基于GPS的太阳跟踪控制系统研究

发布时间：2020-09-02 16:32

　　当今社会，化石能源的逐渐枯竭使得能源危机的发生不可避免，开发利用可再生能源，走可持续发展道路是人类的必经之路。太阳能拥有其他清洁能源不可比拟的优势，必将在21世纪成为新能源结构的主角，成为以后能源利用的主力军。太阳自动跟踪系统是最大限度开发利用开发太阳能、使太阳能发电规模化的一个重要组成部分。为了充分利用太阳能，提高太阳能利用率，本文设计了一种基于GPS导航原理，以Atmega128单片机为核心的太阳跟踪控制系统。在对GPS各部分组成、工作原理进行分析的基础上，对比分析了现今流行的各种太阳能自动跟踪方式方法，本文设计了一种基于GPS的改良天文日立法双轴式太阳跟踪系统。根据本地时钟定时判断是否到达跟踪时间，控制系统提取GPS信息中所需的日期时间经纬度等参数，计算太阳高度角及方位角并更改本地时钟时间以消除时钟累积误差。系统通过两路角度传感器反馈电池板实时位置，利用Atmega128单片机计算并输出脉冲串，控制步进电机转动带动太阳能电池板转到正对太阳的位置，以实现对太阳的自动跟踪。系统的控制核心选择AVR单片机ATmega128，设计了整个系统的外围硬件电路；选用GPS开发模块Gstar gs89为定位芯片；本地的计时芯片选用了飞利浦公司生产的PCF8563时钟芯片；选择ULN2003驱动芯片发出步进电机所需的脉冲。对每个硬件的功能、结构和电路设计做了详细说明。系统在ICCAVR开发环境下开发，在AVR Studio4中完成了系统的调试和下载。其中包括主程序模块、GPS数据提取模块、数据处理模块、太阳角度计算模块、电池板调整模块及其他相关模块的软件设计。经过调试，本文设计的基于GPS的太阳跟踪控制系统是切实有效地的。该系统跟踪精度高，有效改进传统的天文日立法累积误差大、跟踪精度低等缺点。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：TK513.4;TP273
【部分图文】：

示意图,空间部分,示意图,卫星

第 2 章全球定位系统分由 24 颗卫星组成，它们每四颗颗时刻都在运作，剩下的 3 颗是在其 2-1，24 颗卫星所在的运行轨道离道有着特殊分散性，只要观察者在接收到 4 颗以上卫星的信号。GPS降低甚至发生故障。为了保障 GPS用卫星，将在有卫星因为各种原因

地球,线速度,角速度,太阳

- 13 -图 3-1 地球上不同纬度的角速度和线速度自转同时进行的。地球绕太阳公转，运圆即是通常所说的黄道，它有两个焦点图 3-2 所示，根据开普勒第二定律：把个点之间的直线所划的阴影部分的面积是不固定的。地球运转到离太阳最近时角速度，真太阳时与平太阳时的区别由此

地球公转,运动轨迹,太阳直射点,冬至日

图 3-2 地球公转时的运动轨迹转时运行的轨迹所在的平面叫做黄道面，地球赤道所在与赤道面相交的夹角叫做黄赤交角。由于地球的自转轴所赤交角的角度也不变约为 23 度 27 分，如图 3-3 所示。可见置即一年当中不同时间时，太阳直射点的也会随之改变，地区是南纬 23 度 27 分，太阳直射点在过了冬至日后慢赤道上的时候是春分日，直射北纬 23 度 27 分地区时就到射点又会向南方移动，到再次直射赤道时是秋分日，重新直区时是冬至日，这就是一年中四季变化的过程。

【参考文献】