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移动式太阳追踪控制系统的设计与实现
发布日期:2017-12-07 新闻来源: 正文字号
海职业学院  王黎明
移动式太阳追踪控制系统能够提高37.7%的太阳能吸收率,能够满足于汽车、轮船等设备的能源需求。目前太阳追踪系统的控制方式主要包括:视日轨迹追踪和采取光电传感器的闭环追踪方式。但是这些控制系统还存在一些缺陷,因此本文立足于对现有移动式太阳追踪系统的研究,提出相对完善的移动式太阳追踪控制系统。
  1 移动式太阳追踪控制系统的硬件设计
  根据国内外相关技术研究,目前控制器包括PLC、单片机、FPGA以及工控机等,但是它们的体积比较大,因此不适应于移动式太阳追踪控制器,因此选择设计以STM32控制芯片、光敏二极管结合的PSD传感器作为光敏传感器,采取CR1000数据记录仪的移动式太阳追踪控制系统:(1)太阳追踪传感器。太阳追踪传感器主要是搜索信号,因此其需要具有体积小、质量轻以及功耗低的特点,结合不同类型传感器的特点,本设计选择PSD与光敏二极管相结合的方案,利用光敏二极管对太阳位置进行查找,然后利用PSD传感器进行精准定位;(2)太阳追踪控制系统电气硬件设计。电气硬件设计是整个硬件控制系统的核心,其主要包括:①位置敏感型PSD接口电路设计,由于PSD传感器本身的电流很小,不利于控制器的采集,因此需要增加放大器和滤波电路(见图1)。②光敏二极管接口电路设计,本系统中选择的光敏二级管随着阳光的直射到黑暗的阻值变化为500无穷大,因此选择2K的电阻作为匹配。③步进电机驱动器接口电路设计,步进电机驱动包括两种,一种是依靠控制器直接驱动,另一种则是依靠专用的控制器进行控制。结合移动式太阳控制系统的特点选择了步进电机驱动器驱动的方案,为了更加完善性能,其传动系统选用了涡轮转台,方位轴选用的比例为 180:1,俯仰轴选用的比例为 90:1。
2 移动式太阳追踪控制系统的软件设计
  移动式太阳追踪控制系统的关键就是实现对太阳的实时追踪,以此保证控制系统的准确性,所以在软件设计上需要侧重:高精度,实现对能量的高效吸收;快速性,能够及时根据太阳的变化而调整;具备远程控制,并且能够实时传输数据等等。(1)太阳追踪控制系统的主程序设计。系统电源开启之后,系统会自动完成初始化操作,然后根据环境自动设定模式,将俯仰轴降到最低,接触到限位之后反向运动,系统检测传感器状态,如果没有检测到信号,就会高5个角度,然后继续寻找信号,直到完成信号收集。(2)数据采集和处理子程序。本系统设计两套传感器采集系统,其目的就是为了保证实时跟着太阳。本系统采取的是PSD传感器,而且为了保证采集数据的准确性,在采集电路中增加RC滤波,以此保证系统的稳定性。根据相关的实验,将采样频率设置为500Hz,这样既可以满足采集信息的质量,还可以降低对系统的过重负担。(3)双传感切换子程序。采用双感器的策略就是为了保证信号采集的及时性,我们将PSD处理器的信号设定为第一优先级,当PSD信号有效时,系统就会根据其提供的坐标进行动作,当PSD没有检测到信号时,光电二级管就根据其采集的信号动作。(4)追踪算法。移动式太阳追踪控制系统需要适应不同的环境,因此必须要保证系统的稳定性与准确性,例如当传感器没有接收到相关信号时需要系统根据预定的程序自动搜索信号,当搜索到信号之后,需要执行精确追踪模式。
主管单位:河北省农业机械化管理局主办单位:河北省农业机械化研究所
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