第24卷第3期Vol124No13长春师范学院学报(自然科学版JournalofChangChunTeachersCollege(NaturalScience2005年8月Aug2005基于单片机的太阳能电池自动跟踪系统的设计薛建国(福建莆田学院电子信息工程系,福建莆田351100[摘要]本系统以单片机为核心,构建了由光电二极管检测和比较,方位角和高度角双轴机械跟踪定位系统组成的自动控制装置,设计出一套自动使太阳能电池板保持与太阳光垂直的自动跟踪系统。在晴天检测时能自动跟踪太阳并实时回存正确数据,消除因季节变化而产生的积累误差,在阴天时能自动引用晴天时的位置,控制精度高,具有广泛的应用潜力。实现了追踪太阳的效果,达到提高发电效率的目的。[关键词]太阳跟踪;光电检测;自动定位;单片机;设计[中图分类号]TN710[文献标识码]A[文章编号]1008-178X(200503-0026205[收稿日期]2005-06-05[作者简介]薛建国(1965-,男,福建莆田人,福建省莆田学院电子信息工程系高级讲师,从事多媒体、电子技术、单片机研究。太阳能作为一种清洁无污染的能源,发展前景非常广阔,太阳能发电已成为全球发展速度最快的技术。然而它也存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题,这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的,没有充分利用太阳能资源,发电效率低下。据实验,在太阳能光发电中,相同条件下,采用自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%,因此在太阳能利用中,进行跟踪是十分必要的[1]。本文提出一种新型的基于单片机的太阳光自动跟踪系统设计方案,该系统不仅能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板朝向,结构简单、成本低,而且在跟踪过程中能自动记忆和更正不同时间的坐标位置,不必人工干预,特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况,有效地提高了太阳能的利用率,有较好的推广应用价值。11自动跟踪系统的组成和结构111组成。自动跟踪系统由光电检测电路,双轴机械跟踪定位系统,时钟电路,单片机控制系统等几部分组成。11111光电检测电路太阳的方位随着观测位置和观测时间的不同而不同,因此,欲跟踪太阳就必须先对太阳进行检测定位。图1是太阳光电定位装置中光电检测电路的俯视简图,共由9个光电三极管组成。正中央1个,旁边8个围成一圈。将此检测板用一不透光的下方开口的圆柱体盖住,圆柱体的直径略大于图中的外圆。圆柱体的上方中央开一个与检测用的光电二极管直径相同的洞,以让光线通过(如图2所示。将整个光电检测装置安装在太阳能光电池板上,光电二极管的检测面与电池板平行。在圆柱体的外面不受圆柱体遮挡的地方(确保会受到光线的照射也安装一个光电二极管(其朝向与圆柱体内的光电二极管朝向相同,用于检测环境亮度,并与圆柱体内的每个光电二级管及运放(可用LM324集成电路中的一个构成一个比较电路(如图3。适当调整图中电阻的阻值,这样当圆柱体内的光电二极管没有受光线照射时,运放将输出低电平。此电平可对接到的输入端进行检测,圆柱体内的每个光电二级管各用一个单片机的输入端,总共用了9个。这样就可以检测太阳光线的朝向,来决定哪个电机转动、向哪个方向转动。另外,为了增大光电二极管的检测范围,视实际情况需要,也可再增加一圈光电二极管,并与内圈的相应的光电二极管并联(如图4。图1图2图3图4图511112双轴机械跟踪定位系统机械部分主要由电池板支架、底座、两转动轴和直流电机构成,整个电池板及检测装置安装在图5中上部的电池板支架上,光电二极管检测平面和电池板面应平行。太阳能器自动跟踪装置设计成双轴机械跟踪定位系统,即可同时在方位角和高度角两个方向上跟踪。机械装置由电机驱动,可以使电池板在水平方向上的360°和垂直方向上的0~90°之间自由旋转。2个转动轴的转动部位都安装轴承,使摩擦力减小,以降低方位角和高度角两直流电机的调整功率。在转动轴上各固定一较大的齿轮,电机可通过传送带与小齿轮连接,并进行一定的转速比调整,以降低大齿轮转速和电机的调整功率。在两小齿轮的对称放置上各安装2块小磁铁,在小齿轮旁边适当位置安装一个干簧管(干簧继电器,并调整其位置使小齿轮上的磁铁在经过干簧管时,干簧管能闭合。将此信号送由单片机进行判断,就能检测到转动的角度。单片机送...
