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1、2论文 基于MCU的太阳能电池板追日系统设计2论文 基于MCU的太阳能电池板追日系统设计.txt如果不懂就说出来，如果懂了，就笑笑别说出来。贪婪是最真实的贫穷，满足是最真实的财富。幽默就是一个人想哭的时候还有笑的兴致。 本文由tiansure贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第六届大学生物理实验科技作品创新竞赛论文 基于 MCU 的太阳能电池板追日系统设计 作者: 闫阿泽 温韬 指导老师:刘斌 贾肖婵 (天津市,河北工业大学,300130) 摘要: 摘要:自行设计一种太阳能电池板自动跟踪太阳光的系统,并对比了各种太阳追 踪方法,设计出基
2、于 MCU(微处理器)的太阳能追日系统的结构,工作原理.系 统通过不断判断由光敏传感器传来的光信号强度,并设置一定的电压阀值,当光 信号的电压差值大于设定阀值时,由 PIC 单片机发出相应驱动控制信号来控制作 为执行机构的步进电机正向或反向旋转,带动太阳能电池板转动,使太阳光与电 池板垂直,从而实现实时跟踪的目的. 关键词: 关键词:太阳能 光敏传感器 MCU 追日系统 在新能源发展中, 太阳能有其相当的优势, 储量丰富, 普遍存在, 无污染,因此太阳能的开发利用具有重大的现实意义.在太阳能电池 板发电的相同条件下, 采用自动追踪发电设备要比固定发电设备的发 电量提高 35%,因此有必要实行太
3、阳追踪. 1.追踪太阳光的发展过程 1.追踪太阳光的发展过程 经查阅资料,随着时代的发展,共有以下几种追踪太阳的方法: (l)时钟式太阳跟踪装置是一种被动式的跟踪装置,有单轴和双轴两 种形式, 其控制方法是定时法. 根据太阳在天空中每分钟的运动角度, 计算出太阳光接收器每分钟应转动的角度,从而确定出电动机的转 速,使得太阳光接收器根据太阳的位置而相应变动.(2)重力差式跟 踪器.重力差式跟踪器是 1979 年美国公布的一项专利.跟踪器是装 1 在太阳能利用装置枢轴两侧的一对装有低沸点液体的密闭容器. 其中 的液体(如氟里昂 R 一 12)可以互相流通.在容器的适当位置装有太 阳能挡板,只有在装
4、置对准太阳时,太阳辐射能才可等量地照射到两 个容器上.否则一个容器接收的辐射能便较另一个容器多,从而导致 液体蒸发上的差异,使容器内的压力不同,于是液体便流向压力低的 容器.液体多的容器重量增加,使装置倾斜而跟踪太阳,直至对准时 为止.整个装置的重心低于枢轴,以防容器完全翻转.这种太阳跟踪 器在夜间能自动返回原来的位置.因为日落后空气变冷,并且容器内 液体冷却速度预先已经调整,东面容器比西面容器冷却得快,其内压 力下降也快,于是东边变重,使整个装置向东倾斜,以待日出. (3) 液压式跟踪器.(4)控放式太阳跟踪装置.电池装在集热装置的上方, 前面设有遮光板,当集热装置对准太阳时恰好遮住阳光,使
5、太阳能电 池处于阴影区.一但太阳西移,遮光板的阴影随之移动,太阳能电池 便受到阳光照射,输出一定数值的电流,从而发出偏移信号.信号经 放大,使高灵敏的继电器动作,并通过执行继电器控制电磁铁吸合, 于是制动装置松开,集热装置向西旋转,直至对准阳光.此时遮光板 又重新挡住阳光,太阳能电池进入阴影区,电磁铁释放,完成跟踪. 2.本次设计的硬件电路 2.本次设计的硬件电路 本设计与前两种跟踪装置相比,随着单片机技术水平的提高,光 电式跟踪器可通过反馈消除误差,控制较精确,电路也比较易实现, 成本低廉,因此受到普遍关注.本次采用的太阳能追日系统系统主要 由三个模块组成: (1)光电检测模式检测电路模块.
6、 (2)步进电机驱 动和执行机构模块. (3)机械传动模块.整体框架如下图所示. 2 (1)光电检测模式检测电路模块示意图和硬件电路图 光电检测具体就是检测太阳高度角和方位角的变化, 电压电流传 感器采用如图方式, 使用的元件是 3 个光敏电阻, 它是电阻性传感器, 在所受到的光强度发生变化时,其电阻值相应变化,可将光信号转换 为电信号.如图所示,将 3 只完全相同的光敏电阻置于一个平面上, 他们之间用一个呈T字型的遮光板分别隔开在 3 个区域中,遮光 板的高度可调,用以实现精度的调节.选取其中两个电阻组成桥式电 路分别通过如图电路接通 PIC 单片机的 A/D 通道. 如果太阳光完全垂 直照
7、射到光敏电阻上,则它们所得到的电压差完全相等.微处理器根 据得到的电压数据,控制电机不动作; 如果太阳光不是完全垂直照射, 则 3 只中必定有 2 个电压或 3 个电压都不相等,一旦差值高于一定的 3 设定值,微处理器会控制相应电机转动,以使得太阳光再次垂直照射 到平面上.具体实施方案是这样的1 和 2 检测高度角的变化,当 1 和 2 组成桥式电路,由于光照的不同输出不同的阻值,引起相应的 电压差发生变化, 单片机取该时刻的电压差值, 判断是否高于设定值. 如果高了, 则输出脉冲信号控制执行机构的动作, 使高度角发生变化, 朝向太阳的方向. 如果低了, 执行机构不动作, 减少追踪次数. 同理
8、, 利用 2 和 3 号通道的电压比较值控制执行机构的动作, 使方位角发生 变化,朝向太阳方向.如果 3 个通道的电压同时小于一个限值,则判 断为黑夜,引起一个中断,控制执行机构反方向旋转,返回到注视位 置,等待第二天的追踪. (2)步进电机驱动和执行机构模块 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构.通俗一点 讲:当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的 方向转动一个固定的角度(及步进角) .我们可通过控制脉冲个数来 控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频 率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的.由于步进 电机有此特点,因此我选用步进电机
9、来作为执行机构,选取 L298 作 为它的驱动元件,来实现上平台需要的输入角度,达到整个机构对太 阳跟踪的要求.硬件电路图如下 4 3.本次设计的不足之处 3.本次设计的不足之处 (1)光电式追踪设备的样机没有做好,目前只是实验的方案, 具体的电路板等在逐步创作之中. (2)由于知识水平的缺陷,机械部分的创意还没有实现,必须 依靠老师的指导和兄弟学院的支持. 4.研究总结和展望 4.研究总结和展望 在本次设计中,我运用光敏电阻元件,设计出了一款光电式自动 追光系统. 在此过程中, 通过老师的指导, 我认识了光敏电阻的特性, 了解了光电传感器的原理,并把它应用于实际的工作电路中;进一步 认识了桥
10、式电路的原理,把实验书本上抽象的理论运用到了实践中; 学习了步进电机的原理和驱动方法,开阔了视野;初步用汇编语言编 写了驱动步进电机的程序,接触了 PIC 单片机的开发环境,看到步进 电机在自己编写的程序下运行起来,很受鼓舞,体会到了学习中有无 穷的乐趣.同时,我又感到自己知识的有限,学然后知不足,今后我 一定在老师的指导下,完成样机的开发,努力学习,提升自己综合能 力. 5 参考文献: 参考文献: 文献 1张常年,赵红怡,吕原.太阳能电池自动追踪系统的研制.计算机应用.2001 2徐文灿.太阳能自动追踪系统的探索与试验.物理实验.2002 3张鹏,王兴君,王松林.光线自动跟踪在太阳能光伏系统中的应用.陕西国防 学院电路设计研究所,西安电子科技大学.2007 4时剑,单春贤,童红,方攀,MCU 控制的太阳能电池最大功率跟踪控制器. 江苏大学 .2008 61
