阳光跟踪系统的硬件设计

发布时间：2021-11-13 21:53

　　为合理有效地利用太阳能,设计了一种基于单片机的太阳能阳光自动跟踪系统,跟踪装置采用三自由度机构,实现了对太阳高度角和方位角的实时跟踪,并着重分析了系统的硬件设计。实验表明,该系统能够实现对太阳的任意方向检测并迅速跟踪,系统性能稳定,可以用在阳光输送机和光伏发电中,提高了太阳能的利用率,可以实现各种天气状况下的太阳自动跟踪,精度高,具有广泛的应用前景。 

【文章来源】：机械制造与自动化. 2018,47(01)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

阳光自动跟踪系统硬件结构框图

个或者2个因为黑盒的阻挡，而相对其余的光敏电阻感光强度相对较弱。因此经过电路转换后电压会偏低，这时单片机即可粗略判断太阳的大概位置，驱动电机工作，使得聚光系统逐渐对准太阳。当聚光系统驱动到快要对准太阳的时候，4，5，6，7号光敏电阻已经无法判断是否精确对准。这时进行细调的0、1、2、3号光敏电阻开始发挥作用。1．2驱动电源在保证跟踪精度条件下，尽量减小能源消耗，据此设计驱动电机每24s转动一次的特点，将通常采用的蓄电池改换成电容，既延长了寿命，又降低了成本，而且体积也同时减小了，原理图见图3。图3驱动电源中电容代替电池原理图1．3信号产生和处理阳光传感器将太阳光信息转化成电压信号，再由信号处理电路将其转化为供单片机AD口转化的0V～5V电压，通过AD转化即可将阳光强度转化成0－255的十进制数。这8个十进制数则表示了光照强度。将单片机输出的8个十进制数命名为S0～S7。经过试验，当S4，S5，S6，S7的和值≥220时，认为有适当强度的光照，并开始调节;这里采用的是比较调节法，外部判断条件如表1，内部判断条件如表2，当进入内部调节时，外部调节将不起作用。表1外部调节判断表S4－S6＞15向东调节S6－S4＞15向西调节S5－S7＞15向南调节S7－S5＞15向北调节︱S6－S4︱≤15︱S5－S7︱≤15进入内部调节表2内部调节判断表S0－S2＞10向西调节S2－S0＞10向东调节S1－S3＞10向北调节S3－S1＞10向南调节︱S0－S2︱≤10︱S1－S3︱≤10对准太阳状态8个光敏电阻分别对应一路信号，通过信号处理电路与单片机P1口相连，如图4所示。通过调节8路Ｒf的阻值，使其在相同光照的情况下得到相同的十进制数，即S的值。此时单片机进行判断调节，然后控制电机平台进行旋转，进而实现对太阳位置的实时跟?

·电气与自动化·黄和平·阳光跟踪系统的硬件设计图4光伏电池板倾斜角自动跟踪装置统就可以不需要市电而独立运行。电源模块主要有两个作用:1)通过78L05将太阳能电池板的电压转化成5V直流电压，为整个控制板提供电源。2)将太阳能电池板的电压通过电解电容直接给电机及其驱动芯片供电。78L05是最常用到的稳压芯片，它的使用比较方便。用很简单的电路就可以输入一个直流稳压电源，其输入电压值为7V～15V，输出电压恰好为5V，刚好是51系列单片机运行所需的电压。3个引脚中(图2)1接太阳能电池板输出的+12V电压，2为公共地，3是稳压之后供给控制部分各模块的+5V电压。单片机将AD转换后的值进行判断、运算，产生输出，控制相应电机正反转，就可以调节云台获得阳光直射。聚光体和阳光传感器都安装在云台上，调整云台的角度就调整了聚光体和阳光传感器的角度，即可实现反馈调节。此系统中，单片机通过L298电路驱动2个直流电机。跟踪装置采用双轴式，分别进行方位角和高度角的调节，由此达到准确跟踪阳光的目的。2系统实验与运行软件实现要实现对阳光的自动跟踪，系统必须能够识别天气，检测异常状况并进行处理的能力。此外，为了系统调试方便，还增加了手动调节和遥控。按照系统的功能要求及硬件结构，系统的软件包括:天气识别，异常检测和处理，光照强度判断及输出，电机执行动作等部分。软件流程图如图5所示。如果阳光自动跟踪系统开始工作，那么程序一直处于循环运行状态，当对准太阳之后，电机一般会在21s左右的时间动作一次，耗能很小，程序运行稳定。图5软件流程图单片机对AD转换的结果进行判断、计算并且产生正确的输出，驱动电机。通过阳光传感器、积雪压力传感器以及相应的程序，系统能够准确识别出阴天、晚上，不同天气，?

【参考文献】：
期刊论文
[1]立方星电源系统设计与实验[J]. 高海振,莫乾坤,张翔,廖文和.  机械制造与自动化. 2017(05)
[2]光敏电阻的种类、原理及工作特性[J]. 秉时.  红外. 2003(11)



本文编号：3493790