基于单片机的太阳能电池自动跟踪系统的设计_图文(精).docx

-- - 24 卷第 3 期 V ol 124 N o 13 长春师范学院学报 (自然科学版 Journal of Chang Chun T eachers C ollege (Natural Science 2005年 8 月 Aug 2005 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 ]T N710 [ 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。 自动跟踪系统的组成和结构 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。 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 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 5 11112 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 ,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 出方位角和高