【導(dǎo)讀】脅，而太陽能作為一種新型能源具有儲(chǔ)量無限、普遍存在、利用清潔、使用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，太陽能設(shè)備對(duì)太陽能的利用率不高。而太陽光線自動(dòng)跟蹤裝置能有效地解決太陽能利用。本文對(duì)太陽能跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)和控制部分設(shè)計(jì)?？刂撇糠职l(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)步。機(jī)的共同工作實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽方位角和高度角的跟蹤。動(dòng)，使聚光器始終與太陽保持一個(gè)最佳角度，把太陽光聚集在集熱器上。該系統(tǒng)其邏輯機(jī)構(gòu)主要由太陽傳感器、信號(hào)處理電路、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路和步。單片機(jī)和日歷芯片之間采用CI2總線通信電路，以四象限光電探測(cè)器作為。感光元件的太陽傳感器檢測(cè)實(shí)際太陽位置。理，并給出控制指令，控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行追蹤。

　　

【正文】 SDA 數(shù)據(jù)線相連，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)在 PC 總線上的連接。 跟蹤系統(tǒng)的控制電路 電路部分主要由探測(cè)器電路和中央控制高度角及方位角電路組成 ,通過光敏電阻對(duì)光的采樣和單片機(jī) 的信息處理 ,使步進(jìn)電機(jī)完成跟蹤動(dòng)作。 探測(cè)電路如圖 37所示 ,該電路組成一電壓比較器 ,當(dāng)光敏電阻的阻值變化到一定值時(shí) , 運(yùn)放輸出發(fā)生變化。為了獲得標(biāo)準(zhǔn)電平輸入，電路增加了一反相器。根據(jù)電平的變化確定步進(jìn)電機(jī)的工作 ,以便自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)能很好地跟隨太陽的移動(dòng)。 中央控制電路如圖 38 所示，主要由單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)組成 , 通過不斷掃描 P1 口的狀態(tài) ,控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)太陽能接收板轉(zhuǎn)角達(dá) 180176。時(shí)，經(jīng)一段時(shí)間延時(shí)后控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)復(fù)位，為下一次的工作準(zhǔn)備。 中高溫太陽能熱系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究 第 26 頁 共 34 頁 圖 37 探測(cè)電路 圖 38 中央控制高度角電路 如 圖所示，雙運(yùn)放 LM358 與 R R2 構(gòu)成兩個(gè)電壓比較器，參考電壓為 VDD( 12V)的 1／ 2。 光敏電阻 RT RT2 與 電位器 RP1 和 光敏電阻 RT RT4 與 電位器 RP2分別構(gòu)成光敏傳感電路，該電路的特殊之處在于能根據(jù)環(huán)境光線的強(qiáng)弱進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。如下圖所華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁 共 34 頁 示，將 RT1 和 RT3 安裝在垂直遮陽板的一側(cè)， RT4 和 RT2 安裝在另一側(cè)。當(dāng) RT RTRT3 和 RT4 同時(shí)受環(huán)境自然光線作用時(shí)， RP1 和 RP2 的中心點(diǎn)電壓不變。如果只有 RTRT3 受太陽光照射， RT1的內(nèi)阻減小， LM358 的 3腳電位升高， 1 腳輸出高電平， 三極管VT1 飽和導(dǎo)通， 繼電器 K1 導(dǎo)通，其轉(zhuǎn)換觸點(diǎn) 3 與觸點(diǎn) 1 閉合，同時(shí) RT3 內(nèi)阻減小， LM358的 5腳電位下降， K2 不動(dòng)作，其轉(zhuǎn)換 觸點(diǎn) 3與靜觸點(diǎn) 2 閉合，電機(jī) M 正轉(zhuǎn)；同理，如果只有 RT RT4受太陽光照射， 繼電器 K2 導(dǎo)通， K1 斷開，電機(jī) M 反轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)到垂直遮陽板兩側(cè)面的光照度相同時(shí)， 繼電器 K K2 都導(dǎo)通，電機(jī) M 才停轉(zhuǎn)。在太陽不停地偏移過程中，垂直遮陽板兩側(cè)光照度的強(qiáng)弱不斷地交替變化，電機(jī) M 轉(zhuǎn) 停、轉(zhuǎn) 停，使太陽能接收裝置始終面朝太陽。 4 只 光敏電阻 這樣交叉安排的優(yōu)點(diǎn)是： LM358 的 3 腳電位升高時(shí)， 5 腳電位則降低， LM358 的 5 腳電位升高時(shí)， 3腳電位則降低，可使電機(jī)的正反轉(zhuǎn)工作既干脆又可靠?？芍苯佑冒惭b電路板的外殼兼作垂直遮陽板，避免將光敏電阻 RTRT3 引至蔽陰處的麻煩。使用該裝置，不必?fù)?dān)心第二天早晨它能否自動(dòng)返回。早晨太陽升起時(shí)，垂直遮陽板兩側(cè)的光照度不可能正好相等，這樣，上述 控制電路 就會(huì)控制電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)接收裝置向東旋轉(zhuǎn)，直至太陽能接收裝置對(duì)準(zhǔn)太陽為止。 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)能直接接收數(shù)字信號(hào)并且沒有角累積誤差，采用步進(jìn)電機(jī)作為聚光器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以達(dá)到較高的精度。在槽式發(fā)電系統(tǒng)中，槽型拋物面反射鏡根據(jù)其采光方式，分為東西向和南北向兩種布置形式。東西布置只作定期調(diào)整；南北布置時(shí)一般采用單軸跟蹤方式。所以本系統(tǒng)采用一個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)對(duì)南北布置的槽式拋物面完成對(duì)太陽的續(xù)跟蹤。用單片機(jī) I／ 0 口輸出步進(jìn)電機(jī)控制脈沖，單片機(jī)端口的輸出電流較小，一般情況下只有幾 mA ，驅(qū)動(dòng)能力有限．而步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流較大，因此單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)之間需要專門的接口電路及驅(qū)動(dòng)電路。本系統(tǒng)電路中采用接入反向驅(qū)動(dòng)器 74LSl4 和復(fù)合型功率三極管來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行工作。如圖 39所示。 中高溫太陽能熱系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究 第 28 頁 共 34 頁 圖 39 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 步進(jìn)電機(jī)采用四相八拍的工作方式，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度，具體時(shí)序如表 31所示： 表 31 步進(jìn)電機(jī)時(shí)序表 控制位 步序 D 相 C 相 B 相 A 相 運(yùn) 行 1 0 0 0 1 A 2 0 0 1 1 AB 3 0 0 1 0 B 4 0 1 1 0 BC 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁 共 34 頁 續(xù)表 31 步進(jìn)電機(jī)時(shí)序表 5 0 1 0 0 C 6 1 1 0 0 CD 7 1 0 0 0 D 8 1 0 0 1 DA 軟件控制流程 通過單片機(jī)輸出的控制脈沖，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定的方向位置轉(zhuǎn)動(dòng)。通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，通過控制脈沖頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。每到設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)，單片機(jī)就讀取反饋電路電平信號(hào)，只要有低電平信號(hào)存在且太陽傳感器 4個(gè)象限光照強(qiáng)度不一 致，步進(jìn)電機(jī)就不斷進(jìn)行閉環(huán)調(diào)整，直至太陽傳感器 4個(gè)象限接收光照相同，此時(shí)太陽垂直照射聚光集熱器上，步進(jìn)電機(jī)停止調(diào)整。如果太陽落山，根據(jù)時(shí)鐘芯片所定時(shí)間，控制系統(tǒng)會(huì)回到起始位置。直到第二天太陽升起，進(jìn)行重新跟蹤定位。 以單片機(jī)為主要控制器的核心部件來實(shí)現(xiàn)混合控制的主程序主要分為：對(duì)計(jì)算所需數(shù)據(jù)的初始化；單片機(jī)內(nèi)部運(yùn)算完成對(duì)太陽角和日出日落時(shí)間的求解；根據(jù)所計(jì)算的太陽角和太陽傳感器的輸出信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)整聚光集熱器的方位，實(shí)現(xiàn)跟蹤的自動(dòng)控制。其主程序框圖如圖 310 所示。本研究中的軟件部分，全是在單片機(jī)開發(fā)環(huán) 境用 C語言編寫完成的。整個(gè)程序周期中，初始化程序只在主程序第一次執(zhí)行時(shí)執(zhí)行一次，主要對(duì)單片機(jī)和時(shí)鐘芯片進(jìn)行配置。 中高溫太陽能熱系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究 第 30 頁 共 34 頁 圖 310主程序流程圖 初始化以后，進(jìn)行最初的 A／ D 轉(zhuǎn)換，實(shí)際上也等于對(duì) A／ D 轉(zhuǎn)換器設(shè)置初始值。最后循環(huán)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，等待中斷。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 31 頁 共 34 頁 結(jié) 論 本論文選擇了光電檢測(cè)和太陽軌跡追蹤的混合式追蹤方式，配合機(jī)械裝置使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的追蹤精度。 本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) :（ 1）系統(tǒng)可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，且能得到較好的跟蹤效果（ 2）聚光器每天在完成太陽輻射能的接收任務(wù)以后，能夠自動(dòng)回到至初始位置，等待第二天采 集工作的開始（ 3）系統(tǒng)不僅適用于晴天，在有云的天氣下同樣可正常運(yùn)行 本系統(tǒng)的不足 :（ 1）系統(tǒng)穩(wěn)定性需要加強(qiáng)：復(fù)位電路有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不能自動(dòng)復(fù)位的情況，盡管這種情況不常發(fā)生，但是一旦發(fā)生就影響系統(tǒng)的運(yùn)行。（ 2）在功能上需要更加完善：本系統(tǒng)沒有設(shè)置報(bào)警裝置，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，系統(tǒng)不能做出報(bào)警動(dòng)作，這樣也會(huì)影響系統(tǒng)的追蹤質(zhì)量。（ 3）在機(jī)械裝置方面也存在問題：機(jī)械裝置能夠帶動(dòng)太陽板轉(zhuǎn)動(dòng)的角度是有限的，這樣也制約了追蹤的時(shí)間段。（ 4）陰天情況下不能準(zhǔn)確追蹤的問題。 太陽自動(dòng)追蹤系統(tǒng)已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。 太陽自動(dòng) 追蹤系統(tǒng)的研究對(duì)解決能源危機(jī)具有重大的意義。盡管目前的太陽追蹤系統(tǒng)還尚未成熟，但也有了很大的進(jìn)步。希望有更多的人參與到這項(xiàng)研究中來，性能好、精度高、低成本的太陽自動(dòng)追蹤系統(tǒng)是我們的目標(biāo)。 中高溫太陽能熱系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究 第 32 頁 共 34 頁 參考文獻(xiàn) [1] 徐科軍 ,傳感器與檢測(cè)技術(shù) [M],電子工業(yè)出版社 .2020,108～ 148. 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