jīng)度 )；弧 XM為高度角α（地平緯度），向上為正，向下為負(fù)。地球圍繞太陽在一個(gè)橢圓形軌道上公轉(zhuǎn)，每公轉(zhuǎn)一周為一個(gè)太陽年、它等于 365 天 5小時(shí) 48 分。 主要內(nèi) 容 因光伏電池的輸出特性受外界因素影響較大，如何對光伏系統(tǒng)進(jìn)行有效 控制使其能夠工作在最佳的狀態(tài)，有效的利用太陽能，從而能夠產(chǎn)生更多的 電能，是一個(gè)非常重要的課題。2020 年 2 月 ,Acciona 太陽能公司建立的被稱為西班牙最大的太陽能電站設(shè)施開始投入使用 ,整個(gè)設(shè)施由 400 個(gè)太陽跟蹤托盤， 14400 個(gè)電池板組成。 提高太陽能利用率的途徑通常有跟蹤和聚焦兩種方式。各個(gè)地區(qū)全年總輻射量的分布大體上在 930— 2330kW178。10 2kwh／ m2178。近來報(bào)道不多。 ②光電轉(zhuǎn)換。 太陽能利用基本方式 太陽輻射能實(shí)際上是地球上最主要的能量源泉。而在同一個(gè)地點(diǎn)的不同季節(jié)里，冬季的太陽輻射強(qiáng)度顯然又遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上夏季。其主要有以下缺點(diǎn)： ①強(qiáng)度弱。 ③利用的清潔性。太陽每秒鐘放射的能量大約是 16179。目前世界消耗的主要能源是由吸收太陽能的植物經(jīng)億萬年的演化積累而形成的化石能源，如煤炭、石油、天然氣等，這些都屬于不可再生資源。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題目 ： 太陽能光伏發(fā)電 光源跟蹤控制系統(tǒng) — 硬件部分 院 系： 電子信息工程學(xué)院 學(xué)科專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 2020 年 6 月 II 太陽能光伏發(fā)電光源跟蹤控制系統(tǒng) —— 硬件部分 摘要 太陽能是一種非常具有開發(fā)潛力的能源，世界各國都在積極開發(fā)利用太陽能。據(jù)權(quán)威人士估計(jì)，世界上已經(jīng)探明的石油儲(chǔ)量僅可開采 40 多年；天然氣可開采 70 年左右；煤的儲(chǔ)量較豐富，可開采 200 年。 1023KW，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共約 1892179。太陽能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染是人類理想的替代能源。雖然到達(dá)地球大氣上界和到達(dá)地球表面的太陽能總量都十分巨大，但它的強(qiáng)度卻是相當(dāng)弱的。一個(gè)原因是，由于太陽的高度角不同，因此對同一個(gè)水平面的人射角自然不同。自然界中的燃料能、風(fēng)能、水能等皆來源于太陽能。將太陽輻射的光能根據(jù)“光電轉(zhuǎn)換”原理把光能變成電能再加以利用，常稱“光伏轉(zhuǎn)換”。目前仍處于研究、開發(fā)階段。 a(新的規(guī)定不再使用 kcal“千卡”這個(gè)單位，可選用 kJ 或kw178。 h／ m2178。跟蹤指是太陽能利用裝置始終垂直于太陽輻射光線，即入射角度為零。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。 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)。即 365． 241 天，因此每四年須閏一日?；?ZX稱為天頂距，自 Z 起計(jì)量，用 Z表示。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。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。 （ ） 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。 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。 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。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。 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。按用途光電池可分為太陽能光電池和測量光電池兩大類。目前，應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的是硅光電池。 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 。 ③真正 12 位、 100 ksps 的 8 通道 ADC，帶 PGA 和模擬多路開關(guān)。 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。經(jīng)計(jì)算選取 R7=450K， R8=30K,L=34uH。采用雙電源 (主電源和備用電源 )供電。 RST：復(fù)位，用于對芯片操作。從外部復(fù)位狀態(tài)退出后， PINRSF 標(biāo)志（ ）被置位。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。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。高度角是 0~90176?？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。因此，不存在累積誤差，具有良好的跟隨性。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生某些頻段連續(xù)變化的脈沖信號(hào)。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。 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。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。同時(shí)，可以減少震蕩、噪聲和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。 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。一般用離散辦法來逼近理想的升速曲線。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。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。②工作平穩(wěn)噪聲小。 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)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，本人不僅學(xué)到了和設(shè)計(jì)有關(guān)方面的內(nèi)容，而且還從師老師處學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的知識(shí)和技能！ 感謝師老師所提供的良好環(huán)境，使我能夠順利完成畢業(yè)論文工作。 學(xué)位論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 25 學(xué)位論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 本人完全了解西安工業(yè)大學(xué)有關(guān)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即： 本科 生在校攻讀學(xué)位期間學(xué)位論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于西安工業(yè)大學(xué)。 對太陽位置的自動(dòng)跟蹤使光伏電池可以最大限度的接受太陽輻射。③可以自鎖。 圖 TLP5214內(nèi)部結(jié)構(gòu)及光耦連接電路 圖 是單片機(jī)與 TA8435H 相連控制方位角步進(jìn)電機(jī)的原理圖，高度角方向上的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖和方位角方向上的類似，只是采用單片機(jī) P2 口來輸出。公式為： IO=VNF/RNF。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 本文選用的 TA8435 芯片來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。按直線規(guī)律升速時(shí)加速度恒定，因此要求電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒定值。如果啟動(dòng)時(shí)一次將速度升到給定速度，由于啟動(dòng)頻率超過極限啟動(dòng)頻率，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)要發(fā)生失步現(xiàn)象，因此會(huì)造成不能正常啟動(dòng)。繞組通電的過程非常簡單，即通電 斷電反復(fù)進(jìn)行。由于單片機(jī)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器之間只有兩條控制線，使系統(tǒng)構(gòu)成簡單。市場上也有很多將硬件脈沖分配與驅(qū)動(dòng)西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 電路集成在一起的芯片，這為系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了很大的方便。這種分配既可以用硬件來實(shí)現(xiàn)也可以用軟件來完成。同時(shí)，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。每當(dāng)單片機(jī) /INT0 口撲捉到下降沿，系統(tǒng)便立刻響應(yīng)最高級(jí)外部中斷，調(diào)用中斷處理程序，使跟蹤平臺(tái)向東方，回歸初始位置。本系統(tǒng)采用光電隔離藕合器實(shí)現(xiàn)行程開關(guān)和單片機(jī)電路的電氣互連。 開關(guān)量輸入電路 為了是跟蹤平臺(tái)在方位角方向上夜間歸位，安裝一個(gè)行程開關(guān)（限位開關(guān)），用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。 可以將 AMUX 輸入對編程為工作在差分或單端方式。 S1S W P BR51KR410 0KC 1 3 uFC 2 1 uF/ R S T+ 3 V D 2 圖 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）