太阳能自动跟踪系统的设计.pdf

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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
OFweek太阳能光伏网 AT89C52 U Al2 水平方位限位 PnO TAM A21¥2bHA IA3 1Y3 b B 「BI1 俯仰方位限位 1A4 IY4p THE A22 P12 2A12Y1 12A2 2Y2b A2 74HC14 PD.3 2A32Y3 2A4 2Y4b B21 2/G 74HC240 X 2白M1.0592M RXD PPIO VCo RE x2 MAX4858/6 DE 20 pF B TXD GND RESET 10uF10k9 图3驱动器接口电路原理图 2步进电机驱动电路 步进电动机是一种川电脉冲信号进行控制,并将电脉冲信号转换成相应角位 移的执行器。在跟踪系统屮,以74HC240的16个输出信号作为步进电机驱动器 的输入控制信号,用以控制步进电机俯仰方向和水平方位的反转。图4所示的 是步进电机一路驱动电路图,系统共冇四路驱动电路,分別驱动步进电机俯仰方 向和水平方位的正反转。 其中,水平方位电机由D7,D6,D5,D4驱动;俯仰方向电机由D3,D2,D1, D0驱动。跟踪装置中步进电机选用42BYG250C型,步矩角1.8°。水平俯仰方 向步进电机运行的最大角度是360°,共需运行20000。减速器的传动比为1: 100,即电机转动100°时水平转台相应转动1°。以步进电机1.8°的步距角 计算,当镜面装置的水平转台转动1°时,步进电机发出100/1.8个脉冲,由 此可以计算平面镜法向量的方位角为a时步进电机发出的脉冲数为100α/1.8 个。步进电机动作频率可于动设置,默认情况下,步进电机每隔15s动作一次。 OFweek太阳能光伏网 A11(B11)R1 A21(B21)R1 Q 10k s2 10k2 FWI(FY1) FW2(FY2 B线圈)(A线圈 2(B22)R A|2(B12)14 03 Q 10k 10k9 图4步进电机驱动电路图 限位信号采集电路 采用光电耦合器与电压比较器电路组成的微机步进电机限位电路,其电路图 如图5所示。 3y R 配 1k 52 l0kΩR2 10k s C COMPARE 100k夏 COMPARE LM393 XWOUT K 尼; k!2 OPTOISOI 图5限位信号采集电路图 限位电路中利用双三态门来控制步进电机的脉冲通路。工作原理是:在到达 限位位置之前,光耦导通,电压比较器LM393的反向输入端有信号,允许步进电 杋控制脉冲从此通过。当限位杆到达限位位置吋,挡住了光耦的光通路,使LM393 的反向输入端无信号,步进电机就停止。 OFweek太阳能光伏网 软件设计 太阳自动跟踪系统的软件分为两部分,一是步进电机控制部分,主要由单片 机完成。单片机的软件设计采用模块化设计的方法,主要分为如下几个软件模块: 主程序模块、串行口中断处理模块、正常跟踪处理模块、串行口中断复位处理模 块等。单片机主程序流程图如图6所示。 开始 开始 当地纶结度、当前时间 串行口初始化 太阳视位置 步进电机相位初始化 平面镜法向量位置 读入控制宰 步进电机运行步数及控制信号 读入步进电机运行步数 送单片微机 判复位杏? N PC机像线发送数邦 执行复位操作等待PC机命令 等待(设定时间结束) 图6单片机主程序流程图 图7PC机通信流程图 软件的另一部分为PC机部分,PC机软件部分主要是负责任意时刻太阳位置 的计算并运用软件计算出当前状况下俯仰与水平方向步进电机运行的步数,并将 数据送给眼踪系统驱动器。与单片杋通信的部分使用V艹中的 MSComm控件来编 译串口通讯的应用程序,米用 MSComm32.0CX控件。使用控件的属性进行串口设 置,使用控件的事件驱动进行串口响应,使用控件的方法完成串行口接收和发送 数据。PC机通信流程图如图7所示。 上位机控制系统具有实现复位、水平方位的调整,俯仰方向的调整,人阳位 置的跟踪、手动校准及计算当日数据等功能。其屮“设置”按钮,可进行地方经 纬度、波特率、步进电机动作频率等的设置。上位机可执行程序控制界面如图8 所示,图9所示的是控制主界面下“设置”按钮的对话框 试验观察数据分析 OFweek太阳能光伏网 由于影响跟踪精度的因素很多,不仅跟当地纬度、太阳赤纬角、太阳时角的 取值有关,还跟步进电机的精度以及跟踪转台的机械结构有关,因而需要对跟踪 轨迹的程序进行校。校止采用手动操作,通过控水平俯仰方位步进电机,使 两个轴带动平面镜反光装置转动,同时不断观察平面镜反射太阳光的影子,当影 子中心刚好聚在指定点时为最佳,记录下从原点到该点两轴的步进电机各自走过 的步数,根据实际运行步数与理论运行步数之差,可计算得到角度之差,就是高 度角和方位角的修正值。校正可以选择任一天中几个不同时刻进行。系统在实际 运行吋,观察到太阳在正午至下午3点期间,高度角方位角变化曲线存在明显拐 点,变化比较显著,在此期间内系统对人阳位置的跟踪存在误差。 表1中列出了2009年1月12日中午至下乍三时左右的理论数据,并用系统 的手动校准功能,记录下不同时刻的步进电机实际运行步数。 表1太阳自动盟踪涨记量表 H:22.12 俯兽旁 平占 土方 陋高度 使面方位 面高庄 叶问 多避电步 始数值橐数值始值窦際毅蛋 12:L ,6303 37,231 24.953 7L.6518 1:零 2672 g5,n271 0.g3 74.876 2T0 1300 12:3 s.2 .6564 471器 74.4401 I 68TA 2: 12:45 39 n}.98 2240 E10 255 IEa I aI 3596 14.629看 79.6 230 A D 惑5 Lp7.19 3s.I56 8,6f6 230 250 420 49自 13:15 0.629 34,51 6430 57 13:25 112.2g1 8日 82,G12 730 13:3唇 32.814 4,5227 83.27 110 309610 13=1 LL7. 635 3l,94 99.7585 83.s847 L089011470 12◎,至74 3877 115.2 834o2 976:5 12!.:s 8231B t4:1 L21.732 L。8BB了 601 L4:2 1多6.949 27.33了4 224 147想 15040 25.216 79。3!77 131.l65 li464 779375 l550 1: 133. e4 23,220 l6s.252 园216l6 10.337 75517 7 35L0 为了更准确地得到太阳实际位置的参数修正值,应在春夏秋冬四季中不同时 刻分别观测记录数据,将得到的一组高度角和方位角的校正值,拟合其曲线。用 校忙系数校忙理论值存入控制程序,可以提髙跟踪精度。 本文介绍的太阳自动跟踪装置可以有效地提高人阳能利用率,适用于各种需 要跟琮太阳的装置。经过试验、测试和实际使用,各项指标均达到了设计要求。 本文设计的太阳自动跟踪装置是基于视日运动规律,为使系统具有更高的跟琮精 度,可采用光电传感器眼踪校正,构成由视日运动规律跟踪和传感器跟踪的混合 跟踪系统。随着太阳能自动跟踪装置的广泛应用,它定会冇助」提髙绿色能源利 用的进程,为环境保护和提高人民的生活质量做出更大的献。 OFweek太阳能光伏网

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2019-09-05
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