基于MCS-51的太阳能量板自动追日系统的设计
合集下载
相关主题
- 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)。
Ｅｑ ｉ ｍｅ ｔ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔｉｇ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ． ２ １ ｎ ｆｃ ｒ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｎｏ２， ０１ ｎ
基 于 ＭＣ 一 Ｓ５ １的太 阳能量 板 自动追 日系统 的设计
李 昊 阳 ， 丽 杰 ， 玉 亮 张 畅
（ 宁夏 理工学 院 ， 宁夏 石嘴 山 ７３０ ） ５００
摘 要： 通过设计一种基 于 ｓ 单 片机的 高效 自动 追 日控制板 ， 高 了太阳能量板 的光伏转化效 率， １ 提 同时实现光伏 电池 的 自动 管理和维护 ， 在控制板的设计 中加入 了 Ｐ￥ ８ ．４５和 Ｃ Ｎ 总线 ， 太阳能发 电的 阵列化成 为了可能 ， 而提 高 了 Ａ 使 从 转化效率 ， 降低 了能耗 。
１ 整体 设 计
本 控制 板 主要 由 ８部分 组成 ，分别 实 现 ６种 功 能 。框 图如 图 １ 。
太 入 角 卜 阳射 度 ｉ
信息处理
— ２
兰 ！
通信
系反 变 ｌ 统馈量 ｊ Ｉ Ｎ
图 １ 系统结构图
收 稿 日期 ：０ ０ １－ ３ ２ １－ １ ０
ｉ
图 ２ 系 统 功 能 图
作者简 介 ： 李昊 １ （９９ － ， ， ￣ １８ ＂ ）男 宁夏石 嘴山人 ， ｔ － 就读于 宁夏理工学院 自动化专业 ， 本科 四年级学生 ， 该设计 为省大学生创 新实验
项目 计划； 指导教师张丽杰（９４ ， 宁夏石嘴山人 ， １７一）女， 讲师， 研究方向为电路与系统； 畅玉亮（９４ ， 辽宁沈阳 １４一）男，
关 键 词 ： 阳能 ； 敏 传 感 器 ； Ｕ； 日 系统 太 光 ＭＣ 追
中 图分 类 号 ： Ｋ １ Ｔ ５
文献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ ２ ５ ５ ２ １ ）２ ０ ５ － ２ １ ７ ｌ ４ Ｘ（ ０ １０ — ０ ４ ０ －
在新能源发展中 ， 阳能以其储量丰富、 太 普遍存 在 、 污染 而 占据相 当优 势 ， 无 因此 太 阳能 的开发 利 用 具有 重 大意义 。然而现 有 的太 阳能 光伏 发 电系统 ， 多 为定 向系统 ， 平均光伏转换效率较低 。 本 设 计 采用 ５ ｌ系列 单 片 机 作 为前 端 控 制 板 的 ＭＣ Ｕ，通过对 光 敏 电阻采 集太 阳光线 的入射 角 度 的 处理 ， 控制 直流减 速 电机 调整太 阳能 量板 角度 。实现 太 阳能量 板 自动 追 日功能 ，使 太 阳能 量 板能 够 自动 对正太 阳 ， 而提 高光 伏发 电系统 光伏 转 换 的效 率 。 从 为了改善太阳能量板的光伏转换效率 ，本系统采用 间 歇方 式 工作 ， 隔 ０５ｈ调整 一次 太 阳能 量板 的角 每 ． 度， 其余时间系统处于休眠状态。在实现准确追 日的 同时 ， 耗 的电能最少 。 消 由于单面太 阳能量板 的发 电功率有限 ，为 了提 高光伏发电的功率和电压，太阳能的光伏发电系统 大多采用阵列化 的布局 ，因而对 自动追 日 控制板的 设计提出了远程通信、 多节点、 双向数据等要求 。
（） 为 Ｒ 一３ ２ 作 Ｓ ２ ２与 Ｒ 一 ８ Ｓ ４ ５或 者 Ｃ Ｎ Ｂ ｓ的 Ａ —ｕ 转换 板 ， 以连 接上 位机 ， 建专 用 网络 。 可 组
具体 在使 用 中 的工 作状 态 ， 由通信 Ｃ Ｕ 自动 Ｐ
Ｃ Ｕ只完成 控制算法 的运算 。两个 Ｃ Ｕ 同时工 作 ， Ｐ Ｐ 缩
短了系统工作的时间， 使系统“ 休眠” 的时间大大加长。 本 系统 以光敏 电阻 作 为前 端 传 感 器 （ 构 图见 降低 了系统 的整体 功耗 ， 结 提高 了电能 的利 用率 。 图 ３， ）在实 际应 用 中 ， 过给 光 敏 电阻 添加 遮光 筒 来 通 本 设计 中的通 信模块 含 有两 种工 作方 式 ： 提 高 精度 。 （ ） 为前 端控制 器 的通 讯板 ； １作
果通信模块接有上位机的话 ， 则将此时采集到的传 感 器 信号 和推 算 出 的调 整信 号 ， 发送 给 上 位机 ， 求 请 调整 。等待上 位机允 许 后 ， 由处理 器控 制 电动机完 成 动作。 若没有连接上位机， 则将此次调整 的数据与历 史数据进行 比对 ， 若满足历史 曲线 ， 或者偏差在允许 范围内， 则使用此数据进行调整。 若完全不满足历史 曲线 ， 则重新采集数据 ， 并将本组数据移入错误数据 区保存 ，同时记录连续数据错误 的次数。若连续 ２ Ｏ 次保 存错误 数据 ， 则报 告 系统错 误 图２ 为本 系统的功能图 ，本系统 以太 阳入射角 度为 数据 ， 实现 太 阳能 量板 的 自动追 日功 能 。使 用 系 统各 个部 件 反馈 的参 数 ， 实时 监控 系 统 的工作 状 态 。 通过通信模块来完成多机分级的协同工作 。
人， 教授 ， 究方 向为 模 式 识 别 研
５ ４
《 装备 制造 技术 ）Ｏ １ 第 ２期 ２ｌ 年 通 信 Ｃ Ｕ将要完 成对本机 地址 的标 志 和识别 ， Ｐ 由
２ 分 模 块 ห้องสมุดไป่ตู้ 构 及 功 能
２ １ 传 感器 ．
于使 用独 立 的 Ｃ Ｕ完 成 复杂 的通 信运 算 ，可 以使 主 Ｐ
图 １中实 线表示 电源 ， 线表示 信号 。太 阳能量 虚 板 转换 出的 电能送 电池组 保 存 。太 阳能 量板 和 电池 组 受处 理 器 的监 控 。电源 模 块从 太 阳能 量板 或 者 电 池 组取 得 电能 ， 将 其 转 换 后 ， 给本 机 使 用 ， 并 供 电池 组 的大部 分 电能 ， 通过 电源模块 送 给逆变模 块 。经逆 变后 的 电能 ， 以供用 户使 用 。电源模 块 同时完 成逆 可 变功 率 的检 测 。传感 器检 测到 的角度 信号 ， 送处 理器 处理 分析后 ， 出 电动 机 的动作 方 向和动作 时 间。如 得
基 于 ＭＣ 一 Ｓ５ １的太 阳能量 板 自动追 日系统 的设计
李 昊 阳 ， 丽 杰 ， 玉 亮 张 畅
（ 宁夏 理工学 院 ， 宁夏 石嘴 山 ７３０ ） ５００
摘 要： 通过设计一种基 于 ｓ 单 片机的 高效 自动 追 日控制板 ， 高 了太阳能量板 的光伏转化效 率， １ 提 同时实现光伏 电池 的 自动 管理和维护 ， 在控制板的设计 中加入 了 Ｐ￥ ８ ．４５和 Ｃ Ｎ 总线 ， 太阳能发 电的 阵列化成 为了可能 ， 而提 高 了 Ａ 使 从 转化效率 ， 降低 了能耗 。
１ 整体 设 计
本 控制 板 主要 由 ８部分 组成 ，分别 实 现 ６种 功 能 。框 图如 图 １ 。
太 入 角 卜 阳射 度 ｉ
信息处理
— ２
兰 ！
通信
系反 变 ｌ 统馈量 ｊ Ｉ Ｎ
图 １ 系统结构图
收 稿 日期 ：０ ０ １－ ３ ２ １－ １ ０
ｉ
图 ２ 系 统 功 能 图
作者简 介 ： 李昊 １ （９９ － ， ， ￣ １８ ＂ ）男 宁夏石 嘴山人 ， ｔ － 就读于 宁夏理工学院 自动化专业 ， 本科 四年级学生 ， 该设计 为省大学生创 新实验
项目 计划； 指导教师张丽杰（９４ ， 宁夏石嘴山人 ， １７一）女， 讲师， 研究方向为电路与系统； 畅玉亮（９４ ， 辽宁沈阳 １４一）男，
关 键 词 ： 阳能 ； 敏 传 感 器 ； Ｕ； 日 系统 太 光 ＭＣ 追
中 图分 类 号 ： Ｋ １ Ｔ ５
文献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ ２ ５ ５ ２ １ ）２ ０ ５ － ２ １ ７ ｌ ４ Ｘ（ ０ １０ — ０ ４ ０ －
在新能源发展中 ， 阳能以其储量丰富、 太 普遍存 在 、 污染 而 占据相 当优 势 ， 无 因此 太 阳能 的开发 利 用 具有 重 大意义 。然而现 有 的太 阳能 光伏 发 电系统 ， 多 为定 向系统 ， 平均光伏转换效率较低 。 本 设 计 采用 ５ ｌ系列 单 片 机 作 为前 端 控 制 板 的 ＭＣ Ｕ，通过对 光 敏 电阻采 集太 阳光线 的入射 角 度 的 处理 ， 控制 直流减 速 电机 调整太 阳能 量板 角度 。实现 太 阳能量 板 自动 追 日功能 ，使 太 阳能 量 板能 够 自动 对正太 阳 ， 而提 高光 伏发 电系统 光伏 转 换 的效 率 。 从 为了改善太阳能量板的光伏转换效率 ，本系统采用 间 歇方 式 工作 ， 隔 ０５ｈ调整 一次 太 阳能 量板 的角 每 ． 度， 其余时间系统处于休眠状态。在实现准确追 日的 同时 ， 耗 的电能最少 。 消 由于单面太 阳能量板 的发 电功率有限 ，为 了提 高光伏发电的功率和电压，太阳能的光伏发电系统 大多采用阵列化 的布局 ，因而对 自动追 日 控制板的 设计提出了远程通信、 多节点、 双向数据等要求 。
（） 为 Ｒ 一３ ２ 作 Ｓ ２ ２与 Ｒ 一 ８ Ｓ ４ ５或 者 Ｃ Ｎ Ｂ ｓ的 Ａ —ｕ 转换 板 ， 以连 接上 位机 ， 建专 用 网络 。 可 组
具体 在使 用 中 的工 作状 态 ， 由通信 Ｃ Ｕ 自动 Ｐ
Ｃ Ｕ只完成 控制算法 的运算 。两个 Ｃ Ｕ 同时工 作 ， Ｐ Ｐ 缩
短了系统工作的时间， 使系统“ 休眠” 的时间大大加长。 本 系统 以光敏 电阻 作 为前 端 传 感 器 （ 构 图见 降低 了系统 的整体 功耗 ， 结 提高 了电能 的利 用率 。 图 ３， ）在实 际应 用 中 ， 过给 光 敏 电阻 添加 遮光 筒 来 通 本 设计 中的通 信模块 含 有两 种工 作方 式 ： 提 高 精度 。 （ ） 为前 端控制 器 的通 讯板 ； １作
果通信模块接有上位机的话 ， 则将此时采集到的传 感 器 信号 和推 算 出 的调 整信 号 ， 发送 给 上 位机 ， 求 请 调整 。等待上 位机允 许 后 ， 由处理 器控 制 电动机完 成 动作。 若没有连接上位机， 则将此次调整 的数据与历 史数据进行 比对 ， 若满足历史 曲线 ， 或者偏差在允许 范围内， 则使用此数据进行调整。 若完全不满足历史 曲线 ， 则重新采集数据 ， 并将本组数据移入错误数据 区保存 ，同时记录连续数据错误 的次数。若连续 ２ Ｏ 次保 存错误 数据 ， 则报 告 系统错 误 图２ 为本 系统的功能图 ，本系统 以太 阳入射角 度为 数据 ， 实现 太 阳能 量板 的 自动追 日功 能 。使 用 系 统各 个部 件 反馈 的参 数 ， 实时 监控 系 统 的工作 状 态 。 通过通信模块来完成多机分级的协同工作 。
人， 教授 ， 究方 向为 模 式 识 别 研
５ ４
《 装备 制造 技术 ）Ｏ １ 第 ２期 ２ｌ 年 通 信 Ｃ Ｕ将要完 成对本机 地址 的标 志 和识别 ， Ｐ 由
２ 分 模 块 ห้องสมุดไป่ตู้ 构 及 功 能
２ １ 传 感器 ．
于使 用独 立 的 Ｃ Ｕ完 成 复杂 的通 信运 算 ，可 以使 主 Ｐ
图 １中实 线表示 电源 ， 线表示 信号 。太 阳能量 虚 板 转换 出的 电能送 电池组 保 存 。太 阳能 量板 和 电池 组 受处 理 器 的监 控 。电源 模 块从 太 阳能 量板 或 者 电 池 组取 得 电能 ， 将 其 转 换 后 ， 给本 机 使 用 ， 并 供 电池 组 的大部 分 电能 ， 通过 电源模块 送 给逆变模 块 。经逆 变后 的 电能 ， 以供用 户使 用 。电源模 块 同时完 成逆 可 变功 率 的检 测 。传感 器检 测到 的角度 信号 ， 送处 理器 处理 分析后 ， 出 电动 机 的动作 方 向和动作 时 间。如 得