太阳自动跟踪装置控制系统的研究(精)
单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计
单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计引言：太阳能光伏发电已经成为可再生能源中最受关注的一种技术。
光伏发电效率受到太阳光照的影响，传统的固定光伏发电系统效率较低。
为了优化光伏发电系统的效率，设计了一种单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统，能够根据太阳位置自动调整光伏板的角度，最大限度地提高太阳能的利用效率。
一、系统工作原理：该单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统由光敏电阻、测量电路、控制电路和执行机构组成。
光敏电阻负责感应太阳光照强度，传递给测量电路进行电信号转换。
控制电路接收到转换后的信号，并与事先设定的峰值进行比较。
然后，根据比较结果来控制执行机构，使光伏板按需自动调整角度。
二、光敏电阻的选择：光敏电阻是该系统中最重要的一个元件，因为它直接影响到系统的准确度和稳定性。
在选择光敏电阻时，需要考虑以下因素：光敏电阻的特性曲线、光敏电阻的响应时间、光敏电阻的阻值范围等。
一般建议选择具有较高灵敏度和稳定性的光敏二极管。
三、测量电路设计：测量电路的作用是将光敏电阻的电信号转换为适合控制电路处理的电信号。
测量电路一般由信号放大器、滤波器和模数转换器构成。
信号放大器用于放大光敏电阻产生的微弱电信号，滤波器用于去除噪声和杂散信号，模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号。
在设计过程中，需要合理设置放大系数和滤波参数，以确保测量电路的准确性和稳定性。
四、控制电路设计：控制电路是系统的核心部分，其功能是根据光敏电阻测量电路输出的信号，与事先设定的峰值进行比较，并根据比较结果来控制执行机构进行角度调整。
控制电路一般由比较器、运算放大器和逻辑电路构成。
比较器用于将输入信号与参考信号进行比较，运算放大器用于放大比较结果的差别，逻辑电路用于判断角度调整方向，并控制执行机构的运动。
五、执行机构设计：执行机构是该系统中最关键的部分，其功能是根据控制电路的指令，使光伏板按需自动调整角度。
常见的执行机构有两种：电动执行机构和气动执行机构。
太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究
太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究1.引言近年来，由于环境污染和化石能源的消耗，太阳能作为一种清洁、可再生的能源逐渐受到了广泛关注。
太阳能电池板作为太阳能利用的重要组成部分，具有将阳光能转化为电能的能力。
然而，由于太阳的运动轨迹以及天气等因素，太阳能电池板的效率常常受到一定程度的限制。
因此，设计一种能够实现自动追踪太阳的系统，成为提高太阳能电池板效率的有效途径。
2.太阳能电池板追日自动跟踪系统的原理太阳能电池板追日自动跟踪系统通过控制电机的转动，使太阳能电池板始终朝向太阳。
系统主要由光敏电阻、测量装置、控制器和电机组成。
当太阳光照射到光敏电阻上时，光敏电阻产生电信号，并通过测量装置转换为相应的角度信息。
控制器通过比较实际角度与太阳位置的偏差，控制电机旋转，使太阳能电池板调整到正确的角度。
3.系统参数设计与优化为确保系统的准确性和稳定性，需要对系统的参数进行设计与优化。
首先需要选取合适的测量装置，以确保可以准确地测量太阳能电池板的角度。
传感器的选取应考虑其分辨率、精度和抗干扰能力等因素。
其次，需要合理设计控制器的算法，以保证系统的精度和灵敏度。
控制器应对太阳位置变化做出快速而准确的响应，从而实现对太阳能电池板运动的精确控制。
最后，还需对电机的选型和驱动方式进行优化，以确保电机可以在恶劣环境下稳定运行。
4.系统性能测试与分析在完成系统参数设计与优化后，需要进行系统性能测试与分析。
测试时可以在不同天气条件下观测太阳能电池板的追踪效果，并对实际追踪角度与理论角度之间的差异进行比较。
此外，还可通过测试太阳能电池板的电能输出情况，以评估系统的效率和稳定性。
通过对测试结果的分析，可以进一步改进系统设计，提高追日自动跟踪系统的性能和可靠性。
5.应用前景与展望太阳能电池板追日自动跟踪系统具有重要的应用前景和发展空间。
随着太阳能的广泛应用，对太阳能电池板效率的要求也越来越高。
追日自动跟踪系统可以帮助太阳能电池板始终追踪太阳，最大程度地提高电能转换效率，从而提高整个太阳能发电系统的综合效能。
《2024年太阳能自动跟踪系统的设计与实现》范文
《太阳能自动跟踪系统的设计与实现》篇一一、引言随着环境保护和可再生能源的日益重视，太阳能的利用成为了全球关注的焦点。
太阳能自动跟踪系统作为一种提高太阳能利用效率的重要手段，其设计与实现显得尤为重要。
本文将详细阐述太阳能自动跟踪系统的设计原理、实现方法和应用前景。
二、系统设计目标本系统的设计目标是为了提高太阳能的利用率和发电效率，通过自动跟踪太阳的运动，使太阳能电池板始终面向太阳，从而最大限度地接收太阳辐射。
同时，系统应具备操作简便、稳定可靠、成本低廉等特点。
三、系统设计原理太阳能自动跟踪系统主要由传感器、控制系统和执行机构三部分组成。
传感器负责检测太阳的位置，控制系统根据传感器的数据控制执行机构进行相应的动作，使太阳能电池板能够自动跟踪太阳。
1. 传感器部分：传感器采用光电传感器或GPS传感器，实时检测太阳的位置。
光电传感器通过检测太阳光线的强度和方向来确定太阳的位置，而GPS传感器则通过接收卫星信号来确定地理位置和太阳的位置。
2. 控制系统部分：控制系统是太阳能自动跟踪系统的核心部分，负责接收传感器的数据，并根据数据控制执行机构的动作。
控制系统采用微处理器或单片机等控制器件，通过编程实现控制算法。
3. 执行机构部分：执行机构主要负责驱动太阳能电池板进行动作。
常见的执行机构有电机、齿轮、导轨等，通过控制执行机构的动作，使太阳能电池板能够自动跟踪太阳。
四、系统实现方法1. 硬件实现：太阳能自动跟踪系统的硬件主要包括传感器、控制系统和执行机构。
传感器和执行机构的选择应根据实际需求和预算进行选择，而控制系统的硬件则需根据所采用的微处理器或单片机等器件进行设计。
2. 软件实现：软件实现主要包括控制算法的编写和系统调试。
控制算法的编写应根据传感器的数据和执行机构的动作进行编程，通过控制算法实现太阳能电池板的自动跟踪。
系统调试则需要对整个系统进行测试和调整，确保系统的稳定性和可靠性。
五、应用前景太阳能自动跟踪系统的应用前景广阔，可以广泛应用于太阳能发电、太阳能热水器、太阳能干燥等领域。
太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究
太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究太阳能是一种清洁、可再生的能源，越来越多的人开始关注和使用太阳能发电系统。
太阳能发电系统中，太阳能电池板的角度对能量转换效率影响很大。
为了使太阳能电池板能够始终面向太阳，保持最佳角度，研究和设计太阳能双轴自动跟踪系统是非常必要的。
首先，系统设计方面。
太阳能双轴自动跟踪系统主要由太阳能电池板、运动控制系统和传感器系统组成。
太阳能电池板负责转换太阳能为电能，是整个系统的核心部件。
运动控制系统根据传感器系统实时采集到的太阳位置数据，控制太阳能电池板的角度调整。
传感器系统包括光敏传感器和方位传感器，负责检测太阳的位置并将数据传输到运动控制系统。
在太阳能双轴自动跟踪系统的研究中，需要考虑以下几个问题。
首先是数据采集问题。
传感器系统需要实时采集太阳的位置数据，以便运动控制系统进行调整。
传感器系统应该具备高精度、快速响应的特点，以确保数据的准确性和系统的灵敏度。
其次是运动控制问题。
运动控制系统需要精确地控制太阳能电池板的角度调整，以达到最佳转换效率。
运动控制系统应该具备稳定性和高精度的特点，以确保太阳能电池板能够准确地跟踪太阳的位置。
此外，系统的安全性和稳定性问题也需要考虑。
例如，对于极端天气条件下的系统运行，系统应该具备抗风、抗雨和抗震能力。
太阳能双轴自动跟踪系统的研究还可以从以下几个方面展开。
首先是材料和结构的研究。
太阳能电池板的材料和结构对于系统的效率和稳定性有着重要影响。
通过研究和优化太阳能电池板的材料和结构，可以提高系统的效率和稳定性。
其次是算法和控制的研究。
根据实时采集到的太阳位置数据，运动控制系统需要精确地计算调整角度，并控制太阳能电池板的运动。
通过研究和优化算法和控制策略，可以提高系统的精度和响应速度。
综上所述，太阳能双轴自动跟踪系统的设计与研究非常重要。
通过合理设计系统的结构和算法，并优化材料和控制策略，可以提高太阳能发电系统的转换效率和稳定性。
这将对太阳能发电系统的普及和应用起到积极的促进作用，推动可持续能源发展。
基于磁力驱动的太阳能自动跟踪系统的研究
０ 引 言
太 阳 能作为 一种 清 洁无 污染 且储 能 丰 富的能 源 有 着 巨大 的 开发 意义 ．利 用太 阳能 的关 键 是 时刻保 持 太 阳垂直 照 射太 阳能 电池 板【 １ Ｊ ． 从 而最 大效 率地 采集 太 阳 能 。 目前 太 阳能 跟 踪 系 统大 都 采 用单 一 的跟 踪方 式 ．
转 过 的角度 ．然 后按 照 预先 制定 的程 序 来调 整跟 踪 装
置 对准 太 阳 。这 种 跟踪 方式 的优 点是 能 够实 现全 天 候
跟 踪 ，缺点 是具 有 累积误 差 ，精 度不 高 。光 电跟 踪 是 利 用光 电传 感 器检测 太 阳光 与太 阳能 电池板 法线 偏 离
路 ［ ５ ］ ．用 于 对 太 阳 位 置 的实 时 检 测 系 统 总 体 的结
续 跟踪 ．再 次 出现 晴天 时 ．系 统 又 自动转 入 光 电跟 踪
模 式跟 踪 ．最终 实现 对太 阳能 电池板 方位 的 调整
２ 太 阳 自动 跟 踪 系 统 的 设 计
２ ． １ 系统 总体方 案
整 个 自动 跟 踪 系 统 分 为 时 钟 模 块 、驱 动 模 块 、 光 电 检 测 模 块 、单 片 机 控 制 模 块 和 太 阳能 电 池 板 共 五个 部 分 。单 片 机 是 整 个 自动 跟 踪 系 统 的 核 心 ．对
图 ５ 驱 动模 块 示 意 图
Ｆ ｉ ｇ ． ５ Ｄｒ ｉｖ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ
基于视日运动轨迹的太阳跟踪装置控制系统的研究
自动跟 踪刚 。太 阳 自动跟 踪 就是 根据 一 天 中不 同 时刻 太 阳在 天空 中方 位 的变化 ．调整 太 阳能 电池 板 的偏 转 角度 。从 而 跟踪 太 阳的运 行 轨迹 ．使 太 阳入 射 光 线垂
收稿 日期 ：２ １ ０ ２年 ４月 １ 日 ２ 修 回 日期 ：２ １ ０ ２年 ５月 ２ ５日
０ 引 言
太 阳能光伏 发 电作 为太 阳能利 用 的重 要方 式 ．发
展 前景 非 常广 阔 ．并成 为未 来解 决 能 源危 机 的重 要途
直 照 射 到太 阳 能 电 池 板 上 ．充 分 地 接 收 太 阳辐 射 能 量 。本 文采 用视 日运 动 轨迹跟 踪 方案 嘲 研 制 的基 于视 ． １运 动 轨迹 的太 阳跟 踪 系统不 依 赖 于传感 器 ．可 以根 ３ 据 太 阳运 动 轨迹 的变 化 。全 天候 地 跟踪 太 阳 ．最大 限
１ 太 阳 运 行 轨 迹 的计 算 【， １９ ，】 ７
太 阳每 天东 升西 落 ．站在 地球 表 面 的人 能够 观 测
到太 阳有规 律 地运 动
１１ 太 阳 赤 纬 角 ．
太 阳光线 与赤 道平 面 的交 角称 作 太 阳赤 纬角 ．以 ６表示 。在 一年 当 中 ，太 阳赤 纬角 每 天 都在 变 化 ，但 不 超 过＋ ３４ 。 范 围 。最 大 变化 到 夏 至 日的＋ ３ ５ ： ２ ．５ 的 ２ ． ￣ ４ 最 小 变 化 到 冬 至 日的一 ３４ ￣ ２ ． 。按 照库 伯 ｆ ｏｐ ｒ ５ Ｃ ｏ２ ３ Ｈ８ ： Ｐ ７ ｒ
文 献标 识 码 ：Ａ
ｄ ｉ１．９ ９ ．ｓ．０ ６ ７ ０ ．０ ２ ５０ ０ ｏ： ０３ ６ ／ｉ ｎ１０ — ２ ５ １． ． ｊｓ ２ ０ ４
太阳方位双模式全天候跟踪控制系统的研究
四象限光 电池太阳跟踪偏差检测装置． 控制器软硬件 设计 过 程 中 ， 采用 低功耗 技术 ， 在 保证 足够跟 踪 精度 和 发电效率 的前提下， 最大限度 的降低系统 自身能耗．
１ 支 架 机 械 结 构 的 设 计
自动跟踪 式 支架 纵 梁 采 用 “ ｚ” 型设 计 结 构 ， 使 围 绕 横梁 中心转 动 的整 个 桁 架关 于 回转 重 心 质 量对 称 ， 抵 消所 有偏 心距 ， 实现 支 架 转 动 部分 的重 心 始 终在 其 回转 轴 线上 ， 从 而 确保 运转 自如 ， 实现 仰俯 跟踪 的动力 节 能． 双 轴跟 踪 式 支 架 具 有 两 个 转 动 自 由度 ， 竖 直 轴 （ 垂 直于 地 平 面 的 传 动 轴 ） 实现方位 角跟踪 ； 水 平 轴 （ 平 行于 地平 面 的传动轴 ） 实现 高 度 角跟 踪 ． 竖 直 轴传 动 的第 一级 为 带 有 行 星 齿 轮 减 速 器 的 永 磁 直 流 电 动 机， 第二 级为 蜗轮 蜗杆机 构 驱动 回转轴 承 的外齿 圈 ， 使 太 阳能 电池板 和 高度 角调 节机 构 东 西 方 向旋 转 ； 水 平 轴传 动 通过 电动 蜗杆驱 动 电池板南 北 方 向旋 转 ． 支架 机 械结 构满足 太 阳能光伏 发 电装 置 的强度 和 刚度 的要 求 ． 系统 所受 的载 荷 除 了 太 阳能 电池 板 及其
统 具有结构简单、 能耗低 ， 跟踪精度 高等优点． 支架纵梁采 用“ ｚ ” 型设计 结构 ， 确保运 转 自如 ， 实现 了仰俯跟 踪的 动力节
能．
关键 词：光伏发 电； 光感跟踪 ； 时间跟踪 ； 单 片机 中图分 类号 ： Ｔ Ｋ５ １ ３ ． ４ 文 献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ ３—１ ６ ０ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ２ ８ ９— ０ ３
《2024年太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究》范文
《太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究》篇一一、引言随着人类对可再生能源的依赖性日益增强，太阳能作为清洁、无污染的能源受到了广泛的关注。
而太阳能电池板作为太阳能转换的核心设备，其效率和稳定性对提高整体能源利用率至关重要。
本文着重探讨了一种提高太阳能电池板能量采集效率的方法——追日自动跟踪系统。
该系统能够根据太阳的运动轨迹，实时调整太阳能电池板的角度，以达到最佳的日照效果。
二、太阳能电池板追日自动跟踪系统的基本原理太阳能电池板追日自动跟踪系统主要通过传感器检测太阳的位置，然后通过驱动装置调整太阳能电池板的角度，使其始终保持与太阳的最佳角度。
这一过程是通过一系列的传感器、控制器和执行器共同完成的。
三、系统组成及工作原理1. 传感器部分：包括太阳位置传感器和光强传感器。
太阳位置传感器用于检测太阳的实时位置，光强传感器则用于检测太阳光的强度。
这些传感器将收集到的信息传递给控制器。
2. 控制器部分：是整个系统的“大脑”，负责接收传感器传递的信息，并根据这些信息计算出最佳的角度，然后向执行器发出指令。
3. 执行器部分：包括电机和传动装置。
电机接收到控制器的指令后，通过传动装置驱动太阳能电池板进行角度调整。
四、系统实现的关键技术1. 传感器技术：选择高精度、高稳定性的传感器是保证系统准确性的关键。
2. 控制算法：采用先进的控制算法，如PID控制、模糊控制等，使系统能够根据太阳的运动轨迹实时调整角度。
3. 驱动技术：选择合适的电机和传动装置，确保系统在各种环境下都能稳定运行。
五、系统性能及优势1. 提高能量采集效率：通过实时调整太阳能电池板的角度，使系统始终处于最佳工作状态，从而提高能量采集效率。
2. 延长设备使用寿命：减少因光照不均或角度不当造成的设备损耗，延长设备的使用寿命。
3. 自动化程度高：系统可实现自动检测、自动调整，减少人工干预，提高工作效率。
4. 适应性强：系统可适用于各种环境，如平原、山区、海边等不同地域和气候条件。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第2期(总第147期2008年4月机械工程与自动化M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G &AU TOM A T I ON N o 12A p r 1文章编号:167226413(20080220140203太阳自动跟踪装置控制系统的研究徐东亮,任超(武汉理工大学机电学院,湖北武汉430070摘要:为了更充分、高效地利用太阳能,人们普遍采用跟踪太阳的方式以最大限度地获得更多的光能。
介绍了太阳自动跟踪装置控制系统的控制原理及硬件、软件的设计方法。
该系统控制软件运行后,PC 机通过串行端口发送和接收脉冲信号以驱动步进电机,实现对太阳运动轨迹的自动跟踪。
整个系统结构简单、价格低廉、性能可靠、跟踪精度高。
本控制系统基于PC ,具有丰富的软件资源、良好的人机界面以及强大的数据处理能力。
关键词:太阳跟踪装置;自动控制;串口通讯;步进电机中图分类号:T P 273文献标识码:A收稿日期:2007208213;修回日期:2007211201作者简介:徐东亮(19702,男,福建人,副教授,博士,研究方向为机械电子工程、检测技术与自动化装置。
0引言太阳能是一种洁净的可再生资源,有着矿物能源不可比拟的优越性,而且太阳能资源十分丰富,是目前可再生能源中应用范围最广泛、发展前景最远大的清洁能源。
虽然太阳能总能量很大,但由于太阳能的能量密度比较低,在大气层外的平均密度约为1135k W m 2,再考虑通过大气层的损耗等因素,当到达地面时,只有不到1k W m 2。
因此为了更充分、高效地利用太阳能,人们普遍采用跟踪太阳的方式以最大限度地获得更多的光能。
本文介绍的是基于二维太阳跟踪装置的控制系统,该系统采用视日运动轨迹跟踪的方法计算太阳的高度角和方位角,进而通过PC 控制步进电机,实现全自动、全天候、高精度的太阳跟踪。
由于采用在V C ++610环境下通过PC 机串口直接控制步进电机的方法,因此整个系统成本低、简单实用、可靠性高,且具有良好的人机界面,能够广泛应用于气象监测、环境能源利用等领域。
1太阳运行轨迹的算法太阳的运行轨迹,即太阳相对地球的位置可由两种坐标系来描述:赤道坐标系和地平坐标系。
111赤道坐标系赤道坐标系是人在地球以外的宇宙空间里看太阳相对于地球的位置,这时太阳相对于地球的位置是相对于赤道平面而言,用赤纬角和时角这两个坐标表示。
11111赤纬角∆太阳中心与地球中心的连线(即太阳光线在地球表面直射点与地球中心的连线与此连线在赤道平面上的投影间的夹角称为太阳赤纬角(或称太阳赤纬。
它描述地球以一定的倾斜度绕太阳公转而引起二者相对位置的变化。
一年中,太阳光线在地球表面上的垂直照射点的位置在南回归线、赤道和北回归线之间往复运动,使该直射点与地心连线在赤道面上的夹角也随之重复变化。
赤纬角∆(o 在一年中的变化用下式计算:∆=23145sin (2Πd365。
或∆=23145sin [360×(284+n 365]。
式中:∆——一年第n 天或离春分第d 天的赤纬,春分和秋分∆=0,冬至∆=-2315o ,夏至∆=2315o ;d ——由春分算起的第d 天;n ——一年中的日期序号。
11112时角Ξ时角描述因地球自转而引起的日-地相对位置的变化,如无自转,则不存在时角。
地面上任意一点与地心连线在赤道平面上投影与当地12点钟的日-地中心连线在赤道平面上投影之间的夹角Ξ为时角。
地球自转一周为360o ,对应的时间为24h ,故每小时对应的时角为15o ,从正午算起,上午为负,下午为正,数值等于离正午的时间乘以15。
日出、日落时的时角最大,正午时为零。
112地平坐标系地平坐标系是人在地球上观看空中的太阳相对地球的位置。
这时,太阳相对地球的位置是相对地面而言的,用高度角ΑS 和方位角ΧS 两个坐标表示。
所谓的相对于地平面,是指太阳与地球间的任何夹角都是与某地的地平面的夹角。
11211天顶角ΗZ太阳光线和地平面法线之间的夹角ΗZ称为天顶角。
11212高度角ΑS太阳光线和它在地平面上投影线之间的夹角称为高度角,它表示太阳高出水平面的角度。
ΑS的计算式为:sinΑS=sin5sin∆+co s5co s∆co sΞ。
式中:5——当地纬度。
高度角与天顶角的关系为:ΗZ+ΑS=90o。
11213方位角ΧS地平面上正南方向线与太阳光线在地平面上投影间的夹角称为方位角,它表示太阳光线的水平面投影偏离正南方向的角度,由下式计算:sinΧS=co s∆sinΞ co sΑS。
或co sΧS=(sinΑS sin5-sin∆ (co sΑS co s5。
方位角从正午起算,按顺时针方向为正,逆时针方向为负,也就是上午为负,下午为正。
从上我们可以看出赤道坐标系相对地平坐标系更为直接、简单,可以更为精确地描述太阳的轨迹。
但赤道坐标系是以赤道平面、地球的极轴为基准,在实际应用中跟踪装置机械结构的设计和安装都很困难,因此在满足跟踪精度的前提下我们采用地平坐标系,由当地的纬度、日期、时间计算太阳的方位角和高度角,从而控制步进电机实现跟踪装置对太阳的跟踪。
2控制系统结构根据地平坐标系,自动跟踪装置具有两个相互垂直的转轴,即垂直轴和水平轴,分别垂直、平行于当地的水平面。
太阳能电池板围绕垂直轴转动实现方位角的变化,围绕水平轴转动实现高度角的变化。
控制系统采用闭环控制,硬件主要由PC机、电平转换电路、定位开关、电机及其驱动器组成。
工业PC 运行控制程序,通过计算机串行端口和电平转换模块向步进电机驱动器发送方向脉冲和驱动脉冲,驱动步进电机带动机构运动,在地平坐标系中实现对太阳运行轨迹的跟踪。
(1在两维方向的零点位置安装精密定位开关,机械运动部件运行到基准位置时,通过触发开关向控制端口发送电平信号,实现反馈控制。
(2驱动接口采用R S232串口进行通讯,传输距离最大为15m,可以采用远程控制的方式。
步进电机驱动的电平范围为0V~5V,无法与R S232信号电平直接兼容,因此需要专门的电平转换器件M A X232芯片作为电平转换电路,保证串口脉冲驱动电机正常工作。
(3选用的步进电机为混合式步进电机,步距角为118o 019o。
要满足高精度的跟踪要求,必须提高电机步进角度的分辨率,因此选用专门的电机细分驱动器作为控制电路,可以明显提高步进角度的分辨率。
细分功能还能消除电机的低频振荡,进一步提高电机的输出转矩和增强负载能力。
控制系统框图见图1。
图1控制系统框图3控制系统软件本系统的控制软件由以下几部分组成:①系统初始化模块;②两维自动跟踪模块;③步进电机驱动模块。
311系统初始化模块系统初始化模块主要确定跟踪装置机械结构的基准位置。
机械运动部件运动到基准位置后,触发开关向控制端口发送电平信号,PC收到消息后立即中止驱动脉冲的发送。
这种模式主要是针对系统工作异常和日落后系统自动返回基准位置设置的,也可以减小因机械结构的加工和步进电机的传动而产生的误差积累。
312两维自动跟踪模块利用地平坐标系中太阳高度角和方位角的计算公式,计算机根据提供的地理、时间参数来确定即时的太阳位置,计算出当时的太阳高度角、方位角以及当日的日出、日落时间。
选择工作模式后,仪器进入两维自动跟踪状态且迅速追踪至当前太阳位置。
之后系统便每分钟根据太阳轨迹的变化同步发送驱动信号,实现系统运动机构在水平和垂直方向上的角度变化。
日落后,系统运行指令驱动机构依照日落前的跟踪路线返回到两维的基准零点。
313步进电机驱动模块系统通过计算机串口控制两轴步进电机的转速、转向和转动角度。
步进电机驱动脉冲时序图见图2,图中驱动脉冲信号用于控制步进电机的位置和速度,电机的转速随脉冲频率的大小而相应变化。
用驱动脉冲的个数实现电机的精确定位,方向脉冲用于控制步进电机的旋转方向。
图2驱动脉冲时序图考虑到角度变化的精度影响和电机的反应速度,选取1m in为单位时间,近似地认为在该单位时间内太阳的两维角度变化为线性匀速。
以初始位(方位角采取正南方,高度角采取水平面为计算原点,各单位时间・141・2008年第2期徐东亮,等:太阳自动跟踪装置控制系统的研究内的步数由当前时间的总步数减去前一时间的总步数得到。
这样既避免失步,又能避免累积误差。
在发送电机驱动脉冲时采用多线程工作,以降低两路驱动时序的延迟误差,保证步进精度。
脉冲产生后,按照电机稳定工作的脉冲频率来设置串口通讯速率,脉冲以位码的形式通过R S 232端口发送。
串口也发送方向电平来控制仪器的两维运动方向。
4结束语(1本控制系统基于PC ,具有丰富的软件资源、良好的人机界面以及强大的数据处理能力。
(2通过串口发送脉冲信号驱动步进电机,控制装置运动机构水平和垂直旋转跟踪太阳,因此整个系统结构简单、价格低廉、性能可靠、跟踪精度高。
(3太阳视日轨迹算法采用地平坐标系,以当地的水平面和正南方为基准,且R S 232串口通讯最大距离为15m ,因此在实际应用中,自动跟踪装置的安装灵活、方便。
参考文献:[1]郑瑞澄.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册[M ].北京:化学工业出版社,2006.[2]于贺军,吕文华.全自动太阳跟踪器软件的设计和研究[J ].气象水文海洋仪器,2001(2:8211.[3]郑小年,黄巧燕.太阳跟踪方法及应用[J ].能源技术,2003,24(4:1492151.D evelop m en t of Con trol System of Automatic Solar TrackerXU D ong -li ang ,REN Chao(Schoo l of M echanical and E lectronic Engineering ,W uhan U niversity of T echno logy ,W uhan 430070,Ch inaAbstract :T h is paper in troduces the con tro l p rinci p le of the au tom atic so lar trackercon tro l system and the design m ethod of the hardw are and the softw are .A fter the softw are of con tro l system operates ,compu ter w ill con tro l stepp ing mo to r by sending and re 2ceiving i m pu lse signal th rough serial po rt to drive m ach ine to fo llow the track of the sun .A s a resu lt of it ,th is con tro l system is si m p le ,cheap and reliab le .A nd th is system is based on PC ,then it has abundan t softw are resou rces and conven ien t in terface of oper 2ati on .Key words :au tom atic so lar tracker ;au tom atic con tro l ;serial comm un ication ;stepp ing mo to r(上接第139页采用三角形隶属度函数曲线,经过反复调整量化因子和比例因子k e 和k u ,得到炉温模糊控制仿真曲线,见图5。