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基于AT89C52单片机控制的双轴太阳自动跟踪系统设

太阳能是已知的最原始的能源,它干净、可再生、富厚,而且散播范围广,具有异常广阔的使用前景。但太阳能使用效率低,这一问题不停影响和阻碍着太阳能技巧的遍及,若何前进太阳能使用装配的效率,始终是人们关心的话题,太阳能自动跟踪系统的设计为办理这一问题供给了新道路,从而大年夜大年夜前进了太阳能的使用效率。

跟踪太阳的措施可概括为两种要领:光电跟踪和根据视日运动轨迹跟踪。光电跟踪是由光电传感器件根据入射毫光的强弱变更孕育发生反馈旌旗灯号到谋略机,谋略机运行法度榜样调剂采光板的角度实现对太阳的跟踪。光电跟踪的优点是灵敏度高,布局设计较为方便;毛病是受气象的影响很大年夜,假如在稍长光阴段里呈现乌云遮住太阳的环境,会导致跟踪装配无法跟踪太阳,以致引起履行机构的误动作。

而视日运动轨迹跟踪的优点是能够全天候实时跟踪,以是本设计采纳视日运动轨迹跟踪措施和双轴跟踪的法子,使用步进电机双轴驱动,经由过程对跟踪机构进行水平、俯仰两个自由度的节制,实现对太阳的全天候跟踪。该系统适用于各类必要跟踪太阳的装配。该文主要从硬件和软件方面阐发太阳自动跟踪系统的设计与实现。

系统总体设计

本文先容的是一种基于单片机节制的双轴太阳自动跟踪系统,系统主要由平面镜反光装配、调剂履行机构、节制电路、方位限位电路等部分组成。跟踪系统电路节制布局框图如图1所示,系统机器布局示意图如图2所示。

随意率性时候太阳的位置可以用太阳视位置正确表示。太阳视位置用太阳高度角和太阳方位角两个角度作为坐标表示。太阳高度角指从太阳中间直射到当地的毫光与当地水平面的夹角。太阳方位角即太阳所在的方位,指太阳毫光在地平面上的投影与当地子午线的夹角,可近似地看作是直立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。系统采纳水平方位步进电机和俯仰偏向步进电机来追踪太阳的方位角和高度角,从而可以实时正确追踪太阳的位置。上位机认真随意率性时候太阳高度角和方位角的谋略,并运用软件谋略出当前状况下俯仰与水平偏向的步进电念头运行的步数,将数据送给跟踪系统驱动器,单片机接管上位机送来的数据,驱动步进电机的运行。系统具有实现复位、水平方位的调剂,俯仰偏向的调剂,太阳的跟踪及手动校准等功能。

硬件电路设计

1 跟踪系统驱动器接口电路

跟踪系统中微处置惩罚器选用89系列性价比高和功耗低的89C52。74HC14芯片是6非门施密特触发器,与P1.1和P1.2口相连,节制方位限位旌旗灯号。74HC240芯片,八反相三态缓冲器/线驱动器,用于数据缓冲及总线驱动。系统应用两片74HC240芯片,经由过程P0口引脚节制,两片74HC240的16个输出引脚作为步进电机驱动电路的输入节制旌旗灯号,分手节制步进电机俯仰偏向和水平方位的正反转。系统与上位机的通信选用MAX485接口芯片,由P1.0口节制其收发状态。驱动器接口电路如图3所示。

2 步进电机驱动电路

步进电念头是一种用电脉冲旌旗灯号进行节制,并将电脉冲旌旗灯号转换成响应角位移的履行器。在跟踪系统中,以74HC240的16个输出旌旗灯号作为步进电机驱动器的输入节制旌旗灯号,用以节制步进电机俯仰偏向和水平方位的正反转。图4所示的是步进电机一起驱动电路图,系统共有四路驱动电路,分手驱动步进电机俯仰偏向和水平方位的正反转。

此中,水平方位电机由D7,D6,D5,D4驱动;俯仰偏向电机由D3,D2,D1,D0驱动。跟踪装配中步进电机选用42BYG250C型,步矩角1.8°。水平俯仰偏向步进电机运行的最大年夜角度是360°,共需运行20000步。减速器的传动比为1:100,即电机迁移转变100°时水平转台响应迁移转变1°。以步进电机1.8°的步距角谋略,当镜面装配的水平转台迁移转变1°时,步进电机发出100/1.8个脉冲,由此可以谋略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。步进电灵便作频率可手动设置,默认环境下,步进电机每隔15s动作一次。

3 限位旌旗灯号采集电路

采纳光电耦合器与电压对照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。

限位电路中使用双三态门来节制步进电机的脉冲通路。事情道理是:在到达限位位置之前,光耦导通,电压对照器LM393的反向输入端有旌旗灯号,容许步进电机节制脉冲从此经由过程。当限位杆到达限位位置时,盖住了光耦的光通路,使LM393的反向输入端无旌旗灯号,步进电机就竣事。

软件设计

太阳自动跟踪系统的软件分为两部分,一是步进电机节制部分,主要由单片机完成。单片机的软件设计采纳模块化设计的措施,主要分为如下几个软件模块:主法度榜样模块、串行口中断处置惩罚模块、正常跟踪处置惩罚模块、串行口中断复位处置惩罚模块等。单片机主法度榜样流程图如图6所示。

软件的另一部分为PC机部分,PC机软件部分主如果认真随意率性时候太阳位置的谋略并运用软件谋略出当前状况下俯仰与水平偏向步进电机运行的步数,并将数据送给跟踪系统驱动器。与单片机通信的部分应用VC++中的MSComm控件来编译串口通讯的利用法度榜样,采纳MSComm32.OCX控件。应用控件的属性进行串口设置,应用控件的事故驱动进行串口相应,应用控件的措施完成串行口接管和发送数据。PC机通信流程图如图7所示。

上位机节制系统具有实现复位、水平方位的调剂,俯仰偏向的调剂,太阳位置的跟踪、手动校准及谋略当日数据等功能。此中“设置”按钮,可进行地方经纬度、波特率、步进电灵便作频率等的设置。上位机可履行法度榜样节制界面如图8所示,图9所示的是节制主界面下“设置”按钮的对话框。

试验察看数据阐发

因为影响跟踪精度的身分很多,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器布局有关,因而必要对跟踪轨迹的法度榜样进行校对。校对采纳手动操作,经由过程节制水平俯仰方位步进电机,使两个轴带动平面镜反光装配迁移转变,同时赓续察看平面镜反射太阳光的影子,当影子中间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,可谋略获得角度之差,便是高度角和方位角的修正值。校对可以选择任一天中几个不应时候进行。系统在实际运行时,察看到太阳在中午至下昼3点时代,高度角方位角变更曲线存在显着拐点,变更对照显明,在此时代内系统对太阳位置的跟踪存在偏差。

表1中列出了2009年1月12日正午至下昼三时阁下的理论数据,并用系统的手动校准功能,记录下不应时候的步进电机实际运行步数。

为了更准确地获得太阳实际位置的参数修正值,应在春夏秋冬四时中不应时候分手不雅测记录数据,将获得的一组高度角和方位角的校对值,拟合其曲线。用校对系数校对理论值存入节制法度榜样,可以前进跟踪精度。

本文先容的太阳自动跟踪装配可以有效地前进太阳能使用率,适用于各类必要跟踪太阳的装配。颠末试验、测试和实际应用,各项指标均达到了设计要求。本文设计的太阳自动跟踪装配是基于视日运动规律,为使系统具有更高的跟踪精度,可采纳光电传感器跟踪校对,构成由视日运动规律跟踪和传感器跟踪的混杂跟踪系统。跟着太阳能自动跟踪装配的广泛利用,它定会有助于前进绿色能源使用的进程,为情况保护和前进人夷易近的生活质量做出更大年夜的供献。

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