太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

0 引 言
太陽(yáng)能是已知的最原始的能源，它干凈、可再生、豐富，而且分布范圍廣，具有非常廣闊的利用前景。但太陽(yáng)能利用效率低，這一問(wèn)題一直影響和阻礙著太陽(yáng)能技術(shù)的普及，如何提高太陽(yáng)能利用裝置的效率，始終是人們關(guān)心的話題，太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為解決這一問(wèn)題提供了新途徑，從而大大提高了太陽(yáng)能的利用效率。
跟蹤太陽(yáng)的方法可概括為兩種方式：光電跟蹤和根據(jù)視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤。光電跟蹤是由光電傳感器件根據(jù)入射光線的強(qiáng)弱變化產(chǎn)生反饋信號(hào)到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序調(diào)整采光板的角度實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的跟蹤。光電跟蹤的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為方便；缺點(diǎn)是受天氣的影響很大，如果在稍長(zhǎng)時(shí)間段里出現(xiàn)烏云遮住太陽(yáng)的情況，會(huì)導(dǎo)致跟蹤裝置無(wú)法跟蹤太陽(yáng)，甚至引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作。而視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤的優(yōu)點(diǎn)是能夠全天候?qū)崟r(shí)跟蹤，所以本設(shè)計(jì)采用視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤方法和雙軸跟蹤的辦法，利用步進(jìn)電機(jī)雙軸驅(qū)動(dòng)，通過(guò)對(duì)跟蹤機(jī)構(gòu)進(jìn)行水平、俯仰兩個(gè)自由度的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的全天候跟蹤。該系統(tǒng)適用于各種需要跟蹤太陽(yáng)的裝置。該文主要從硬件和軟件方面分析太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本文介紹的是一種基于單片機(jī)控制的雙軸太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由平面鏡反光裝置、調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制電路、方位限位電路等部分組成。跟蹤系統(tǒng)電路控制結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

任意時(shí)刻太陽(yáng)的位置可以用太陽(yáng)視位置精確表示。太陽(yáng)視位置用太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角兩個(gè)角度作為坐標(biāo)表示。太陽(yáng)高度角指從太陽(yáng)中心直射到當(dāng)?shù)氐墓饩€與當(dāng)?shù)厮矫娴膴A角。太陽(yáng)方位角即太陽(yáng)所在的方位，指太陽(yáng)光線在地平面上的投影與當(dāng)?shù)刈游缇€的夾角，可近似地看作是豎立在地面上的直線在陽(yáng)光下的陰影與正南方的夾角。系統(tǒng)采用水平方位步進(jìn)電機(jī)和俯仰方向步進(jìn)電機(jī)來(lái)追蹤太陽(yáng)的方位角和高度角，從而可以實(shí)時(shí)精確追蹤太陽(yáng)的位置。上位機(jī)負(fù)責(zé)任意時(shí)刻太陽(yáng)高度角和方位角的計(jì)算，并運(yùn)用軟件計(jì)算出當(dāng)前狀況下俯仰與水平方向的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的步數(shù)，將數(shù)據(jù)送給跟蹤系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器，單片機(jī)接收上位機(jī)送來(lái)的數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)復(fù)位、水平方位的調(diào)整，俯仰方向的調(diào)整，太陽(yáng)的跟蹤及手動(dòng)校準(zhǔn)等功能。