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。
基于步进电机的太阳自动跟踪系统的研究
（ ．Ｊ ／ ｒ ｔ ｎＳ ｉｎ ｅ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｃ ｌ ｇ ， ｈ ｎ ｚ ｏ ｎ ｖ ｒｉ Ｃ ａ ｇ ｈ ｕ １ ， ｏｍａ ｉ ｃ ｃ ｄ Ｅ ｇ ｎ ｅｉ ｏｌ ｅ Ｃ ａ ｇ ｈ ｕＵ ｉｅ ｓ ｙ， ｈ ｎ ｚ ｏ ２ ｏ ｅ ａ ｎ ｅ ｔ ２ ３ ６ ， ｉｎ ｓ ， ｈ ｎ ； ．Ｋｅ ａ ｏａ ｏ ｙ ｏ ｒ ｃｓ Ｐ ｒｅ ｔ ｎａ ｄ Ｉ ｔｒ ｅ １ １ ４ Ｊ ａ ｇ ｕ Ｃ ｉａ ２ ｙＬ ｂ ｒ ｔｒ ｆ Ｐ ｏ ｅ ｅｃ ｐ ｉ ｎ ｎｅ ｎ ｔ ｓ ｏ
机 从 而 实 现 双 轴 太 阳 自动 跟踪 。相 比于 直 流 电机 ， 进 电机 更 具 有 可 控 性 和 稳 定 性 ， 踪 精 度 较 高 ， 受 环境 步 跟 且
的 影 响 小 。理 论 分 析 和 研 究 结 果 表 明 ， 统 实 现 了对 太 阳 的 自动 跟 踪 ， 大 大 提 高 太 阳能 的 利 用 率 。该 系统 系 能 价格低廉 ， 能可靠 ， 有较高的实用价值。 性 具
通过比较发现不同经纬度下两组数值在经纬度为119083109时的比较结果fig5thecomparisonresultsof电气传动2012年结论ci1系列远程智能io模块在成套开关设备中的应用当然不尽以上种种其他如框架开关的分合软启动回路的启停电容器的投切等都能运用模块的do口来远程控制而模块的di口对各类开关量信号进行采集如元件状态故障信号抽屉三位置状态需通过抽屉三位置状态信号采集转换模块转换为开关量信号
Ｅ Ｅ Ｔ Ｉ Ｒ ＶＥ ２ １ Ｖ １４ Ｎ ． Ｌ Ｃ ＲＣＤ Ｉ ０２ ｏ． ２ ｏ３
太阳射电望远镜智能跟踪控制系统研究
太阳射电望远镜智能跟踪控制系统研究徐伟星;殷兴辉【摘要】In view of the present situation about the tracking control system of rolar radio telescope with poor degree of intelligence and high professional requirements,on the base of radio telescope and automatic control knowledge,the paper proposes a scheme of improving the intelligent control of radio telescope system.The system has high reliability,simple operation,and its practical value is greatly increased.The system takes the MSP430F169 chip microprocessor as control core,drives the rotations of reversing motor and pitching motor.to complete the task of tracking and observing celestial bodies.It achieves the goal of intelligent control of radio telescopes.%针对目前太阳射电望远镜跟踪控制系统智能化程度差,专业化要求高的特点,在射电望远镜及自动控制相关知识的基础上,提出了一种提高射电望远镜系统智能化控制的方案,使系统可靠性提高、操作更简单和实用价值大大提高.系统以MSP430F169单片机为控制核心,通过驱动方位电机和俯仰电机转动,完成射电望远镜追踪并观测天体的任务.【期刊名称】《微型电脑应用》【年(卷),期】2017(033)003【总页数】5页(P7-11)【关键词】射电望远镜;方位电机;俯仰电机;MSP430F169【作者】徐伟星;殷兴辉【作者单位】河海大学,计算机与信息学院,南京211100;河海大学,计算机与信息学院,南京211100【正文语种】中文【中图分类】TP311随着社会经济和近代科学技术的快速发展，太阳射电天文学越来越多的受到人们的关注，而作为其主要的探测工具射电望远镜也愈加受到重视。
太阳自动跟踪装置计算机控制系统
停 止 工 作 的 问题 。 并 未 解 决 视 日运 动 轨 迹 跟 踪 中 易 但
产生误 差 的问题 。
与 两 种 跟 踪 方 法 相 互 切 换 的 方 式 不 同 ， 系 统 同 本 时 采 用 视 日运 动 轨 迹 跟 踪 方 法 和 光 电 跟 踪 方 法 来 完 成
４ 唐敏 ， 刘红平． 大规模定制环境下基于 Ｇ ０ 的精确报价实 ＢＭ
现［】重庆大学学报 （ Ｊ． 自然科学版）２ ０ ，９ ６ ：５ ，ｏ ６ ２ （ ）１８—１２ ６．
ｏ ｅｔ ｅｅｉ Ｂ ｏＭａ ｒ ｌ ［】Ｃ ｍ ｕｅｓ Ｉｄ ｓ ｉ ｒ ｎｅ Ｇ ｎｒ ｍ ｔ ｉ ｓ Ｊ ． ０ ｐ ｔ ＆ ｎ ｕｔａ ｉ ｄ ｃ ｆ ｅａ ｒ ｒｌ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ １９ ， ２ １ ：９— ５ ｎｉ ｅｉ ， ９７ ３ （ ）２ ４ ． ｎ ｎ
１ 控制系统 的工作原理
计 算 机 控 制 的 太 阳 自动 跟 踪 装 置 跟 踪 太 阳 的 方 法 主 要 有 两 种 ： 电跟 踪 和 视 日运 动 轨 迹 跟 踪 。 电 跟 踪 光 光
决 了 光 电 跟 踪 易 受 天 气 、 境 干 扰 而 发 生 系 统 紊 乱 或 环
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 ， 算 机运 行 程 序调 整 采光 板 的角 度实 计
５ 邵伟平， 郝永平， 刘永贤 ， ． 等 基于产品族可变型结构的配置
管理研究 ｆ】 计算机集成制造系统，Ｏ ６ １ （ ）８６—８ １ Ｊ． ２０ ，２ ６ ： ７ ８． ６ 吴健， 陈刚， 尹建伟 ， 基于本体 的产 品配置知识共享ｆ］ 等． Ｊ．
《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、引言随着科技的进步和人类对可再生能源需求的日益增长，太阳能作为清洁、可再生的能源受到了广泛关注。
太阳能电池板作为太阳能利用的核心设备，其效率的提高对于推动绿色能源发展具有重要意义。
追日自动跟踪系统作为一种能够提高太阳能电池板光电转换效率的技术，近年来得到了广泛的研究和应用。
本文旨在研究太阳能电池板追日自动跟踪系统的原理、设计及其应用，以期为太阳能利用技术的发展提供理论支持和实践指导。
二、追日自动跟踪系统的基本原理追日自动跟踪系统基于太阳能电池板对太阳辐射的响应，通过传感器和控制系统实现自动跟踪太阳的运动轨迹，以达到最大化光电转换效率的目的。
系统主要包括以下几个部分：太阳位置传感器、控制单元、驱动单元和太阳能电池板。
太阳位置传感器负责实时监测太阳的位置，将太阳的位置信息传递给控制单元。
控制单元根据太阳的位置信息，结合预设的算法，计算出太阳能电池板需要调整的角度，并发出控制信号给驱动单元。
驱动单元根据控制信号驱动太阳能电池板进行相应的旋转和调整，使其始终保持最佳的光照角度。
三、追日自动跟踪系统的设计1. 硬件设计：追日自动跟踪系统的硬件设计主要包括传感器、电机和控制电路等部分。
传感器负责监测太阳的位置和环境光强等信息；电机用于驱动太阳能电池板的旋转和调整；控制电路则负责将传感器信号转换为控制信号，驱动电机进行相应的动作。
2. 软件设计：软件设计是追日自动跟踪系统的核心部分，主要包括控制算法和控制系统软件等。
控制算法负责根据太阳的位置信息和预设的规则，计算出太阳能电池板需要调整的角度；控制系统软件则负责将控制算法的输出转换为电机驱动信号，实现对太阳能电池板的精确控制。
四、追日自动跟踪系统的应用追日自动跟踪系统在提高太阳能电池板光电转换效率方面具有显著的优势。
通过实时监测太阳的位置，并调整太阳能电池板的姿态，使太阳能电池板始终保持最佳的光照角度，从而提高其光电转换效率。
高精度太阳能自动跟踪装置的研制
向 来使 光 伏 电 池 的 效 率 最 大 化 ，香 港 大 学 教 授 研 的 关 系 ，理 论 分 析表 明：对 太 阳光 线运 动 的 自动 跟踪 与非 自动 跟
踪 ，太 阳能 设 备 能量 的 接收 率 相差 ３ ７ ． ７ ％，精确 地
６ ＝２ ３ ． ４ ５ ｓ ｉ ｎ － Ｉ ｊ ６ ｕ — ２ ８ ４ ＋ ｎ． ）
３０３
１ ． ２ 太阳高度角 太 阳 高 度 角 是 指 从 太 阳 中心 直 射 到 当地 的 光 线 与 当地 水 平面 的 夹 角 ，以ｈ 表 示 ，其值 在０ 。 ～９ ０ 。
之 间 变 化 ， 日出 日落 为 ０ 。 ， 太 阳 在 正 天 顶 时 为
的 重要 组 成部 分 ，本 文 着重 阐述 了太 阳能 的 自动 跟 踪 控制 原理 、控 制方 式 与机械 机构 等 内容 。
太 阳 能 自动 跟 踪 控 制 系统 就 是 能 够 保 持 太 阳 能 电池 板 随 时正 对 太 阳 ，使 光 线 随 时 垂 直 照 射 太 阳能 电池 板 的动 力装 置 ， 主 要 功 能 就 是 实 现 光 伏 电池 输 出功 率 最 大 化 。通 过 自动 跟 踪 阳 光 直 射 方
关领 域 。太 阳能 自动跟 踪控 制 系统 是光 伏 发 电系统
１ ． １ 太阳的赤纬角 太 阳光 线 与地 球 赤 道 面 的 交 角 就 是 太 阳 的 赤
智能太阳跟踪系统的研究与设计
复杂 变化天 气条 件下 ，该系统仍 能有效 的提 正 ， 逆 时 针 方 向 为 负 ， 也 就 是 上 午 为 负 ， 下 高对 太 阳 能 的 收 集 和 利 用 的 效 率 ，有 较 好 的 午 为正 。
应 用 前景 。 由２ １ ２ ２ － 、２ ４ 知 由 当 地 的地 — 、 － 、２ ３ － 可 关 键 词 ： 智 能跟 踪 ； 视 日运 动 轨 迹 ； 光 理 纬 度 和 时 间 ， 就 可 以 计 算 出 时 时 的 太 阳 高 电检 测 度 角 和 方 位 角 。 即 定位 跟 踪 参 数 。 １ 引 言 、 ２ ３ 传 感 器 设 计 原 理 ． 面 对 日益 严 重 的 能 源 危 机 ， 以 太 阳 能 设 计 需 要 的 检 测 电 路 主 要 有 两 个 ， 一 为 代 表 的清 洁 可 再 生 能 源 产 业 受 到 了 世 界 各 个 是 光 线 强 度 检 测 电路 ， 一 个 是 压 差 检 测 电 路。 国政 府 的 支 持 ， 已经 出 现 了爆 发 式 的增 长 ，
图 １光 强 检 测 电 路
发 展 前 景 非 常 广 阔 。我 国 太 阳 能 储 量 丰 富 ， 其 中西藏西部 的太 阳能辐射总 量居世 界第一 位 ， 其 他 地 区 的 年 辐 射 总 量 存 在 差 异 但 是 也 超 过 了 ３ ５ Ｍ ／ ２ １ 。然 而 由 于 天 气 原 因 光 ３０Ｊ Ｍ ［］ 强 不 足 等 情 况 的 存 在 ，严 重 影 响 了 太 阳光 能 的 接 收 效 率 。权 威 试 验 测 定 ，相 同 条 件 下 ， 采 用 自动 跟 踪 系 统 的 太 阳 能 发 电 设 备 比 固 定 式 太 阳 能 发 电 设 备 的 发 电 量 要 提 高 ３ ［］ ５ １。 为 提 高 光 伏 发 电效 率 而 进 行 对 太 阳 智 能 跟 踪 系 统 的研 究 和 设 计 ， 对 我 们 人 类 面 临 的 日益 严 峻 的 能源 问题 有着 深 远 的意 义 。 ２ 跟踪 策 略 及 实 现 原 理 、 本 文 设 计 的 太 阳 能 智 能 跟 踪 系 统 是 首 先 以Ｄ Ｐ Ｓ 为核心 的控 制器 ， 以地 理 纬度 、当地 时时时 间为参数采用 天文算法 计算 出太阳 的
《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、引言随着科技的不断进步和环保意识的日益增强，太阳能作为一种清洁、可再生的能源，其利用和开发受到了广泛关注。
太阳能电池板作为太阳能利用的核心设备，其效率和性能的优化显得尤为重要。
本文将着重研究太阳能电池板追日自动跟踪系统，探讨其原理、优势及其在太阳能利用中的应用。
二、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是一种利用传感器和控制系统，使太阳能电池板能够根据太阳的运动轨迹进行自动调整的系统。
该系统通过传感器实时检测太阳的位置，然后通过控制系统驱动电机，使电池板面向太阳，从而提高太阳能的利用率。
三、追日自动跟踪系统的优势1. 提高太阳能利用率：通过自动跟踪太阳的运动轨迹，太阳能电池板能够始终保持最佳的角度接收太阳光，从而提高太阳能的利用率。
2. 增加发电量：由于电池板能够实时调整角度，使得其在一天中能够接收更多的太阳光，从而增加发电量。
3. 延长电池板使用寿命：自动跟踪系统能够减少因阴影、灰尘等因素导致的电池板效率降低的问题，从而延长电池板的使用寿命。
四、追日自动跟踪系统的实现方式目前，追日自动跟踪系统主要有单轴和双轴两种实现方式。
1. 单轴追日自动跟踪系统：该系统只有一个旋转轴，只能进行单方向的旋转。
通过在东、西两个方向上进行旋转，使电池板始终面向太阳。
这种实现方式相对简单，成本较低。
2. 双轴追日自动跟踪系统：该系统具有两个旋转轴，能够在水平和垂直两个方向上进行旋转。
通过精确控制两个轴的旋转，使电池板能够精确地跟踪太阳的运动轨迹。
这种实现方式虽然成本较高，但能够提高太阳能的利用率和发电量。
五、追日自动跟踪系统的应用太阳能电池板追日自动跟踪系统已广泛应用于太阳能电站、光伏发电站、太阳能热水器等领域。
在太阳能电站中，通过使用追日自动跟踪系统，可以提高发电量，降低发电成本，提高经济效益。
在光伏发电站和太阳能热水器中，通过使用追日自动跟踪系统，可以提高设备的性能和寿命，降低维护成本。
新型太阳自动跟踪控制系统研究
新型太阳自动跟踪控制系统研究[摘要]为了更充分、更高效地利用太阳能，本文提出了光电跟踪和视日运动轨迹跟踪相结合的一种新型太阳自动跟踪控制系统，以光电跟踪为主，视日运动轨迹跟踪为辅的跟踪方式。
晴天时采用光敏二极管通过光强检测的方式来完成，多云或阴天的时候通过计算太阳运行轨迹用软件来完成。
软硬件的协同控制可以实时、精确地跟踪太阳。
[关键词]光电跟踪，视日运动轨迹跟踪，协同控制中图分类号：tf046.6 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）14-0315-02前言对太阳能跟踪装置的控制系统进行研究是一个潮流趋势，十分必要。
1 新型太阳自动跟踪控制系统硬件设计1.1 步进电机驱动控制系统本文设计的是新型太阳自动跟踪系统，由于太阳能板的大部分重量通过万向节落在固定的平台上，电机驱动整个装置所需的旋转力矩较小，因此，可以用步进电机来驱动跟踪装置，电机驱动时的耗电量较小[1]。
1.2 光强检测电路设计1.3 太阳能充电电路设计由于太阳能板输出的电压、电流、功率会受到太阳能输出的影响。
在设计充电电路时，应考虑稳压、过充、过放等问题，其设计过程如图1-2所示。
（1）宽电压可调升压电路设计在设计升压电路时，以lm2577s芯片为核心来设计宽电压可调升压电路。
该升压模块的输入电压和输出电压均可调。
升压模块接口电路如图1-3所示。
（2）蓄电池充电电路设计当蓄电池充满后，过充电路启动，指示灯亮，此时电路断开；当蓄电池电量不足时，过放电路启动，指示灯亮，此时需要对蓄电池进行快速充电来补充电量。
在设计过充、过放电路时采用电压比较器lm393芯片，将其与稳压二极管两端电压比较，来判断过充和过放lm393部分接口电路如图1-4所示。
2 新型太阳自动跟踪控制系统软件设计2.1 主控制模块的软件设计主控制模块主要对步进电机复位、步进电机驱动、光电跟踪、视日运动轨迹跟踪进行设计。
其主程序流程图如图2-1所示。
本系统设定10分钟间隔性跟踪太阳光，既保证了跟踪准确度，又降低了电机的耗电量。
大学毕业设计论文 太阳能 自动跟踪 系统设计
摘要人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，但是太阳能又存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点，这就使目前的一系列太阳能设备对太阳能的利用率不高。
太阳光线自动跟踪装置解决了太阳能利用率不高的问题。
本文对太阳能跟踪系统进行了机械设计和自动跟踪系统控制部分设计。
第一，机械部分设计：机械结构主要包括底座、主轴、齿轮和齿圈等。
当太阳光线发生偏离时，控制部分发出控制信号驱动步进电机1带动小齿轮1转动，小齿轮带动大齿轮和主轴转动，实现水平方向跟踪；同时控制信号驱动步进电机2带动小齿轮2，小齿轮2带动齿圈和太阳能板实现垂直方向转动，通过步进电机1、步进电机2的共同工作实现对太阳的跟踪。
第二，控制部分设计：主要包括传感器部分、信号转换电路、单片机系统和电机驱动电路等。
系统采用光电检测追踪模式实现对太阳的跟踪。
传感器采用光敏电阻，将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西方向边沿处下方。
当两个光敏电阻接收到的光强度不相同时，通过运放比较电路将信号送给单片机，驱动步进电机正反转，实现电池板对太阳的跟踪。
关键词太阳能；跟踪；光敏电阻；单片机；步进电机AbstractHuman being is seriously threatened by exhausting mineral fuel, such as coal and fossil oil. As a kind of new type of energy sources, solar energy has the advantages of unlimited reserves, existing everywhere,using clean and economical .But it also has disadvantages ,such as low density,intermission,change of space distributing and so on.These make that the current series of solar energy equipment for the utilization of solar energy is not high. In order to keep the energy exchange part to plumb up the solar beam,it must track the movement of solar.In this paper, the solar tracking system of the mechanical part and control system part are designed.First, the mechanical part is designed.Mechanical structure mainly includes the main spindle, stepping motors, gears and gear ring, and so on. When the sun's rays has a deviation, small gear are rotated by stepper motor according to the control signal from MCU. And the large gear and main spindle is rotated by small gear in order to track to achieve the level direction.At the same time, another small gear is rotated by another stepper motor according to the control signal.And the large gear and the solar panels are rotated by the small gear in order to track to achieve the vertical direction. Solar is tracked by the two stepper motors together.Second, control system part is designed.Control system mainly includes the sensors part, stepper motor, MCU system and the corresponding external circuit, and so on. Photoelectric detection system is used to track solar. Sensors use photosensitive resistance. The two same photosensitive resistances were placed in east and west direction of the bottom edge .When the two photosensitive resistances received different light at the same time, the signal from comparison circuit is sent to MCU in order to rotate stepping motors.Keywords Solar energy Tracking Photosensitive resistance SCM Stepping motor目录1绪论 (1)1.1课题来源 (1)1.2课题背景 (1)1.2.1能源现状及发展 (1)1.2.2我国太阳能资源 (1)1.2.3目前太阳能的开发和利用 (2)1.2.4太阳能的特点 (2)1.3课题研究的目的 (2)1.4研究课题的意义 (2)1.4.1新环保能源 (2)1.4.2提高太阳能的利用率 (3)1.5太阳能利用的国内外发展现状 (3)1.6太阳追踪系统的国内外研究现状 (4)1.7论文的研究内容 (5)1.8论文结构 (5)2太阳能自动跟踪系统总体设计 (5)2.1太阳运行的规律 (5)2.2跟踪器机械执行部分比较选择 (6)2.2.1立柱转动式跟踪器 (6)2.2.2陀螺仪式跟踪器 (7)2.2.3齿圈转动式跟踪器 (7)2.2.4本课题的机械设计方案 (8)2.3跟踪方案的比较选择 (8)2.3.1视日运动轨迹跟踪 (9)2.3.2光电跟踪 (9)2.3.3视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合 (11)2.3.4本设计的跟踪方案 (12)3机械设计部分 (13)3.1太阳能自动跟踪系统机械设计方案 (13)3.2第一齿轮转动计算 (13)3.2.1材料选择 (13)3.2.2尺寸计算 (13)3.2.3校核计算 (14)3.2.4齿根弯曲疲劳强度验算 (15)3.3第二齿轮转动计算 (17)3.3.1材料选择 (17)3.3.2尺寸计算 (17)3.3.3校核计算 (17)3.3.4齿根弯曲疲劳强度验算 (19)3.4轴瓦校核计算 (20)3.4.1大轴瓦校核计算 (20)3.4.2小轴瓦校核计算 (22)3.5键联接计算 (24)3.5.1主轴与大齿轮的键联接 (24)3.5.2小轴与齿圈的键联接 (25)3.5.3步进电机1输出轴与小齿轮1的联接 (25)3.5.4步进电机2输出轴与小齿轮2的联接 (25)3.6抗风性分析 (26)3.6.1底座上螺钉校核 (26)3.6.2轴校核 (26)4自动跟踪系统设计 (27)4.1系统总体结构 (27)4.2光电转换器 (28)4.2.1光电转换电路 (28)4.3单片机及其外围电路 (29)4.3.1 AT89C51单片机 (29)4.3.2外围电路 (31)4.4步进电动机及驱动电路 (32)4.4.1步进电动机介绍 (32)4.4.2步进电机的主要特性 (32)4.4.3步进电机的选择 (33)4.4.4驱动电路 (34)4.5系统的实现 (35)4.5.1光敏电阻光强比较法 (35)4.5.2光敏电阻光强比较法的工作过程 (36)4.5.3系统的流程图 (37)5结论 (39)5.1结论 (39)5.2展望 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录1 (43)附录2 (50)1绪论1.1课题来源模拟生产实际课题:太阳能自动跟踪系统设计。
太阳能电池板自动跟踪控制系统的研究的开题报告
太阳能电池板自动跟踪控制系统的研究的开题报告一、选题背景太阳能电池板是目前应用最广泛的新能源设备之一，它可以将太阳能转化为电能，工业和农业生产、城市建设等领域都有广泛的应用。
然而，传统的太阳能电池板没有自动跟踪功能，不能自动调节太阳能的接收，会影响其转化效率，限制太阳能的利用效果。
针对这一问题，研究太阳能电池板自动跟踪控制系统成为当前研究的热点问题。
该系统可以通过自动调节电动机的转向和角度，使太阳能电池板始终正对太阳，最大限度地吸收太阳能。
因此，该系统的研究对于提高太阳能利用效率和推广太阳能技术具有重要的意义。
二、选题意义1. 完善太阳能利用技术：太阳能资源在全球范围内分布广泛，是一种清洁、可再生的能源，对于减少碳排放和缓解能源紧缺问题具有重要意义。
研究太阳能电池板自动跟踪控制系统可以提高太阳能的利用效率，进一步推广太阳能技术。
2. 促进经济发展和环保：太阳能电池板自动跟踪控制系统的研究可以节约能源资源，减少环境污染，对于推动经济发展和保护环境具有重要作用。
3. 增强本科生实践能力：本研究采用电气控制技术、机电系统原理等多学科知识，可以使学生从理论上掌握新能源技术的基本原理，从实践上增强电子工程创新能力。
三、研究内容和技术路线本研究旨在设计并实现太阳能电池板自动跟踪控制系统，主要包括以下内容：1. 太阳能电池板检测：采用光电传感器对太阳能电池板的位置和角度进行实时检测，实现太阳能电池板的自动跟踪。
2. 控制系统设计：采用单片机或FPGA等电子器件对太阳能电池板的跟踪控制进行设计，并实现控制算法的编写和调试。
3. 电动机控制：选用直流或交流电动机对太阳能电池板进行转向和角度调整，并优化控制算法和电路设计。
4. 系统实验测试：根据设计和实现的太阳能电池板自动跟踪控制系统，开展系统实验测试，验证系统的性能和稳定性。
技术路线如下：1. 确定光电传感器、电动机控制电路和单片机或FPGA等器件的型号和规格。
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。
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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。