【正文】 電池 自動跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計 [C].機械工程 與自動化 .2021， 3： 156～159. [15]王小 鑫等 .高精度 太陽能控制器 [J].電光 與控制 .2021， 19（ 12） ： 83～ 87. [16]趙麗偉 .太陽能 自動追蹤系統(tǒng)的研究 [D].吉林 長春：吉林大學(xué)， 2021. [17]趙 建釗 ， 馬健 .智能 型太陽能跟蹤系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) [J].電網(wǎng) 技術(shù) ， 2021,32（ 24） ：93～ 97. 參考文獻(xiàn) 33 太陽能電池板 自動跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計 34 致 謝 本課題 是在王健安老師的 精心 指導(dǎo)下完成 的。本 系統(tǒng) 即使 在 天氣變化比較復(fù)雜的情況下，也能正常的運行，提高了追蹤的精度。 本系統(tǒng) 能自動 的 檢測判斷晝夜以及陰晴天。選擇 了 光敏二極管作為光電傳感器， 并 采用 5 個 光敏二極管設(shè)計 光電傳感器 空間模型，通過組成的比較電路來判斷太陽的方向， 以此 驅(qū)動電機來調(diào)節(jié)太陽能板的方向，提高接收效率。 首先，對 世界范圍內(nèi)的能源問題以及各國對太陽能發(fā)展利用的現(xiàn)狀，進(jìn)一步了解國內(nèi)外目前的太陽能追蹤方式之后，選擇了以單片機為控制 核心 的系統(tǒng)，將太陽能固定軌跡跟蹤模式和 光電 檢測跟蹤模式相結(jié)合，相互彌補了這兩種追蹤模式單獨使用時 的 不足，提高了系統(tǒng)的追蹤精度， 完善了系統(tǒng) 。 結(jié)論 29 太陽能電池板 自動跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計 30 第 5 章 結(jié) 論 本文 所有 設(shè)計 就此告一段落 。 圖 太陽固定軌跡追蹤模式流程圖 本章小節(jié) 開始讀取 DS 1 3 0 2時間延時 15 分鐘利用同太陽角度函數(shù)計算公式計算出延時后 H 1 ， H 2利用 H 1 h 1 ， H 2 h 2 來計算電機需要轉(zhuǎn)動的角度給 P 1 . 0 ～ P 1 . 3 口賦值 ， 相應(yīng)電機運轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度返回利用同太陽角度函數(shù)計算公式計算出此時 h 1 ， h 2太陽能電池板 自動跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計 28 本章 的主要內(nèi)容是系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ， 以理論為主。 原理： 首先進(jìn)入太陽固定軌跡追蹤模式 ， 從時鐘芯片那里獲取當(dāng)前時間，再結(jié)合預(yù)設(shè)的模型里的公式，計算出太陽能板當(dāng)時在太陽 高度角 及方位角方向分別偏移水平方向的高度，延時 15 分鐘 后，利用相同方法計算延時后所對應(yīng)的兩個方向上的偏移高度，計算兩次調(diào)整之間的 角度 差，就可以利用這個高度差 計算出 需要電機轉(zhuǎn)動的 角度 了 [17]。 圖 光電檢測追蹤模式流程圖 開始返回子程序主程序電機 A 啟動 電機 B 啟動P 0 . 5 口輸出 M 1 個脈沖 P 0 . 6 口輸出 M 2 個脈沖電機 B 運轉(zhuǎn) ， 反饋給驅(qū)動器 N 2 脈沖電機 A 運轉(zhuǎn) ， 反饋給驅(qū)動器 N 1 脈沖M 1 N 1 = 0 ？ M 2 N 2 = 0 ？電機 A 停止運行 ，高度角追蹤停止電機 B 停止運行 ，高度角追蹤停止Y YN N是否傳送數(shù)據(jù)YN第 4章 太陽能自動跟蹤系統(tǒng) 的軟件設(shè)計 27 太陽固定軌跡追蹤模式 的設(shè)計 該系統(tǒng) 中 ， 是通過查詢單片機 引腳 電位高低來判斷陰雨天氣的。步進(jìn)電機每收到一個脈沖信號，則轉(zhuǎn)過一個步距角，因為具有這種線性關(guān)系，且步進(jìn)電機只有周期誤差，沒有累積誤差， 步進(jìn)電機在速度位置等控制領(lǐng)域應(yīng)用變得簡單，具有瞬間啟動和急停等優(yōu)點 。 本文 以 SJ220MA 驅(qū)動器驅(qū)動二相混合式步進(jìn)電機 57BYGH8404 運轉(zhuǎn) 。這 部分 的程序設(shè)計只需要根據(jù)單片機 檢測 4個 光敏二極管所對應(yīng)的單片機的 4個 引腳的點位的高低 ， 來 判斷 當(dāng)時太陽的朝向，并對電動機發(fā)出相應(yīng)的命令，程序流程圖如圖 。光電檢測追蹤模式 的 軟件設(shè)計相對太陽固定軌跡追蹤模式來說要簡單的多，它不存在讀取 DS1302 時間 ，計算太陽角度問題， 它是 通過判斷 指定的單片機引腳電位的高低來確定太陽的朝向，之后單片機控制電機朝 太陽 光的方向轉(zhuǎn)動，直到轉(zhuǎn)動到位于圓盤中央的 D0 光敏二極管 受到光照為止。 時鐘部分 ： 系統(tǒng) 選用的是串行時鐘芯片 DS1302,在 太陽固定軌跡追蹤模式 下 ,系統(tǒng) 需要讀取 DS1302 內(nèi) 的時間 來 計算太陽高度角和方位角 。 在 太陽固定軌跡追蹤模式下：當(dāng)陰天時，光電追蹤模式不能準(zhǔn)確地追蹤，因此啟用太陽固定軌跡追蹤模式 進(jìn)行 追蹤。如果 系統(tǒng) 檢測到 D0受到了光照，這時軟件控制系統(tǒng)延時 15分鐘 。 而 檢測晴天還是陰天 是 通過 I/O 口查詢來實現(xiàn)的 ， 盡管 I/O 口 查詢方式需要不斷的偵測 I/O 的 電平變化 ， 比較 耗費單片機的運行時間資源 ，但是 由于太陽固定軌跡 跟蹤模式 的程序比較繁瑣 ， 計算量 比較大 ， 因此 這部分不適合使用中斷 。系統(tǒng) 運行 流程圖如圖 。 SJ 22 MA步進(jìn)電機驅(qū)動器AT 89 C 51直流電源步進(jìn)電機C O MR S TCPD I R＋ 24－太陽能電池板 自動跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計 22 第 4章 太陽能自動跟蹤系統(tǒng) 的軟件設(shè)計 23 第 4 章 太陽能 自動跟蹤系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)主程序的設(shè)計 整個 程序設(shè)計包括光電檢測 跟 蹤模式 、 太陽 固定軌跡 跟 蹤模式、時鐘部分、顯示部分。電路 主要 包括 光電 檢測電路、單片機控制電路、時鐘電路、步進(jìn)電機驅(qū)動 器 電路 ?？刂菩盘柖耍候?qū)動器通過脈沖信號 (CP)接線端口接收脈沖信號，按接收到脈沖信號數(shù)量來驅(qū)動步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動角度；驅(qū)動器通過方向信號端 (DIR)接收方向信號，發(fā)送相應(yīng)的指令使步進(jìn)電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；控制信號的公共端 (COM)； 脫機電平輸入端 (RST)：此端子加低電平，電機處于自由狀態(tài) 。其電路 連接如圖 。該驅(qū)動器驅(qū)動二相混合式步進(jìn)電機 57BYGH8404。 如圖 所示 。 SCLK： 串行時鐘輸入。 RST： 復(fù)位， 對芯片操作。 DS1302 主要 引腳 有： X1， X2連接 晶振。如果 RST 輸出低電平，則 I/O 引腳 變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，中止數(shù)據(jù)傳送。 時鐘 SCLK 是上升沿后 繼 以下降沿的序列。 串行 時鐘 芯片為了初始化任何的 數(shù)據(jù)傳送 ，通過把 RST 輸入驅(qū)動至 高電平 來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 DS1302 與 單P 1 . 4+ 5 V1 K 1 K 1 K K 1Q 2Q 1太陽能電池板 自動跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計 20 片機的通信僅需 三根 線即 SCLK（ 串行時鐘線 ） 、 I/O（數(shù)據(jù)線 ） 、 RST（復(fù)位線 ） 。 時鐘 電路的設(shè)計 本次 選擇 DALLAS 公司生產(chǎn)的串行 實時 時鐘 芯片 DS1302， 它雖然沒有采取光電隔離，但 由于 讀寫靠時序控制，且具有寫保護(hù)位，抗干擾效果好，同時體積小，連線少，外圍只有一個 晶振，使用靈活。 可 通過軟件設(shè)計程序，當(dāng) 檢測到低電平 時，將 清零，這時控制電 路 中的第一個晶體管截止，而第二個晶體管導(dǎo)通，從而繼電器吸合，電機轉(zhuǎn)動，這樣就達(dá)到了對 電機的 控制。 圖 單片機控制電路的設(shè)計 圖 是 控制電路中的一組。 單片機 控制電路的設(shè)計 ++++P 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3+ 5D 0D 1D 2D 3D 4AL 1AL 3AL 2AL 4200 Ω200 Ω200 Ω200 Ω200 Ω第 3章 硬件系統(tǒng) 部分的設(shè)計 19 單片機 控制電路是用來控制電動機的轉(zhuǎn)動 的 ， 由 上文所介紹的檢測電路檢測到光信號 (即 太陽光的朝向 ),經(jīng)過 比較電路將光信號轉(zhuǎn)換為電信號 ， 單片機 據(jù)此檢測到 的電信號來命令控制電路的工作 ，以 達(dá)到系統(tǒng)追蹤的目的 。 當(dāng) D1～ D4 中的某一個受到光照時 ,電路 工作原理 是 一樣的 。也就是 當(dāng) D0 受到光照時，單片機 AT89C51 的 4個 引腳 ～ 圖 同時檢測到高電位。 D0處在 圓盤 的 中間位置 ,當(dāng) D0 受到光照時 (這時 太陽能板正對太陽 )， D0導(dǎo)通 ， 4 組 運放的同相輸入端連在一起同時檢測到高電位，這時分布在 D0周圍的 4個 光敏二極管 D1～D4的 正極 分別接到了 LM324 芯片的 4 組 運算放大器 AL1～ AL4 的反相輸入端， D1～ D4 截I N T 0G N D+ 5 V+ 5 V100 K1 K 1 K +太陽能電池板 自動跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計 18 止， 4 組 運放的反相輸入端檢測到低電位。 將 整個光電 檢測裝置 （ 光電傳感器 ） 安裝 在太陽板上，光敏二極管的檢測面與太陽能板平行。 檢測電路 如下圖 。 判斷 晝夜的電路設(shè)計 檢測 白天還是黑夜 ， 除了可以用時鐘芯片來設(shè)定跟蹤系統(tǒng)的運行時間范圍，當(dāng)然也可以采用圖 42類似 的電路所不同的是二極管型號不同， 電阻 的大小不同 ， 運放輸出要接到中斷 0上 。 即是 ， 晴天時， 光電 二極管受到的光照強度足以使其導(dǎo)通， 運放 輸出高電位，這時 檢測到 高電位，程序繼續(xù)運行，通過光電追蹤模式進(jìn)行追蹤 [11]； 當(dāng)太陽光的強度不足以使電路中的光敏二極管導(dǎo)通時，經(jīng)過比較電路之后，運放輸出低電平，這時單片機的引腳 檢測到 地電位 ，這時利用軟件來控制系P 0 . 4G N D+ 5 V+ 5 V100 K100 Ω 100 Ω 1 K +第 3章 硬件系統(tǒng) 部分的設(shè)計 17 統(tǒng)啟用太陽 固定軌跡 追蹤模式。圖 電路部分。而 太陽 固定軌跡 追蹤模式是通過計算太陽高度角和太陽方位角來進(jìn)行追蹤的，太陽角度追蹤模式與太陽光強度沒關(guān)系。 光電檢測電路的 設(shè)計 判斷陰晴天的 電路設(shè)計 因為 整個 系統(tǒng) 由 兩種 追蹤模式組成，即光電追蹤模式和太陽角度追蹤模式。 太陽能電池板 自動跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計 16 圖 AT89C51 芯片 引腳圖 AT89C51 的 設(shè)計選用的是靜態(tài)邏輯 ， 也就是說它的 頻率 可以到 0， 可以實現(xiàn)空閑 模式 和掉電模式。本系統(tǒng)所選用的單片機為 AT89C51 型 單片機 。 第 3章 硬件系統(tǒng) 部分的設(shè)計 15 第 3 章 硬件系統(tǒng) 部分的設(shè)計 AT89C51 單片機 簡介 本 單元的主要功能是 接收 由光電檢測電路所發(fā)出的信號 ，據(jù)此 信號來控制電機的驅(qū)動電路 ，從而 實現(xiàn)對電動機的控制 ， 進(jìn)而 實現(xiàn)對太陽的追蹤。為了 實現(xiàn) 本任務(wù)和目的，介紹了應(yīng)采取的措施 ， 確定了 光電跟蹤 與固定軌跡跟蹤兩種 跟 蹤方式結(jié)合在一起使用 的 方案，并進(jìn)行了相關(guān)說明。 系統(tǒng)框架圖 如 圖 所示 。 4． 可以 使用 LED 顯示器，時鐘電路可以采用串行時鐘芯片 DS1302. 5． 控制部分首先 將單片