“太阳能跟踪系统追日装置”的设计与实现

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1、“太阳能跟踪系统追日装置”的设计与实现摘要：本追日装置是由STC51单片机、光敏三极管和云台等组成闭环控制系统，主要组成模块有主控模块、光能检测模块和云台控制模块。在日照环境下，通过光能检测模块比较各方位日照强度，控制云台转动，使光能检测模块正对光源，实现追日功能。本装置具有高效、简易的特点，能应用于太阳能领域，以提高太阳能的转换效率。关键词：单片机，感光模块，云台控制Thedesignandimplementationof“SolarTrackingSystem”ZhangzheWenyiYuhai(Sciencean

2、dTechnologyInnovationCenterofElectricianandElectron,HuaZhongUniversityofScienceandTechnology,WuHan430074)Abstract：TheSilversundevicewasmadefromSTC51MCU,PTZcomposedofphotosensitivetransistor,andclosed-loopcontrolsystem.Themaincomponentmodulesaremaincontrolmodule,l

3、ightdetectionmoduleandPTZcontrolmodule.Meanwhile,throughlightdetectionmoduletocomparesunshineintensityandcontrolPTZrotation,itcandevotetothedevicebeinginlinetothelight,whichreachestheeternalfunction.Thisdevicehashighefficiency,simplefeatures,whichcanbeappliedtoso

4、larenergy,toenhancesolarenergyconversionefficiency.KeyWords：MicrocontrollerUnit,hotosensitive module,PTZ一、总体方案设计与论证1.方案的设计与选择方案一：设计一个二维电机转动装置，通过单片机来控制两个电机的转动，以实现对任意方向的跟踪。单片机通过记忆或者计算任何时刻的太阳的位置，然后控制电机转动对准太阳直射方向。单片机利用时钟提供的日期和时间，计算出太阳的预期位置，与编码器提供的当前位置比较，输出控制信号。驱动装置根据

5、单片机提供的信号转动，同时通过编码器将运行速度或位置增量反馈到单片机，形成闭环控制系统。由于当前位置是由增量式计算得到的，若当前位置的计算出现偏差，则不能够由反馈得到校正，从而形成累积位置偏差。为此，必须通过传感器监视聚光镜的位置是否与太阳偏离，当偏离时启动一个校正程序，达到消除当前位置误差的作用。此外还需要判断天空直射辐射的强度，在直射辐射较弱时不启动校正程序，从而避免多云天气的盲目跟踪。在中科院的一篇论文中我们看到此种方法。通过查阅资料，发现该方案原理比较复杂。另外，对太阳方位的计算超出我们知识范畴。若采用这种方法，

6、短时间内很难实现。方案二：设计一个感光面板，将面板固定在转动平台上，将光敏器件部署在面板的不同位置，通过各位置反馈的光强信号差异，获得当前阳光的方位信息。同时，使用单片机对光强信号进行采样，采集结果通过一系列运算后，产生转动控制信号，控制转动平台，进而保证感光面板正对太阳直射的方向。实现这个方案，主要解决两方面问题，一是光敏器件的选择，二是转动平台的搭建。在光敏器件的选择方面，我们尝试了光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管，甚至考虑了用四象限探测仪。由于考虑到装置的实用性和性价比，我们放弃了用四象限探测仪。通过设计了不同的光

7、照实验，我们检测不同光敏器件的感光效果。实验结果显示，在不同的光照下，光敏三级管的导通电流与光照强度呈线性关系。在光敏三极管射极外加电阻，经过三级管放大的感应电流转变为电压信号，便于后续的信号采样和信号处理。经过实验论证最终确定了光敏三极管的方案，具体选型为3DU33。在转动平台的搭建方面，我们考虑了自制转动平台和云台。在实验测试中，由于受工艺、结构和控制接口等多因素的制约，我们放弃了自制转动平台的方案，选择了云台作为转动平台。系统整体框图如图1所示：光照光信号接收信号转换单片机采样比较云台控制接收最强光照图1、系统整体

8、框图以下分别对各个子模块进行论证。——光能采集模块方案一：采用光敏电阻来接收阳光。光照越强的时候，光敏电阻的阻值会变小，把光敏电阻连接在一个分压电路上，采集电流信号，则在不同的光照强度的时候电流的强度会不一样。将电流信号转变为电压信号，然后用但单片机采样分析。通过程序进行判断，进而控制转动平台，使装置接收到最大电流。