【導(dǎo)讀】但太陽能利用效率低，這一問題一直影響和阻礙著太陽能技術(shù)的普及，如何。跟蹤太陽的方法可概括為兩種方式：光電跟蹤和根據(jù)視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤。光電跟蹤的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為方便；缺點(diǎn)是受天氣。的影響很大，如果在稍長時(shí)間段里出現(xiàn)烏云遮住太陽的情況，會(huì)導(dǎo)致跟蹤裝置無法跟蹤太陽，甚至引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作。度的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽的全天候跟蹤。硬件和軟件方面分析太陽自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括底座、主軸、齒輪和齒圈等。當(dāng)太陽光線發(fā)生偏離時(shí)，控制部分發(fā)出。方向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過步進(jìn)電機(jī)1、步進(jìn)電機(jī)2的共同工作實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽的跟蹤。主要包括傳感器部分、信號(hào)轉(zhuǎn)換電器、單片機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等。傳感器采用光敏電阻，將兩個(gè)完全相同的光敏電阻分別放置。過四十多年的努力，我國太陽熱水器產(chǎn)、銷量均占世界首位。其中，IB1副區(qū)為內(nèi)蒙古日照百分率夏季峰值區(qū)，IA副區(qū)為塔里木。其中ⅡD副區(qū)為新疆北部日照百分率冬季峰值區(qū)。

　　

【正文】 0N，故選 57BYGH 混合式步進(jìn)電機(jī)。 二、 步進(jìn)電機(jī) 2 選擇 估計(jì)步進(jìn)電機(jī) 2 所需要的最大推力不大于 2020N，故選用 8700 系列螺桿軸混合式步進(jìn)電機(jī) ，如圖 21 所示 。技術(shù)參數(shù)如下： 線圈雙極性， 最大推力 2270N 位移分辨率 ， 工作電壓 5V， 50 相電流 ， 相電感 ， 相電阻 ， 功耗 ,10)最高溫度 130176。， 重量 Kg,12)絕緣電阻 20。 圖 21 步進(jìn)電機(jī)示意圖 江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路 一、 BL240 （一） BL240 型驅(qū)動(dòng)模塊 使用電壓范圍寬（ 1240V）； 恒流斬波，雙極性全橋式驅(qū)動(dòng)； 運(yùn)行良 好 ； 自動(dòng)半流鎖定； 可靠性高； 適配 4A 以上兩相及四相混合式步進(jìn)電機(jī)。 （二） 技術(shù)數(shù)據(jù) 輸入電壓： 1240V 單電壓供電； 相電流：本模塊相 電流可在 04A 之間調(diào)節(jié)； 驅(qū)動(dòng)模式：全橋驅(qū)動(dòng)； 運(yùn)行方式：半步（ 176。）； 運(yùn)行特性：優(yōu)于原電機(jī)出廠指標(biāo)； 保護(hù)方式：過熱保護(hù)，鎖定自動(dòng)半流； 外形尺寸： 126mm 73mm 32mm。 運(yùn)行環(huán)境：溫度 1540176。 C，濕度 90% （三） 接線端子（ I/O PORTS） VCC:供電電源 1240V 注：切記超過 40V，以免損壞模塊； GND:VCC 對(duì)應(yīng)地線； B+。 A+； CP IN+:時(shí)鐘脈沖輸入端，光藕輸入端，上升沿有效； CP IN：，下降沿有 效； CW/CCW+：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向控制，光藕輸入端； CW/CCW— ：光藕輸入負(fù)端； FREE+：脫機(jī)電平。 二、 MT2HB03M 驅(qū)動(dòng)器 （ 一 ）特點(diǎn)：雙極驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器工作電壓 1240V；驅(qū)動(dòng)電流 。用戶可根據(jù)需要采用共陽極接法、共陰極接法或差分輸入法接法。 （ 二 ）共陽極接法：分別將 CP+,U/D+,FREE+連接到控制系統(tǒng)的電源上，如果在此電源是 +5V 則可直接接入，如果此電源大于 +5V，則須外部另加限流電阻 R，保證給驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光藕提供 815mA 的驅(qū)動(dòng)電流，輸入信號(hào)通過 CP加入。此 時(shí)， U/D,FREE在低電平時(shí)起作用。 江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 三 ）共陰極接法：分別將 CP,U/D,FREE連接到控制系統(tǒng)的地端， +5V 的輸入信號(hào)通過 CP+加入。此時(shí)， U/D+， FREE+在高電平起作用。限流電阻 R 的需求與共陽極接法相同。差分法接法：分別將 CP,U/D,FREE接差分信號(hào)的負(fù)端、 CP+,U/D+,FREE+接差分信號(hào)的正端。 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 光敏電阻光強(qiáng)比較法 利用光敏電阻在光照時(shí)阻值發(fā)生變化的原理，將兩個(gè)相同的光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向邊沿處的下方。如果太陽光垂直光照 射太陽能電池板時(shí)，兩個(gè)光敏電阻接收到的光照強(qiáng)度相同，所以它們的阻值完全相同，此時(shí)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)太陽光方向與電池板垂直方向有夾角時(shí)，接收光照多的光敏電阻阻值減小，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至兩個(gè)光敏電阻上的光照強(qiáng)度相同。其優(yōu)點(diǎn)在于控制較精確，且電路也比較容易實(shí)現(xiàn)。 其控制主要由以下三個(gè)部分來完成： 一、 信號(hào)采集部分 用光敏電阻實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集的電路原理為橋式電路，電路的輸出信號(hào)只與照射在兩個(gè)光敏電阻上光照的相對(duì)值有關(guān)，不受外界環(huán)境的影響，增加了裝置的抗干擾能力。 二、 采用非倒向放大接法 有由運(yùn)算放大器及其外圍電阻成線性 放大單元。零電位調(diào)整單元以抵消零點(diǎn)漂移的直流信號(hào)。因調(diào)零后包含一定量的脈沖信號(hào)，用反相單元為下一級(jí)電路提供正電壓信號(hào)。對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行判斷，當(dāng)輸出信號(hào)的強(qiáng)度大于一定值時(shí)，給下一級(jí)一個(gè)高電平信號(hào)；反之，提供低電平 信號(hào)，這樣能屏蔽一些微小信號(hào)的干擾，使系統(tǒng)的工作更穩(wěn)定。 三、 控制單元 根據(jù)前一級(jí)送出的觸發(fā)信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。由于繼電器在實(shí)現(xiàn)邏輯過程中需要的吸合電流較大，會(huì)造成整體電路的耗電增大；另外，繼電器的反映速度很慢，靈敏度不高，會(huì)造成設(shè)備整體靈敏度及精確度下降。 光敏 電阻光強(qiáng)比較法的 工作過程 系統(tǒng)采用光敏電阻光強(qiáng)比較法，設(shè)計(jì)出一種全新的光電轉(zhuǎn)換裝置，很好的實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換。它能夠利用光敏電阻比較法實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽水平、垂直方向的全方位跟蹤，晚上便自動(dòng)復(fù)位。當(dāng)太陽的水平或垂直位置發(fā)生偏移時(shí)， R R2 或 R R4 四個(gè)光電中必有一個(gè)受陽光照射，這樣可確認(rèn)太陽運(yùn)行的方向了。 R R R R4 放置見圖 22。 江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖 22 光敏電阻放置 控制電路有兩組，電路圖中其中的一組（圖 23），另一組電路與此相同。光電管是直接與控制電路連接的，當(dāng)太陽能板正對(duì)太陽時(shí)， R R2 都是高電阻， A、 B 兩點(diǎn)電壓相等。四運(yùn)放 LM124 的輸出 A A2 輸出的電壓相同，單片機(jī)收到的信號(hào)差為零，所以單片機(jī)不控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。若陽光發(fā)生傾斜，使 R1 被陽光射中呈低電阻，則 A 點(diǎn)電位比 B 點(diǎn)高，信號(hào)經(jīng)過放大和轉(zhuǎn)換，則單片機(jī)使得電機(jī)得電轉(zhuǎn)動(dòng)并拖動(dòng)太陽能板轉(zhuǎn)動(dòng)，使太陽能板重新對(duì)準(zhǔn)太陽 [8]。當(dāng) R R2 重新轉(zhuǎn)為高電阻時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)。若陽光偏轉(zhuǎn)時(shí)使 R2 被陽光射中則點(diǎn)擊反轉(zhuǎn)。不論哪種情況，電機(jī)運(yùn)動(dòng)的方向和太陽運(yùn)動(dòng)的方向總是一致的。從而達(dá)到跟蹤的目的。到太陽西墜之時(shí)光線減弱，光電管 R5 的電阻升高。Bg5 導(dǎo)通，電機(jī)反轉(zhuǎn)?；氐皆粫r(shí)，限位開關(guān)斷開，電機(jī)停轉(zhuǎn)。當(dāng)光 敏電阻對(duì)準(zhǔn)陽光時(shí)，采用微調(diào) W W2 使得 A、 B 兩點(diǎn)的電位相等， 以高系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。 系統(tǒng)的流程圖 開機(jī)之后，上電復(fù)位，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化之后，系統(tǒng)首先判斷當(dāng)時(shí)是黑夜，若是黑夜，則系統(tǒng)啟動(dòng)中中斷處理程序，進(jìn)入等待狀態(tài)，系統(tǒng)進(jìn)入光電追蹤模式。 江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖 23 系統(tǒng)的流程圖 江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第五章 結(jié) 語 本文的主要研究內(nèi)容是太陽自動(dòng)系統(tǒng)。本系統(tǒng)是基于單片機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用光電檢測追蹤模式，配合機(jī)械裝置系統(tǒng)更加穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的追蹤精度。 一、 詳細(xì)分析了國內(nèi)外目前的太陽追蹤方 式，比較之后，選擇了以單片機(jī)為控制核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)，由于光電檢測追蹤模式和太陽角度追蹤都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因此，經(jīng)過比較用光電檢測追蹤模式。 二、 選擇 AT89C51 單片機(jī)，通過比較選擇了光敏電阻作為光電傳感器，用 4 個(gè)光電電阻連接成 2 組比較電路，實(shí)現(xiàn)判斷太陽所在位置的功能，這樣可以大大簡化電路。 三、 機(jī)械部分零件圖，裝配圖的繪制，按照各部分電路的設(shè)計(jì)將電路元件焊接到電路板上，聯(lián)合硬件、軟件、機(jī)械裝置來調(diào)試 。 本系統(tǒng)利用軟件和硬件相結(jié)合的原理， 該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了光伏板的自動(dòng)追日目的，當(dāng)光源的方向改變時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié) 光伏板的方向，讓光線隨時(shí)垂直照射光伏板，從而最大效率的進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。 系統(tǒng)采用了光敏電阻作為跟蹤誤差的校正傳感器，并且采用 AT80C51 單片機(jī)作為智能單元，可以實(shí)現(xiàn)成本較低的全自動(dòng)太陽跟蹤系統(tǒng)系統(tǒng)具備較好的穩(wěn)定性，并能夠達(dá)到相當(dāng)好的精確度和靈活性。理論分析和設(shè)計(jì)結(jié)果表明，本方法課題滿足太陽跟蹤控制的要求。 本作品屬于太陽能設(shè)備范圍，特別涉及一種用于太陽能電池板的太陽追蹤裝置。在太陽能光伏板的背面中心設(shè)置有太陽能光伏板支撐架，與上豎轉(zhuǎn)軸相連接；通過兩個(gè)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)上述裝置的上下運(yùn)動(dòng)和水平周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；太陽能光伏板上設(shè) 置有感光裝置，通過控制電路來控制電動(dòng)機(jī)工作以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽的跟蹤。實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽的全方位追蹤 ， 能夠自動(dòng)使太陽能光伏板與太陽光線保持垂直的跟蹤系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)最大效率地利用太陽能。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 緊湊、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活 、價(jià)格低廉、 防塵性好、 性能可靠、跟蹤精度高。這作品在太陽能熱水器、小型太陽能發(fā)電設(shè)備開發(fā)中會(huì)得到很好的應(yīng)用。 小型太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)于我們這個(gè)能源消耗大國來說，有著很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，而在美國、德國等國家都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電 [6]，將自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)運(yùn)用到太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，將會(huì)大大提高太陽能利用率。 目前太陽能光伏 發(fā)電普遍采用的固定方式是低效發(fā)電方式，太陽能板固定，無法正對(duì)太陽光的照射。采用太陽能跟蹤系統(tǒng)在理論上可提高發(fā)電量 40%，從而降低投資 20%以上。現(xiàn)世界上所用的太陽能跟蹤系統(tǒng)都需要根據(jù)安放點(diǎn)的經(jīng)緯度等信息計(jì)算一年中的每一天的不同時(shí)刻太陽所在的角度，將一年中每個(gè)時(shí)刻的太陽位置存儲(chǔ)到 PLC、單片機(jī)或電腦軟件中，也就是靠計(jì)算太陽位置以實(shí)現(xiàn)跟蹤。采用的是電腦數(shù)據(jù)理論，需要地球經(jīng)緯度地區(qū)的數(shù)據(jù)和設(shè)定，一旦安裝，就不便移動(dòng)或裝拆，每次移動(dòng)完就必須重新設(shè)定數(shù)據(jù)和調(diào)整各個(gè)參數(shù)；原理、電路、技術(shù)、設(shè)備都很復(fù)雜，非專業(yè)人士不能夠 隨便操作。 江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 而該太陽能跟蹤系統(tǒng)是一種成本低廉、簡單易用、不用計(jì)算各地太陽位置數(shù)據(jù)、不用電腦軟件的太陽空間定位跟蹤儀、能夠不受地域和外部條件的限制、可在移動(dòng)設(shè)備上隨時(shí)隨地準(zhǔn)確跟蹤太陽的智能跟蹤系統(tǒng)，它最大限度的提高了太陽光能的利用率，可以廣泛運(yùn)用于各種領(lǐng)域，如把加裝了智能太陽跟蹤儀的太陽能發(fā)電系統(tǒng)安裝在高速行駛的汽車、火車，以及通訊應(yīng)急車、特種軍用汽車、軍艦或輪船上，不論系統(tǒng)向何方行駛、如何調(diào)頭、拐彎，該太陽能跟蹤系統(tǒng)都能保證設(shè)備的要求跟蹤部位正對(duì)太陽。 該自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用最少的元件、最簡單的電路完成最復(fù) 雜工作的現(xiàn)實(shí)，掀開了太陽能發(fā)電這一高端應(yīng)用設(shè)備快速實(shí)現(xiàn)實(shí)用、可靠、低成本、民用化應(yīng)用發(fā)展新篇章。該系統(tǒng)能夠真正的讓太陽能的高端使用低價(jià)位進(jìn)入尋常百性家庭中，讓中國的太陽能應(yīng)用，新能源發(fā)展都有了更加強(qiáng)勁的動(dòng)力 。 由于本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求較高，而且課題研究的實(shí)踐倉促，以及本人的能力有限，因此還有很多地方存在著不足之處： （ 1）在功能上需要更加完善 :本系統(tǒng)沒有報(bào)警裝置，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，系統(tǒng)不會(huì)做出報(bào)警動(dòng)作，這樣也會(huì)影響系統(tǒng)的追蹤質(zhì)量，而且對(duì)氣候、緯度等狀況不太了解，影響設(shè)計(jì)的功能。 （ 2）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)位的狀況，盡管這種情況不長發(fā)生，但是一旦發(fā)生就影響系統(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)太陽板得角度有限的，這樣也制約了追蹤系統(tǒng)的時(shí)間段。 （ 4）陰天情況下不能準(zhǔn)確追蹤的問題。 為了解決能源危機(jī)，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)。經(jīng)過研究之后，對(duì)其有了更充分的了解，并相信太陽能必將成為世界能源的主題。因此，太陽自動(dòng)追蹤系統(tǒng)的研究對(duì)解決能源危機(jī)具有重要的意義。盡管，目前的太陽能追蹤系統(tǒng)還尚未成熟，但也有了很大的進(jìn)步。希望有跟多的人參與到這項(xiàng) 研究來，性能好、精確度高、低沉本的太陽自動(dòng)追蹤系統(tǒng)是我們的目標(biāo)。 江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) [1] 歐陽平凱 . 低碳經(jīng)濟(jì) . 工業(yè)生物技術(shù)的作用 . 科學(xué)時(shí)報(bào) . 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