太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統的設計

0 引 言
太陽(yáng)能是已知的最原始的能源，它干凈、可再生、豐富，而且分布范圍廣，具有非常廣闊的利用前景。但太陽(yáng)能利用效率低，這一問(wèn)題一直影響和阻礙著(zhù)太陽(yáng)能技術(shù)的普及，如何提高太陽(yáng)能利用裝置的效率，始終是人們關(guān)心的話(huà)題，太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統的設計為解決這一問(wèn)題提供了新途徑，從而大大提高了太陽(yáng)能的利用效率。
跟蹤太陽(yáng)的方法可概括為兩種方式：光電跟蹤和根據視日運動(dòng)軌跡跟蹤。光電跟蹤是由光電傳感器件根據入射光線(xiàn)的強弱變化產(chǎn)生反饋信號到計算機，計算機運行程序調整采光板的角度實(shí)現對太陽(yáng)的跟蹤。光電跟蹤的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，結構設計較為方便；缺點(diǎn)是受天氣的影響很大，如果在稍長(cháng)時(shí)間段里出現烏云遮住太陽(yáng)的情況，會(huì )導致跟蹤裝置無(wú)法跟蹤太陽(yáng)，甚至引起執行機構的誤動(dòng)作。而視日運動(dòng)軌跡跟蹤的優(yōu)點(diǎn)是能夠全天候實(shí)時(shí)跟蹤，所以本設計采用視日運動(dòng)軌跡跟蹤方法和雙軸跟蹤的辦法，利用步進(jìn)電機雙軸驅動(dòng)，通過(guò)對跟蹤機構進(jìn)行水平、俯仰兩個(gè)自由度的控制，實(shí)現對太陽(yáng)的全天候跟蹤。該系統適用于各種需要跟蹤太陽(yáng)的裝置。該文主要從硬件和軟件方面分析太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統的設計與實(shí)現。

1 系統總體設計
本文介紹的是一種基于單片機控制的雙軸太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統，系統主要由平面鏡反光裝置、調整執行機構、控制電路、方位限位電路等部分組成。跟蹤系統電路控制結構框圖如圖1所示，系統機械結構示意圖如圖2所示。

任意時(shí)刻太陽(yáng)的位置可以用太陽(yáng)視位置精確表示。太陽(yáng)視位置用太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角兩個(gè)角度作為坐標表示。太陽(yáng)高度角指從太陽(yáng)中心直射到當地的光線(xiàn)與當地水平面的夾角。太陽(yáng)方位角即太陽(yáng)所在的方位，指太陽(yáng)光線(xiàn)在地平面上的投影與當地子午線(xiàn)的夾角，可近似地看作是豎立在地面上的直線(xiàn)在陽(yáng)光下的陰影與正南方的夾角。系統采用水平方位步進(jìn)電機和俯仰方向步進(jìn)電機來(lái)追蹤太陽(yáng)的方位角和高度角，從而可以實(shí)時(shí)精確追蹤太陽(yáng)的位置。上位機負責任意時(shí)刻太陽(yáng)高度角和方位角的計算，并運用軟件計算出當前狀況下俯仰與水平方向的步進(jìn)電動(dòng)機運行的步數，將數據送給跟蹤系統驅動(dòng)器，單片機接收上位機送來(lái)的數據，驅動(dòng)步進(jìn)電機的運行。系統具有實(shí)現復位、水平方位的調整，俯仰方向的調整，太陽(yáng)的跟蹤及手動(dòng)校準等功能。