基于51單片機的太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統的研究

0 引言
隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類(lèi)所面臨的能源問(wèn)題越來(lái)越突出，太陽(yáng)能作為一種清潔能源，無(wú)疑受到各國的普遍重視。在相同條件下，光照強度越大，太陽(yáng)能電池輸出功率越大。因而增大太陽(yáng)能電池受光面的光照強度，就可增大太陽(yáng)能電池輸出功率。除了提高太陽(yáng)光電池本身的轉換效應和提高蓄電池充放電效應外，對太陽(yáng)的自動(dòng)跟蹤是太陽(yáng)光伏發(fā)電系統中另一種提高轉換效率的有效手段。因此，在太陽(yáng)能的利用過(guò)程中，實(shí)施太陽(yáng)跟蹤是很有必要的。
對太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤的方法很多，但不外乎為采用確定太陽(yáng)位置所用的兩種坐標系統，即赤道坐標系和地平坐標系，并分為雙軸跟蹤和單軸跟蹤。單軸跟蹤已在很多文獻作了介紹，本文要討論的為雙軸跟蹤。為了敘述方便，在以后的陳述中將兩種坐標系下的整個(gè)系統統稱(chēng)為太陽(yáng)能板。
本文采用在地平坐標系下的太陽(yáng)跟蹤及程序跟蹤和傳感器跟蹤相結合的控制方式，即采用程序控制，利用光學(xué)傳感器對太陽(yáng)能板做自動(dòng)定位和誤差校正，而通過(guò)單片機控制步進(jìn)電機來(lái)實(shí)現。單片機利用時(shí)鐘提供的日期和時(shí)間，計算出太陽(yáng)能板的預期位置，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控制俯仰角電機和方位角電機使太陽(yáng)能板運行至太陽(yáng)垂直照射點(diǎn)，從而進(jìn)行跟蹤。傳感器在太陽(yáng)能板位置出現誤差時(shí)進(jìn)行校正。

1 系統組成
系統由時(shí)鐘、單片機、驅動(dòng)裝置、編碼器、太陽(yáng)能板和傳感器6部分組成。系統的核心部件是傳感器和單片機。太陽(yáng)跟蹤系統原理見(jiàn)圖1。

1．1 智能單元與雙坐標步進(jìn)電機控制系統
本文的控制系統選用了AT89C51單片機作為智能單元。AT89C51是一種低功耗、低電壓、高性能的8位單片機。片內帶有一個(gè)4 KB的FLASH可編程、可擦除只讀存儲器。文中所述系統為地平坐標系的雙軸自動(dòng)跟蹤控制系統，因此采用雙坐標步進(jìn)電機控制，雙坐標步進(jìn)電機控制就是在x軸方向控制1臺步進(jìn)電機，在y軸方向控制1臺步進(jìn)電機。這2臺步進(jìn)電機同時(shí)驅動(dòng)同一個(gè)對象，使對象在一個(gè)平面上以任意曲線(xiàn)運動(dòng)。二維步進(jìn)電機控制系統原理如圖2所示。

AT89C51單片機通過(guò)P2口輸出控制脈沖信號，P2．0～P2．3為一路，P2．4～P2．7為一路，分兩路各控制1臺步進(jìn)電機。P3．2～P3．5設置為行程保護開(kāi)關(guān)，作二維步進(jìn)電機正反向最大行程保護。功率放大電路中采用74LS05將單片機P2口脈沖信號進(jìn)行放大，經(jīng)9014控制光電耦合器，隔離后，由功率管DK63驅動(dòng)步進(jìn)電機的各相繞組，圖中L11，L12即為步進(jìn)電機的各相線(xiàn)圈。