太阳自动追踪器设计
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。
基于PLC的二维极轴太阳光自动追踪系统的设计
郑 晓斌 林 立 生 ( 福建船政交 7 )
摘 要
太 阳 光 自动 追 踪 系统 的追 踪 策 略 采 用程 序 控 制 和 传 感 器控 制 相 结合 的方 法 , 使 用粗 追 踪 和 精 确 追 踪 两种 模 式 , 实现 对
t a ge s s u ch as K ey wor ds : pr ogr amm a bl e l ogi c co n t r ol , au t o ma t i c t r ac k i n g s ys t e m, i n t el l i ge nt l i gh t i n t e n s i t y s e n s or
太 阳 光 线 方位 角与 高度 角 的精 确 追踪 。将 全 年 每 半 个 月的 太 阳追 踪 参数 为标 准值 , 粗追踪就是利用 P L C 查表 的 方 式 来 实 现; 同 时也 对 光 强智 能 传 感 器 硬 件 合 理 设 计 以及 电机 拖 动 模 块 进 行 了重 点 的探 讨 , 使 得 系统 具 有 较 小 的 追踪 精 度 误 差 , 抗
干扰 能 力越 强等 诸 多优 点 。 关键 词 : 可 编程 序 控 制 器 , 自动 追 踪 系统 , 光 强智 能 传 感 器
Ab s t r a c t
S ol ar a u t o mat i c t r a ck i ng s ys t e m f or t r ac k i n g s t r a t eg y a do pt s t h e pr o g r a m c on t r o l an d t r a n s du ce r c on t r o l m e t h ods , u s i n g c o ar s e t r ac k i n g an d pr e ci s e t r a c k i n g o f t wo k i n ds o f mo de, r ea l i z es t o t h e r a y s o f t h e s u n a z i mu t h an d el e v a t i on an gl e pr e —
地面自动跟踪太阳暴晒设备的设计
; aut om atc i fol l ; ow
风沙的影响老化速度 更快 。为了研 究物品的老化与 中物 品会随着时间的推 更是 由于光照 、雨水 、
器 IEe tc lc r al i Appi c s l an e
光照的关系 ,须研制一种 自动 跟踪太阳设备 ,捆绑 物 品于设备上 ,使物 品在单位 面积 、单位 时间内接
太阳暴晒 自动跟踪器的运用使须暴 晒物 品实时垂直太 阳光 ,有效提 高暴晒物品老化试验 效率。 自动跟踪控 制器 的核心 是单 片控 制器 MCU,关键 元件是 光敏传 感器及双
轴 电机 。 其 基 本 工 作 原 理 :MCU对 光 敏 信 号 进 行 采 集 、 运 用 多 种 算 法和 校 正 技 术 综 合 处 理 ,准 确 判 断 太 阳方 向 ,
■ 技 术创 新 ・ 日用 电 器
受最 大 的 太 阳 辐射 能量 ,加 快 物 品 的 老化 速度 。
左( ) ( ) 东 右 西 方向光敏组 ,分别检测 四个方向太阳光照
强度 ,另外两组光敏信号 为运 行控制信号。光敏信号经转 换 电路变成 MCU可处理的 电压信号 ,MCU收集该信 号等 待下一步处理 。该 装置外观工艺设计 优劣对整套设备太 阳 跟踪精度 和有 效性有至 关重 要影响。设计原则 :一 、排 它 性 ,某一方 向光敏传 感器只能检测该 方向太阳光 ,排除检 测到反方 向光线 :二、捕捉性 ,当任何一 方的光线都不能
多能动机面 功互人界
限位保护装置
C M
U
J
双 轴双 向 电机
太阳方位 ,输 出控制双轴双向电机运行 ,使设备指向太阳。
其 基 本 原理 :四 方光 敏 被 固 定 在 一 段 长 5 mm 方形 不 锈 钢 0
太阳位置自动追踪系统的设计
太阳位置自动追踪系统的设计太阳位置自动追踪系统的设计引言:太阳是地球上一切生命的源泉,因此研究太阳的运动轨迹对于各个领域都具有重要意义。
然而,由于地球自转和公转的复杂性,太阳的位置是不断变化的。
为了更好地利用太阳能、实现太阳能追踪和降低能源消耗,设计一套太阳位置自动追踪系统是非常有必要的。
一、系统概述太阳位置自动追踪系统是一种通过感知和控制技术实现的系统,可以实时获取太阳的位置信息,并使太阳能装置随之自动调整方向。
该系统利用传感器获取地球上某一特定位置的太阳的位置信息,并通过控制器控制电机或其他执行机构来实现太阳能装置的自动追踪。
二、系统组成1. 光照传感器:光照传感器的作用是感知太阳的强度和位置信息。
利用传感器测量太阳光的强度,可以得到太阳的位置角度信息,并将其输入控制器进行分析和处理。
2. 控制器:控制器是系统的核心部分,它接收光照传感器的输入,并通过计算和判断决定太阳能装置的转动角度。
控制器还可以根据设定的参数,调整正在工作的执行机构,使其按照预定方向追踪太阳的运动。
3. 执行机构:执行机构是通过控制器发出的信号,控制太阳能装置的转动。
常用的执行机构有电机、液压缸等。
通过控制执行机构的运动,太阳能装置可以实现自动追踪太阳,最大限度地接收太阳能。
三、系统工作原理光照传感器感知到太阳的位置和光强度后,将信息传递给控制器。
控制器根据预设参数和算法分析这些数据,并产生相应的控制信号,驱动执行机构转动。
通过与预设目标进行比对,控制器可以精确地控制执行机构的运动,使太阳能装置随着太阳的运动而不断调整自身位置和方向。
四、系统设计与实施在设计太阳位置自动追踪系统时,需要考虑以下几个方面:1. 传感器选择与性能:选择合适的光照传感器,具备感知太阳位置和强度的功能,并具有高精度、高灵敏度的特点。
2. 控制器算法:设计适用于太阳位置自动追踪的控制算法,能够实时分析光照传感器的数据,并根据算法输出相应的控制信号。
太阳跟踪器课程设计
太阳跟踪器课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解太阳的运动规律及其对地球的影响。
2. 学生能掌握太阳跟踪器的原理和制作方法。
3. 学生能了解太阳能在日常生活中的应用。
技能目标:1. 学生能运用所学的物理知识,设计并制作简单的太阳跟踪器。
2. 学生能通过实验和观察,分析太阳跟踪器的效果,提出改进方案。
3. 学生能运用科学探究的方法,解决太阳跟踪器制作过程中遇到的问题。
情感态度价值观目标:1. 学生培养对自然科学的好奇心和探索精神,增强对物理学科的兴趣。
2. 学生在团队合作中,学会互相尊重、沟通和协作,培养团队精神。
3. 学生通过了解太阳能的利用,增强环保意识,认识到可再生能源在可持续发展中的重要性。
课程性质:本课程为动手实践课程,结合物理知识和实际操作,让学生在制作太阳跟踪器的过程中,学习物理知识,提高实践能力。
学生特点:六年级学生具备一定的物理知识基础,好奇心强,喜欢动手操作,但需要引导他们运用所学知识解决实际问题。
教学要求:教师需引导学生运用物理知识,设计并制作太阳跟踪器,关注学生在实践过程中的表现,及时给予指导和鼓励,提高学生的实践能力和科学素养。
通过课程目标的实现,为学生提供展示自我、锻炼能力的平台。
二、教学内容1. 太阳运动规律:地球自转、公转,太阳高度角和方位角的变化。
教材章节:第二章第一节《地球和太阳》2. 太阳跟踪器的原理:介绍太阳跟踪器的工作原理,如光电转换、电机驱动等。
教材章节:第三章第三节《太阳能的利用》3. 太阳跟踪器制作:设计并制作简易太阳跟踪器,包括材料准备、电路连接、程序编写等。
教材章节:第四章第二节《动手制作太阳能装置》4. 实验与观察:通过实验和观察,分析太阳跟踪器的效果,提出改进方案。
教材章节:第五章第一节《实验与观察》5. 太阳能应用:了解太阳能电池、太阳能热水器等在生活中的应用。
教材章节:第三章第四节《太阳能产品的应用》教学安排与进度:第一课时:讲解太阳运动规律,引导学生思考太阳跟踪器的原理。
太阳追踪器控制系统设计
南京信息职业技术学院毕业设计论文系部专业题目太阳追踪器控制系统设计指导教师评阅教师完成时间: 20**年 4月19日毕业设计(论文)中文摘要毕业设计(论文)外文摘要目录一绪论 (1)二太阳能自动追踪器的现状 (2)2.1 压差式太阳能跟踪器 (2)2.2 控放式太阳追踪器 (2)2.3 时钟跟踪器 (2)2.4 比较控制式太阳跟踪器 (2)三太阳能自动跟踪器存在的问题 (4)四结构设计 (5)五传感器 (6)5.1高精度传感器 (6)5.2大角度传感器 (7)六控制策略及程序设计 (8)七触摸屏控制界面设计 (10)结论 (12)致谢 (13)参考文献 (14)附件1:PLC控制程序 (15)一绪论太阳能光伏发电是改善生态环境、提高人类生存质量的绿色能源之一,研究太阳能发电技术意义重大。
如何提高太阳能电池光电转换率则是光伏发电能否推广应用的根本所在。
太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源,与常规能源有本质上的区别。
这就对太阳能的收集与利用提出了更高的要求。
提高太阳能电池光伏电池最大功率,可以从太阳能电池的材质上入手,或从逆变电源设计上入手[1];另一途径是让太阳能电池跟着阳光旋转,使太阳能电池与阳光入射角保持垂直,以达到光能最大获取率[2]。
这要依靠太阳跟踪器来实现。
太阳跟踪器[3~5],故名思意,基本功能就是使光伏阵列随着太阳而转动。
太阳能跟踪器根据结构和控制原理不同有单轴控制和双轴控制。
一般双轴系统可提高发电量35%左右,单轴系统可提高2O%左右,聚光型跟踪系统会更高[6]。
本文主要阐述一种双轴太阳跟踪器控制系统的设计方案。
二太阳能自动追踪器的现状2.1 压差式太阳能跟踪器压差式跟踪器的原理是:当入射太阳光发生偏射时,密闭容器的两侧受光面积不同,会产生压力差,在压力的作用下,使装跟踪器重新对准太阳。
根据密闭容器内所装介质的不同,可分为重力差式,气压差式,和液压式。
该机构结构简单,制作费用低,纯机械控制,不需要电子控制部分及外接电源。
太阳光直射自动跟踪器项目毕业设计_图文(精)
毕业设计指导书课题项目:太阳光直射自动跟踪器一、设计目的1、通过毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识、利用所掌握的基本技能,锻炼分析和解决实际问题的能力。
2、使学生接受单片机系统开发的综合训练,达到能够进行单片机最小化系统设计和实施方案的目的。
3、掌握以单片机为核心的机电一体化产品控制系统工作原理和设计思路。
二、课题介绍1.设计内容:设计、制作的实物是一种能自动跟踪太阳的装置;可应用于太阳能充电路灯、太阳能充电站等设施中。
它能探测太阳光,自动调整角度、始终面向太阳光直射的方向;而在晚上或阴、雨天时则会自动休息。
1硬件电路设计设计一个按阵列排布的光敏电阻组(Rgz),阵列组四周遮光密封,只有上方正中央开一小孔,小孔盖上薄玻璃(透光)并做防水密封处理。
这就构成一个探测太阳光方向的探光器。
在薄玻璃板范围内开另一小孔,在紧贴玻璃的内侧密封安装一个光敏电阻(Rgo),用作探测外界的光线强度。
探光器内的Rgz及Rgo接至探光电路板,输出光藕隔离信号给单片机主板。
除了探光器,还要设计配套的探光电路板,以及连接到单片机主板的接口电路。
2机械部分设计设计一个有两自由度的机械架:它由两个互相垂直的蜗轮蜗杆减速器叠架起来,最上面架设上述探光器。
两减速器都由单片机分别控制的两个步进电机驱动,使得探光器内Rgz阵列中央元件与透光孔的连线,可以一年四季都能全方位对准太阳。
3单片机控制程序设计设计控制程序,使单片机根据探光电路板输入的信号,判断光线强弱和太阳光的方向,自动启停系统、和输出脉冲信号给执行机构→使两个步进电机分别运转→驱动机械架动作→达到能判断白天/黑夜/阴、雨天,自动跟踪太阳光直射方向的目的。
2.控制要求:1、通电后能判断光线的强弱。
光线够强才启动系统电源运行,不调整角度时则会自动断开执行机构的电源。
要求光线强弱的启动值可调。
而在晚上、阴/雨天时整个系统(除Rgo对应的测光电路以外)全部断电。
2、在白天光线好的时候,都能自动探测太阳光的方向,并适时调整角度,自动面向太阳光直射的方向;三、设计步骤与安排(11年11月10日~12年3月30日(一)收集资料及方案确定时间:2011年11月10日~2011年11月20日分好组选定设计课题后,查找与课题相关资料:如单片机、光敏电阻、电子电路原理等各方面的专业知识与产品资料。
太阳光自动跟踪设计_图文(精)
摘要通过分析全国日照时数表得出 : 开环系统在太阳能光伏工程中效率不高而并不适合采用。
为合理地利用太阳能 , 提高其跟踪效率而采用混合控制系统。
文中着重分析了双轴跟踪的原理提出了手动式方位角跟踪和自动式八方位高度角跟踪 , 引出了分级接收跟踪原理 , 设计了软件流程并和一套任意方位跟踪系统。
运行结果表明 , 该系统能实现太阳光任意方位检测并迅速跟踪有效降低系统运行功耗 ,减少机械结构损耗 ,跟踪精度可调 , 可望在太阳能光伏工程中获得应用。
并促进太阳光的接收效率。
【关键词】太阳能跟踪系统;时空控制;光强控制;跟踪传感器AbstractThe open system is not suitable for adoption in solar photovoltaic engineering because of its inefficiency through analyzing the national sunshine duration ing the mixture control system can enhance its track efficiency and make full use of solar energy reasonably.The paper analyzed the two axle track principle emphatically,then proposed the manual azimuth tracking and the automatic altitude angle tracking of 8positions,educed hierarchical receive track principle,designed the software flow and a suit of arbitrariness azimuth track system.Running results indicated that the system can accomplish solar arbitrariness azimuth detection and tracking rapidly,fall running power consume efficiently,reduce consume of mechanical structure,and have adjustable tracking precision.It may obtain applications in solar photovoltaic engineering.【Key words】solar Automatic tracking system;time and space contro;l light intensity control;solar tracking sensor目录第一章引言 11.1 综述1 1.2 太阳能自动跟踪系统现状11.2.1压差式太阳能跟踪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 11.2.2时钟式跟踪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 11.2.3控放式太阳能跟踪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 21.3 我国光伏太阳能发电前景2第二章自动跟踪器的结构与原理 4第三章机械控制部分 73.1 主要结构73.1.1探测头⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .73.1.2跟踪控制器 (LM339 及89C51⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯73.1.3机械传动机构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯83.2 机械系统的组成83.3 机械系统的安装83.3.1电机的固定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯83.3.2电机的摆放⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 93.3.3电机的平衡⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 93.3.4双轴跟踪系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 9第四章电子控制部分 114.1电路主要组成部分114.2软件设计11附录 13参考文献 16致谢 18第一章引言1.1 综述随着现代工业的发展,全球能源危机和大气污染问题日益突出,太阳能这个清洁的可再生能源,已受到许多国家的高度重视和利用。
基于单片机的双轴太阳光追踪器设计
基于单片机的双轴太阳光追踪器设计太阳能作为一种洁净的能源,是一种可再生能源,有着化石能源无法比拟的优越性,但太阳能利用效率低,这一问题一直影响和阻碍人们对太阳能的利用,太阳能自动跟踪系统的设计为解决这一问题提供了新途径,从而大大提高了人们对太阳能的利用率。
本设计采用光电跟踪的方法,利用步进电机驱动,设计了双轴独立自动太阳跟踪控制系统。
通过对跟踪机构进行水平、垂直两个自由度的控制,调整太阳能电池板的角度实现对太阳的跟踪。
采用单片机来实现的太阳能追踪系统能有效提高太阳板的光电转化效率,并具有较广泛的应用前景。
标签:太阳能;跟踪;光敏二极管;单片机;步进电机太阳能作为一种清洁的可再生的新型能源,受到了人们的广泛重视,目前利用太阳发电的方式主要有光伏发电、光热发电等,它们均为固定安装,无法根据太阳光的不断变化,来调整迎光面,做不到太阳光的实时垂直照射,这样就会使太阳能资源得不到充分利用,所以有必要研究如何最大程度地提高太阳能的利用率。
要提高太阳能的利用率,应从两个方面入手,一是提高太阳能的接收效率,二是提高太阳能装置的能量转换率。
其中,太阳能的接收效率与太阳光的照射角度有关,已经有人研究了太阳光角度与太阳能的接收效率的关系,理论分析表明:太阳的非跟踪与跟踪,能量的接收率相差37.7%,精确的跟踪太阳可使太阳能接收装置的热效率大为提高,进而可以提高太阳能的利用率。
现阶段市场上使用的跟踪系统有单轴太阳能自动跟踪器、步进式太阳能自动跟踪、可自动跟踪的太阳灶、五像限法太阳自动跟踪仪、单轴液压式自动跟踪、极轴式跟踪。
它们存在结构复杂、跟踪精度不高、不能全自动跟踪等不足。
1 设计方案本设计可使太阳光永远垂直照射在接收面上,提高了太阳能的吸收率和转化率,设计结构简单,成本低廉,单片机控制稳定,能自动跟踪阳光,最大面积地吸收太阳光能,合理利用了资源。
追日性能良好的太阳能电池板双轴自动追踪系统,使太阳能电池板在南北、东西两个方向追踪太阳,提高太阳能利用率。
太阳自动追踪器设计
太阳自动追踪器设计二章太阳能电池板的自动寻光电路2.1寻光元件光敏电阻器又叫光感电阻,是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)。
通常,光敏电阻器都制成薄片结构,以便吸收更多的光能。
当它受到光的照射时,半导体片(光敏层)内就激发出电子—空穴对,参与导电,使电路中电流增强。
一般光敏电阻器结构如图2.1所示。
根据光敏电阻的光谱特性,可分为三种光敏电阻器:紫外光敏电阻器:对紫外线较灵敏,包括硫化镉、图2.1 光敏电阻器结构硒化镉光敏电阻器等,用于探测紫外线。
红外光敏电阻器:主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。
锑化铟等光敏电阻器,广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱,红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。
可见光光敏电阻器:包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。
主要用于各种光电控制系统,如光电自动开关门户,航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭,自动给水和自动停水装置,机械上的自动保护装置和“位置检测器”,极薄零件的厚度检测器,照相机自动曝光装置,光电计数器,烟雾报警器,光电跟踪系统等方面。
2.2 电压比较元件2.2.1 LM358 双运算放大器概述LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。
它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
2.2.2 LM358特性✓内部频率补偿✓直流电压增益高(约 100dB)✓单位增益频带宽(约 1MHz)✓电源电压范围宽:单电源(3—30V); 双电源(±1.5 一±15V)✓低功耗电流,适合于电池供电✓低输入偏流✓低输入失调电压和失调电流✓共模输入电压范围宽,包括接地✓差模输入电压范围宽,等于电源电压范围✓输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)图2.2 LM358引脚图2.3 继电器工作原理2.3.1继电器(relay)的工作原理和特性当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时,使被控制的输出电路导通或断开的电器。
太阳追踪系统设计论文
太阳追踪系统设计论文1阳光追踪控制方案1.1双轴阳光追踪装置数学模型装置采用高度角和方位角的全追踪方式,又称为地平坐标系双轴追踪。
工作平面的方位轴垂直于地平面,另一根轴与方位轴垂直,称为俯仰轴。
阳光追踪系统通过实时计算,求出装置所在地的太阳位置。
工作时工作平面根据太阳的视日运动计算结果绕方位轴转动改变方位角α,绕俯仰轴作俯仰运动改变工作台的倾斜角β,从而使工作平面始终与太阳光线垂直。
工作平面方位角α与太阳方位角A相等,倾斜角β与太阳高度角h互余,如图1所示,因此只要计算出太阳的方位角A和高度角h即可确定当前工作台应该保持的姿态。
这种追踪系统的特点是追踪精度高,而且工作台承载器件的重量保持在垂直轴所在的平面内,因此结构简单,易于加工制造。
1.2阳光追踪控制系统结构本系统机械本体具有两个自由度并具备自锁能力,可以调节安装在工作台上物体的位姿,以对准太阳高度角和方向角。
单片机根据时间及当地经纬度计算出此时当地的太阳位置,并产生脉冲信号给步进电机驱动器,控制步进电机进行相应动作,并通过电子罗盘HMC5883L和加速度计MPU6050进行检测反馈。
操作者可通过人机交互模块查看或改变系统的运行参数,如角度、时间、电机转速等信息。
1.3系统工作流程控制系统上电后,系统根据时间,判断太阳是否落山,是则进入待机状态;如没有,则自动进入对正模式,系统将根据时间及当地经纬度计算出的此时太阳高度角及方位角,并实时与MPU6050检测到的工作台倾角及HMC5883L 检测到的方位角比较求出角度差,转换成控制脉冲输出步进电机驱动器,使机构对正太阳方位,对正后等待一个设定时间,进行下一次对正。
2太阳角度计算及参数修正2.1太阳主要角度计算根据天文学及航海学中常采用的天球坐标系可以方便地对天体的运动进行观测及追踪。
通常的方法是在太阳与地球间建立天球赤道坐标系主要包括天轴PNPS、天赤道、以及天体时圈。
在观测者与太阳间建立天球地平坐标系包括测者天顶Z、天底Z¢、测者真地平圈、垂直圈、测者午圈,其中太阳在天体时圈和垂直圈的交点上,如图2所示。
太阳能自动跟踪系统的设计
太阳能自动跟踪系统的设计解决方案:跟踪系统驱动器接口电路步进电机驱动电路限位信号采集电路太阳能是已知的最原始的能源,它干净、可再生、丰富,而且分布范围广,具有非常广阔的利用前景。
但太阳能利用效率低,这一问题一直影响和阻碍着太阳能技术的普及,如何提高太阳能利用装置的效率,始终是人们关心的话题,太阳能自动跟踪系统的设计为解决这一问题提供了新途径,从而大大提高了太阳能的利用效率。
跟踪太阳的方法可概括为两种方式:光电跟踪和根据视日运动轨迹跟踪。
光电跟踪是由光电传感器件根据入射光线的强弱变化产生反馈信号到计算机,计算机运行程序调整采光板的角度实现对太阳的跟踪。
光电跟踪的优点是灵敏度高,结构设计较为方便;缺点是受天气的影响很大,如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的情况,会导致跟踪装置无法跟踪太阳,甚至引起执行机构的误动作。
而视日运动轨迹跟踪的优点是能够全天候实时跟踪,所以本设计采用视日运动轨迹跟踪方法和双轴跟踪的办法,利用步进电机双轴驱动,通过对跟踪机构进行水平、俯仰两个自由度的控制,实现对太阳的全天候跟踪。
该系统适用于各种需要跟踪太阳的装置。
该文主要从硬件和软件方面分析太阳自动跟踪系统的设计与实现。
系统总体设计本文介绍的是一种基于单片机控制的双轴太阳自动跟踪系统,系统主要由平面镜反光装置、调整执行机构、控制电路、方位限位电路等部分组成。
跟踪系统电路控制结构框图如图1所示,系统机械结构示意图如图2所示。
任意时刻太阳的位置可以用太阳视位置精确表示。
太阳视位置用太阳高度角和太阳方位角两个角度作为坐标表示。
太阳高度角指从太阳中心直射到当地的光线与当地水平面的夹角。
太阳方位角即太阳所在的方位,指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角,可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。
系统采用水平方位步进电机和俯仰方向步进电机来追踪太阳的方位角和高度角,从而可以实时精确追踪太阳的位置。
上位机负责任意时刻太阳高度角和方位角的计算,并运用软件计算出当前状况下俯仰与水平方向的步进电动机运行的步数,将数据送给跟踪系统驱动器,单片机接收上位机送来的数据,驱动步进电机的运行。
太阳位置自动追踪系统的设计
太阳位置自动追踪系统的设计摘要:随着太阳能利用技术的进步,太阳能系统的效率和功率输出已经成为人们关注的焦点。
为了最大程度地提高太阳能系统的效能,太阳位置自动追踪系统应运而生。
本文将介绍原理以及实现方法,并对其应用前景进行谈论。
一、引言太阳能是一种清洁、可再生的能源,具有丰富的资源和宽广的利用前景。
然而,太阳能的效率受多种因素影响,其中太阳的位置是重要的影响因素之一。
传统的太阳能系统通常接受固定的安装角度来抓取太阳的光照,但因为太阳的位置在不息变化,这种固定角度的安装方式无法充分利用太阳能资源。
因此,对于提高太阳能利用效率至关重要。
二、原理原理基于太阳在天空中的运动规律。
太阳每天从东方升起,经过正午后逐渐西沉,最后在西方落下。
太阳位置自动追踪系统通过测量太阳的方位角和高度角,实时调整太阳能系统的朝向角度,以保持最佳的光照接见效果。
详尽而言,太阳位置自动追踪系统包含三个主要组成部分:太阳位置传感器、控制算法和驱动装置。
太阳位置传感器通常接受光电二极管或CCD摄像头来感知太阳的方位角和高度角。
控制算法负责依据传感器测量的太阳位置信息计算出太阳能系统的朝向角度,并将结果传递给驱动装置。
驱动装置依据控制信号调整太阳能系统的朝向角度,以实现太阳自动追踪。
三、太阳位置自动追踪系统的实现方法1. 太阳位置传感器的选择:太阳位置传感器是太阳位置自动追踪系统的核心组件,其准确度和响应速度直接影响系统的性能。
传感器的选择要思量其测量范围、灵敏度、抗干扰能力等因素,以满足太阳位置测量的要求。
2. 控制算法的设计:依据太阳位置传感器测量的太阳位置信息,控制算法需要能够快速准确地计算出太阳能系统的朝向角度。
控制算法可以接受传统的PID控制方法或更高级的模糊控制、神经网络控制等方法,以实现最优的追踪精度和响应速度。
3. 驱动装置的选型:驱动装置依据控制信号调整太阳能系统的朝向角度,常见的驱动装置包括电动驱动装置和液压驱动装置。
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双轴自动跟踪系统设计与研究一、引言近年来,随着全球对清洁能源需求的不断增加,太阳能作为一种绿色环保的能源形式,受到了广泛的关注和研究。
太阳能光伏系统的效率取决于太阳光的照射角度,而太阳能跟踪系统能够实时调整太阳能电池板的位置,以最佳角度接收太阳光,从而提高能源转化效率。
因此,对太阳能双轴自动跟踪系统的设计与研究具有重要意义。
二、太阳能双轴自动跟踪系统的工作原理太阳能双轴自动跟踪系统主要由光敏电阻、控制电路、电机、轴承和太阳能电池板等组成。
光敏电阻用于实时感知光照强度,然后通过控制电路对电机进行驱动,使太阳能电池板跟随太阳的运动。
该系统的工作原理如下:1. 光敏电阻感知:将光敏电阻安装在太阳能电池板的一侧,用于感知光照的强度。
电阻的电阻值与光照强度呈反比关系,因此可以通过电阻值来判断光照的强弱。
2. 控制电路驱动:利用控制电路对电机进行驱动,实现太阳能电池板的双轴自动跟踪。
控制电路根据光敏电阻感知到的电阻值来判断光照的强弱,并根据一定的算法计算出电机驱动的方向和速度,以实现太阳能电池板的准确跟随。
3. 电机驱动:太阳能双轴自动跟踪系统采用两个电机,分别用于水平轴和垂直轴的驱动。
电机通过与控制电路的配合,实现太阳能电池板的水平和垂直方向的旋转,使其能够跟随太阳的运动轨迹,并保持最佳接收太阳光的角度。
4. 轴承:太阳能电池板通过轴承连接到电机,以实现旋转。
轴承设计应具有较高的承载能力和较小的摩擦阻力,确保太阳能电池板的平稳运转。
三、太阳能双轴自动跟踪系统的设计要点1. 光敏电阻的选择:选择感光度高、响应速度快、稳定性好的光敏电阻,以确保系统能够准确感知光照强度变化。
2. 控制电路的设计:控制电路要能够准确判断光敏电阻感知到的光照强度,根据一定的算法计算出电机驱动的参数,并能够稳定、准确地驱动电机。
3. 电机的选用:选择符合系统需求的电机,应考虑电机的转速、转矩和功率等参数,并能够与控制电路进行良好的配合。
太阳光照自动跟踪装置机械设计与开发
太阳光照自动跟踪装置机械设计与开发摘要:太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源,这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。
尽管相继研究出了一系列的太阳能设备,如太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能电池等,但对太阳能的利用还远远不够,究其原因,主要是利用率不高。
就现有的太阳能装置而言,如何最大限度地提高太阳能的利用率,仍是国内外学者的研究热点。
自动跟踪装置的稳定性、精度等性能间接影响了太阳自动跟踪装置的成本。
目的是将此系统应用在小型光伏发电设备或其它所需太阳收集装置上,这将使光伏发电行业发生很大的变革。
关键词:太阳能;自动装置;照射1 研究背景为了应对当前化石燃料的危机,应逐步改变能源结构。
太阳能作为一种可再生资源,具有清洁度高、资源潜力大、可持续利用等优点,现已为各国争相开发利用。
但由于太阳能存在空间分布不均、间歇性大的特点,因此其利用率一直较低,不能大面积推广应用。
提高太阳能利用有两种方案:一是提高太阳能的能量转换率;该方案需要研究材料的性能,也就是要研究太阳能电池材料,目前的太阳能电池都是用硅材料做的,其能量转换效率较低,并且成本较高,难以普及,因此用该方案来提高太阳能转换率难度较大。
二是提高太阳能的接受效率;该方案可以用现有的技术来解决,实现相对简单,太阳自动跟踪系统是目前提高太阳能接受率的有效方法。
太阳自动跟踪指在太阳光照射过程中,太阳能板的采光面与太阳光线始终垂直,在有限的面积内获得更多的太阳辐射能量。
若采用的跟踪方式不同,其太阳的能量接受率也不同。
实验证明,具有太阳光线自动跟踪装置的比固定角度安装的太阳能利用率要高30%以上。
2 研究目的和意义精确的太阳自动跟踪装置可以根据太阳在一天中不同时刻的变化,在俯仰和水平方向上自动调节太阳能采光板,使太阳能采光板始终垂直太阳的入射光,充分接受太阳能。
就目前的高精度自动跟踪装置来说,由于成本较高,只适用于一些航天、军事、科研单位方面的应用,并不能够普及推广。
太阳追踪器设计
太阳追踪器设计Design of solar tracker姚阿庆1 牛宗超2Y AO Aqing 1 NIU Zong-chao 2. (南京化工职业技术学院) 摘要:本设计是基于STC89C52单片机的步进电机控制太阳追踪器。
它通过两个光敏电阻采集到的将光照强度再转化成电压信号,其中用到LM358放大模块和TLC1543A/D 转换芯片,通过控制步进电机的正反转来控制电池板保持与阳光垂直。
光电信号采集电路带有两个变阻器可以进行微调节,保持与太阳准确对准。
关键词:STC89C52、步进电机、光敏传感器、自动对准[中图分类号] TP273.52 [文献标识码]B1、引言太阳能是一种清洁而且无污染的能源,有着巨大的开发前景。
同时我国是一个太阳能资源比较丰富的国家,提高太阳能利用效率可极大缓解能源短缺的问题。
利用太阳能的关键不仅需要改进太阳能电池板,如何能让电池板发挥最大的作用也是必要的,这样才能让电池板得到太阳最大光照强度,从而最大限度的采集太阳能。
因此太阳自动追踪器设计就应运而生。
2、系统方案设计原理本设计主要由单片机最小系统、光电采集电路、信号放大模块、A/D 转换模块、步进电机执行部分组成,采用8位的STC89C52单片机做控制器,程序采用C 语言编程。
利用步进电机的正反转,实现对太阳的追踪提高太阳能的利用。
采集电路主要由光敏电阻组成,由惠斯通电桥转化成电压信号,再经过放大和A/D 转换送至单片机进行分析输出控制信号,实现对太阳的追踪。
系统框图如下图(1):图(1)系统框图3、硬件电路设计1、光电转换模块在可见光范围内,该器件的输出电流与外界光照强度有良好的线性关系,这样我们就可以方便地通过惠斯通电桥将其转换成电压信号,该电桥具有良好的灵敏度,可使该系统更加灵敏。
(仿真中的光敏电阻用变阻器代替)图(2)信号采集电路2、放大电路设计LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。
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太阳自动追踪器设计
二章太阳能电池板的自动寻光电路
2.1寻光元件
光敏电阻器又叫光感电阻,是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将
光的变化转换为电的变化)。
通常,光敏电阻器都制成薄片结构,以便吸收更
多的光能。
当它受到光的照射时,半导体片(光
图2.1 光敏电阻器结构
敏层)就激发出电子—空穴对,参与导电,使电路中电流增强。
一般光敏电阻器结构如图2.1所示。
根据光敏电阻的光谱特性,可分为三种光敏电阻器:
紫外光敏电阻器:对紫外线较灵敏,包括硫化镉、
硒化镉光敏电阻器等,用于探测紫外线。
红外光敏电阻器:主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。
锑化铟等光敏电阻器,广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱,红外通信等
国防、科学研究和工农业生产中。
可见光光敏电阻器:包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。
主要用于各种光电控制系统,如光电自动开关门户,航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭,自动给水和自动停水装置,机械上的自动保护装置和“位置检测器”,极薄零件的厚度检测器,照相机自动曝光装置,光电计数器,烟雾报警器,光电跟踪系统等方面。
2.2 电压比较元件
2.2.1 LM358 双运算放大器概述
LM358 部包括有两个独立的、高增益、部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。
它的使用围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
2.2.2 LM358特性
✓部频率补偿
✓直流电压增益高(约100dB)
✓单位增益频带宽(约1MHz)
✓电源电压围宽:单电源(3—30V); 双电源(±1.5 一±15V)
✓低功耗电流,适合于电池供电
✓低输入偏流
✓低输入失调电压和失调电流
✓共模输入电压围宽,包括接地
✓差模输入电压围宽,等于电源电压围
✓输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)
图2.2 LM358引脚图
2.3 继电器工作原理
2.3.1继电器(relay)的工作原理和特性
当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时,使被控制的输出电路导通或断开的电器。
可分为电气量(如电流、电
压、频率、功率等)继电器及非电量(如
温度、压力、速度等)继电器两大类。
具
有动作快、工作稳定、使用寿命长、体
积小等优点。
广泛应用于电力保护、自动
化、运动、遥控、测量和通信等装置中。
图2.3 电磁式继电器原理图继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
1、电磁继电器的工作原理和特性
电磁式继电器如图2.3所示,一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。
当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。
这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点,可以这样来区分:继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称为“常开触点”;处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
2、热敏干簧继电器的工作原理和特性
热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。
它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。
热敏干簧继电器不用线圈励磁,而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。
恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。
3、固态继电器(SSR)的工作原理和特性
固态继电器是一种两个接线端为输入端,另两个接线端为输出端的四端器件,中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。
固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。
按开关型式可分为常开型和常闭型。
按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型,以光电隔离型为最多。
2.3.2 继电器主要产品技术参数
1、额定工作电压
是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。
根据继电器的型号不同,可以是交流电压,也可以是直流电压。
2、直流电阻
是指继电器中线圈的直流电阻,可以通过万能表测量。
3、吸合电流
是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。
在正常使用时,给定的电流必须略大于吸合电流,这样继电器才能稳定地工作。
而对于线圈所加的工作电压,一般不要超过额定工作电压的1.5倍,否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。
4、释放电流
是指继电器产生释放动作的最大电流。
当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时,继电器就会恢复到未通电的释放状态。
这时的电流远远小于吸合电流。
5、触点切换电压和电流
是指继电器允许加载的电压和电流。
它决定了继电器能控制电压和电流的大小,使用时不能超过此值,否则很容易损坏继电器的触点。
2.4 寻光执行机构
本设计采用5V直流电机用来调整太阳能电池板的支架,直流电机具有以下特点:
1、调速性能好。
所谓“调速性能”,是指电动机在一定负载的条件下,根
据需要,人为地改变电动机的转速。
直流电动机可以在重负载条件下,实现均匀、平滑的无级调速,而且调速围较宽。
2、起动力矩大。
可以均匀而经济地实现转速调节。
因此,凡是在重负载下
起动或要求均匀调节转速的机械,例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等,都用直流电动机拖动。
为了得到理想的转速,本设计没有直接用直流电机输出的动力来控制电池板支架,而是通过一个简易的变速箱来调整传输比.进而达到速度理想、扭距大的效果.
2.5寻光电路分析
太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源,与常规能源有很大的区别,这就对太阳能的收集和利用提出了较高的要求。
在太阳能利用中,必须使太阳能电池板从日出到日落跟踪太阳,而在太阳能光电中,相同条件下,自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%,成本下降25%。
因此在太阳能利用中,进行跟踪装置的控制方式进行研究是一项很有意义的工作。
自动跟踪式太阳能交通灯可以自动跟踪太线调整角度。
如下图2.4所示,可以实现太阳能电池板自动寻光功能.
图2.4 太阳能电池板自动寻光电路
功能分析:如图所示,双运放LM358与R1,R2构成两个电压比较器,参考电压为VDD(+12V)的1/2.光敏电阻RT1、RT2与电位器RP1和光敏电阻RT3、RT4与电位器RP2分别构成光敏传感电路,该电路的特殊之处在于能根据环境光线的强弱进行自动的补偿。
将RT1和RT3安装在垂直面板的一侧,RT4和RT2安装在另一侧。
当RT1、RT2、RT3、和RT4同时受环境自然光线作用时,RP1和RP2的中心点电压不变。
如果只有RT1、RT3受太的照射,RT1的阻减小,LM358的3脚电位升高,1脚输出高电平,三极管VT1饱和导通,继电器K1导通,其转换触电3与触电1闭合,同时RT3阻减小,LM358的5脚电位下降,K2不动作,其转换触电3与静触点2闭合,电机M正转;
同理,如果只有RT2、RT4受太的照射,继电器K2导通,K1断开,电机M 反转。
当转到垂直面板两侧,面的光照度相同时,继电器K1、K2都导通,电机M才停转。
在太阳不停地偏移过程中,垂直面板两侧光强度的强弱不断地交替变化,电机M转-停,转-停,使太阳能接受装置始终面朝太阳。
4只光敏电阻这样交叉安排的优点是:LM358的3脚电位升高时,5脚的电位则降低,LM358的5脚电位升高时,3脚电位则降低,可使电机的正反转工作既干脆又可靠。
可直接用安装电路板的外壳兼作面板,避免将光敏电阻RT2、RT3引至蔽阴处的麻烦。
使用该装置,不必担心第二天早晨它能否自动返回。
早晨太阳升起时,垂直面板两侧的光照度不可能正好相等,这样,上述控制电路就会控制电机,从而驱动接收装置向东旋转,直至太阳能接受装置对准太阳为止。
第三章机械设计
3 .1光敏电阻安装
利用硬纸板制作斜面平台,并且接上挡板,挡板两侧分别放置1,3和2,4光敏电阻。
最后将导线引出焊接在电路板上。
3.2电机驱动光敏电阻部件制作
先将电机固定并加上皮带传送装置,然后将其再次固定在硬纸盒中,之后将光敏电阻与电机整合完毕。
第四章调试
凋试时,首先不让太阳直接照到四只光敏电阻上,然后调节RP1、RI2,使LM358两正向输人端的电位相等且高于反向输人端0.5V-1V。
调试完毕后,让照到垂直遮阳板上,接收装置即可自动跟踪太阳了。