用80C196KC單片機實(shí)現太陽(yáng)跟蹤

0　引　言

聚光式太陽(yáng)集熱器盡管必須精確地跟蹤太陽(yáng)，以確保好的效果，但仍然比普通的平面太陽(yáng)集熱裝置有著(zhù)明顯的優(yōu)勢，特別是中溫和高溫應用?！?/p>

各種型式的裝置，從簡(jiǎn)單到復雜，應用于太陽(yáng)跟蹤，主要可以分成兩大類(lèi)，即機械系統和電控系統。電控系統一般說(shuō)來(lái)有較高的穩定性和跟蹤精度。電控系統又可以進(jìn)一步分為兩大類(lèi)：

1）用光學(xué)傳感器作為反饋的模擬控制系統；　　

2）計算機根據數學(xué)公式計算太陽(yáng)位置進(jìn)行跟蹤，并通過(guò)光學(xué)傳感器作為反饋的數字系統。

根據傳感器工作的模擬系統適應性較差，在多云天氣會(huì )盲目跟蹤云層邊沿的亮斑，造成能源的浪費和機械的額外磨損。

數字系統一般被認為具有較高的精度和較好的適應性，但是系統復雜而昂貴。

如果適當地對系統的計算對象進(jìn)行簡(jiǎn)化，就可以用成本較低的單片機代替昂貴的可編程控制 器或者微型機實(shí)現數字化的跟蹤控制系統。從而大大降低系統的成本，同時(shí)保留數字系統特有的靈活性和精確度。

1　系統描述

本文所述系統的跟蹤策略是根據日期和時(shí)間控制聚光器的運動(dòng)，并利用光學(xué)傳感器調整聚光器的初始位置，在運行中對聚光器的位置進(jìn)行校正。

如圖1所示，系統由6個(gè)部分組成，分別是時(shí)鐘、單片機、驅動(dòng)機構、編碼器、聚光鏡和傳感器。系統的核心部件是80C196KC單片機。

單片機利用時(shí)鐘提供的日期和時(shí)間，計算出聚光鏡的預期位置，與編碼器提供的當前位置比較，輸出控制信號。驅動(dòng)裝置根據單片機提供的信號轉動(dòng)聚光鏡，同時(shí)通過(guò)編碼器將運行速度或位置增量反饋到單片機，形成閉環(huán)控制系統。

由于當前位置是由增量式計算得到的，若當前位置的計算出現偏差，則不能夠由反饋得到校正，從而形成累積位置偏差。為此，必須通過(guò)傳感器監視聚光鏡的位置是否與太陽(yáng)偏離，當偏離時(shí)啟動(dòng)一個(gè)校正程序，達到消除當前位置誤差的作用。

光學(xué)傳感器A和B隨聚光器一起運動(dòng)，為單片機提供太陽(yáng)輻射信息。傳感器A采用文獻［1］提到的金字塔形布置的光電池組，4塊光電池分成兩組，分別提供方位角和高度角的偏差信號，當聚光器軸線(xiàn)指向太陽(yáng)時(shí)，輸出零信號；偏離時(shí)，信號隨偏離的角度以及太陽(yáng)直射輻射強度的增加而增加（圖2）。傳感器B由一塊接受全天輻射的光電池和一塊遮擋直射輻射的光電池組成，提供太陽(yáng)直射輻射強度信號，信號隨直射輻射強度值的增加而增加（圖3）。傳感器A和B選用的所有光電池應盡量保持一致。

1）判斷天空直射輻射的強度，在直射輻射較弱時(shí)不啟動(dòng)校正程序，從而避免多云天氣的盲目跟蹤；

2）通過(guò)簡(jiǎn)單的修正運算，降低甚至消除環(huán)境（太陽(yáng)輻射、溫度等）對偏差信號的影響，使修正后 的偏差信號在偏差角度相同時(shí)，能夠較為一致。

2　控制系統

6位單片機80C196KC具有較強的運算能力，通過(guò)編制程序可以完成浮點(diǎn)數的基本運算。由于太陽(yáng)在天空的位置可以由緯度、日期和時(shí)間完全確定，因此利用這些信息可以達到精確跟蹤 的目的?？刂葡到y框圖如圖4所示。

如前所述，系統采用單片機計算出的太陽(yáng)方位作為聚光鏡位置期望值輸入，驅動(dòng)裝置的輸出作為反饋構成閉環(huán)系統。為了達到穩定性和精確度的要求，分別采用了PD調節器和補償通道。