CN106292740B

CN106292740B - 一种太阳能追踪混合控制方法

Info

Publication number: CN106292740B
Application number: CN201610843705.9A
Authority: CN
Inventors: 江超; 朱武
Original assignee: Shanghai University of Electric Power
Current assignee: Shanghai University of Electric Power
Priority date: 2016-09-22
Filing date: 2016-09-22
Publication date: 2019-08-16
Anticipated expiration: 2036-09-22
Also published as: CN106292740A

Abstract

本发明涉及一种太阳能追踪混合控制方法，用于根据太阳能追踪系统的时钟芯片和光电传感器对太阳能追踪系统进行混合控制，所述太阳能追踪系统包括依次连接的太阳能聚焦平台、步进电机和MCU主控器，所述太阳能聚焦平台上设有行程限位开关触发杆和行程限位开关，所述MCU主控器内设有脉冲计数器、光电传感器和时钟芯片，所述方法包括下列步骤：MCU主控器判断太阳能追踪系统是否需要初始标定，若是则进入初始标定，若否则进入日常校准；初始标定完成后进入日常校准；日常校准完成后进入工作模式，工作模式结束后返回日常校准。与现有技术相比，本发明具有控制简单、控制精准、太阳能利用率高、复位高效可靠、系统稳定性高以及方法简单易推广等优点。

Description

一种太阳能追踪混合控制方法

技术领域

本发明涉及太阳能追踪技术领域，尤其是涉及一种太阳能追踪混合控制方法。

背景技术

随着人口的压力和传统能源的过度开发，新能源的研究开发已成为全世界的研究课题。太阳能作为一种绿色环保无污染能源已进入大众的视线。太阳能追踪装置的应用主要是基于太阳高度在不同角度位置时光能吸收平台是否达到高效运转。

目前，太阳能追踪装置主要是采用的光电转换，其转换效率不仅受限于所使用的半导体材料，整个太阳能模块系统设计对其效率也是有极大的影响。现有的太阳能追踪系统的控制方法，对于太阳能追踪系统的控制在夜晚也持续进行，这种长达全天的控制导致了能源的浪费，同时也大大缩短了太阳能追踪系统的使用寿命，不适合广泛推广。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种太阳能追踪混合控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种太阳能追踪混合控制方法，用于根据太阳能追踪系统的时钟芯片和光电传感器对太阳能追踪系统进行混合控制，所述太阳能追踪系统包括依次连接的太阳能聚焦平台、步进电机和MCU主控器，所述太阳能聚焦平台上设有行程限位开关触发杆和行程限位开关，所述MCU主控器内设有脉冲计数器、光电传感器和时钟芯片，所述方法包括下列步骤：

1)MCU主控器判断太阳能追踪系统是否需要初始标定，若是则进入步骤2)，若否则进入步骤3)；

2)MCU主控器控制太阳能追踪系统进行初始标定，初始标定完成后进入步骤3)；

3)MCU主控器控制太阳能追踪系统进入日常校准，日常校准完成后进入步骤4)；

4)MCU主控器控制太阳能追踪系统进入工作模式，所述工作模式包括太阳能追踪模式和夜晚节能模式，工作模式结束后返回步骤3)。

所述步骤2)中的初始标定具体为：

21)在太阳能聚焦平台处于水平位置时，行程限位开关触发杆对行程限位开关进行第一次触发，脉冲计数器清零；

22)MCU主控器控制步进电机带动太阳能聚焦平台顺时针转动至行程限位开关触发杆对行程限位开关第二次触发，存储此时脉冲计数器的计数值；

23)MCU主控器控制步进电机带动太阳能聚焦平台逆时针转动，脉冲计数器从零开始计数，在脉冲计数器的计数值达到N时，MCU主控器控制步进电机停止转动，初始标定完成。

所述步骤3)中的日常校准具体为：

31)MCU主控器控制步进电机带动太阳能聚焦平台顺时针转动；

32)行程限位开关触发杆触发碰触行程限位开关时，MCU主控器控制步进电机带动太阳能聚焦平台逆时针转动，脉冲计数器从零开始计数；

33)脉冲计数器的计数值达到N时，MCU主控器控制步进电机停止转动，日常校准完成。

所述步骤4)具体为：

41)MCU主控器控制读取时钟芯片，得到当前时间T(Y：MO：D：H：M)，基于当前时间T(Y：MO：D)，读取存储的太阳位置坐标得到当日太阳的升起时间(H1：M1)和降落时间(H2：M2)；

42)基于步骤41)得到的当日太阳升起时间和降落时间，限定太阳能追踪系统的工作时间区间，并计算步进电机运行基准值slope；

43)根据步骤42)得到的太阳能追踪系统的工作时间区间，判断当前时刻太阳能追踪系统的工作模式，若为太阳能追踪模式则进入步骤44)，若为夜晚节能模式则进入步骤45)；

44)MCU主控器控制太阳能追踪系统进入太阳能追踪模式，并在太阳能追踪模式结束后进入步骤45)；

45)MCU主控器控制太阳能追踪系统进入夜晚节能模式，并在夜晚节能模式结束后返回步骤3)。

所述步进电机运行基准值slope具体为：

其中，N为脉冲计数器的标定值，取之前存储的脉冲计数器的计数值。

所述太阳能追踪模式具体为：

441)基于当前时刻T(H：M)和步进电机运行基准值slope，计算得到当前时刻应偏离水平位置的脉冲值MotorPulse_N0；

442)判断MotorPulse_N0的值是否为正，若为正则MCU主控器控制步进电机带动太阳能聚焦平台逆时针转动，若为负则MCU主控器控制步进电机带动太阳能聚焦平台顺时针转动；

443)脉冲计数器从零开始计数，当计数值MotorPulse＝|MotorPulse_N0|时，MCU主控器控制光电传感器开启，并根据光电传感器修正MotorPulse_N0的值，MCU主控器根据修正的MotorPulse_N0的值，控制步进电机带动太阳能聚焦平台转动纠偏；

444)记录上一时刻的时间为T3(H3：M3)，3分钟后更新时钟芯片的时间T4(H4：M4)，计算得到更新后的时刻应偏离水平位置的脉冲值MotorPulse_N1；

445)比较MotorPulse_N0和MotorPulse_N1的大小，MCU主控器控制步进电机带动太阳能聚焦平台在MotorPulse_N0大时逆时针转动，在MotorPulse_N1大时顺时针转动；

446)脉冲计数器从零开始计数，当计数值MotorPulse＝|MotorPulse_N0-MotorPulse_N1|时，MCU主控器控制光电传感器开启，并根据光电传感器修正MotorPulse_N0的值，MCU主控器根据修正的MotorPulse_N0的值，控制步进电机带动太阳能聚焦平台转动纠偏。

所述MotorPulse_N0具体为：

MotorPulse_N0＝slope×(12×60+0-(H×60+M))。

所述MotorPulse_N1具体为：

MotorPulse_N1＝slope×(H4×60+M4-(H3×60+M3))。

所述夜晚节能模式具体为：MCU主控器控制步进电机关闭，太阳能聚焦平台停止转动。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)通过时钟芯片和光电传感器的值对太阳能追踪系统进行混合控制，与传统太阳能追踪系统相比，既通过时钟芯片确保了追踪的大致位置正确，又通过光电传感器对追踪位置进行了纠偏，追踪精度高。

(2)通过对太阳能追踪系统进行校准，可以让系统在日常复位工作时更加高效可靠，提高了系统控制的稳定性。

(3)日常校准确保了系统断电并重新上电后以及从夜晚节能模式切换为日常工作状态时可以找到初始基准位置，确保了系统控制的精准性。

(4)初始标定已经写入后，除太阳能追踪系统重新组装等情况下，原则上无需再次操作，提高了使用的简便程度。

(5)工作模式包含太阳能追踪模式和夜晚节能模式，在白头进入太阳能追踪模式，在夜晚进入夜晚节能模式，避免了夜晚没有太阳却依旧工作导致资源浪费的情况，节省了能源，延长了系统的使用寿命。

(6)在太阳能追踪模式时，系统根据光电传感器更新计算值，根据实际情况修正了转动的偏离误差，进一步提高了太阳能追踪的精确程度。

(7)整个方法只需要根据脉冲计数器、时钟芯片和光电传感器的计算即可自动实现，复位校准标定方法均操作简单，便于实现推广。

附图说明

图1为本发明方法的具体流程图；

图2为太阳能追踪系统的结构示意图；

图3为复位、校准和标定的方法示意图；

图4为本发明方法的主体流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图4所示，本实施例提供了一种太阳能追踪混合控制方法，用于控制太阳能追踪系统进行太阳能追踪，该太阳能追踪系统包括依次连接的太阳能聚焦平台、步进电机和MCU主控器，太阳能聚焦平台上设有行程限位开关触发杆和行程限位开关，MCU主控器内设有脉冲计数器和时钟芯片，该方法包括下列步骤：

步骤一：太阳能追踪系统开机后，MCU主控器根据Mode0是否为1判断进入初始标定与否；初始标定的目的为记录两次行程限位开关触发区间内的步进电机脉冲数N，同时写入外部存储芯片，以便系统进行日常校准；初始标定一经写入后除太阳能追踪系统重新组装等情况下原则上无需再次操作；

步骤二：MCU主控器根据Mode0的值是否为0判断进入日常校准与否；日常校准的用途为确保系统断电重新上电后以及从夜晚节能模式切换为日常工作状态时可以找到初始基准位置；

步骤三：太阳能追踪系统在初始标定获日常校准后进入日常工作模式；通过读取时钟芯片，本实施例中为DS1302时钟芯片切换夜晚节能模式还是太阳能追踪模式；节能模式下关闭步进电机驱动供电；太阳能追踪模式下以DS1302时钟芯片为主导计算步进电机脉冲值，以光电传感器为辅助，实现太阳能聚焦平台微调，以使阳光照射经过太阳能聚焦曲面后聚焦轴线在太阳能真空管上，实现对太阳能真空管聚焦；

步骤四：太阳能追踪模式结束后进入夜晚节能模式，夜晚节能模式结束后进入日常校准模式，重复步骤二至步骤三。

初始标定过程中，位于太阳能聚焦平台的底部和侧边的两个行程限位开关触发杆需要先后碰触行程限位开关；当太阳能聚焦平台处于水平位置时行程限位开关第一次触发，同时脉冲计数器MotorPulse清零，步进电机带动带动太阳能聚焦平台顺时针转动，当侧边行程限位开关触发杆碰触行程限位开关时，脉冲计数器MotorPulse记录此段时间的脉冲数N同时把N写入到存储空间中保存起来；步进电机带动带动太阳能聚焦平台逆时针转动，脉冲计数器MotorPulse从零开始计数直到N停止MotorPulse＝0，Mode1＝1，初始标定结束，太阳能聚焦平台位于水平位置，准备进入太阳能追踪模式。

日常校准为保障系统断电上电后以及从夜晚节能模式切换为日常工作状态首先由步进电机带动太阳能聚焦平台顺时针转动，直至位于侧边的行程限位开关触发杆碰触行程限位开关时步进电机带动带动太阳能聚焦平台逆时针转动，脉冲计数器MotorPulse从零开始计数直到N停止MotorPulse＝0，Mode1＝1，日常校准结束，太阳能聚焦平台位于水平位置，准备进入太阳能追踪模式。

日常工作模式中，通过读取DS1302时钟芯片得到当前时间T(Y:M:D:H:M)，基于T(Y:M:D)，读取位于外部存储芯片的太阳位置角度坐标得到当日(Y:M:D)太阳升起降落时间(H1：M1、H2：M2)，通过计算的到步进电机运行基准值slope(脉冲值/每分钟)：

同时基于太阳升起降落时间限定太阳能聚焦平台工作时间区间以决定当前时刻是位于夜晚节能模式还是太阳能追踪模式，此时会有两种情况：

情况一：此时处于夜晚节能模式，系统会关闭步进电机驱动供电以作节能，等待进入太阳能追踪模式；

情况二：此时位于太阳能追踪模式(此前时刻为夜晚节能模式或者统断电重新上电经过日常校准或者经过初始校准)，基于当前时刻T(H：M)和slope(脉冲值/每分钟)计算得出当前时刻应偏离水平位置的脉冲值MotorPulse_N0：

MotorPulse_N0＝slope×(12×60+0-(H×60+M))

当H大于12时即MotorPulse_N0为正时步进电机带动太阳能聚焦平台逆时针转动，当H小于12时即MotorPulse_N0为负时步进电机带动太阳能聚焦平台顺时针转动，运动至使聚焦轴线在太阳能真空管上(当MotorPulse＝|MotorPulse_N0|时开启光电传感器，MCU主控器控制步进电机转动，同时基于光电传感器微调所引起的脉冲变化更新MotorPulse_N0值)。

此时便为太阳能追踪系统开启一天工作的时刻。

记录上一时刻时间T为T3，3分钟后更新一次DS1302时钟芯片的时间T4＝T，计算得出更新后的时刻应偏离水平位置的脉冲值MotorPulse_N1：

MotorPulse_N1＝slope×(H4×60+M4-(H3×60+M3))

此时MotorPulse_N0和MotorPulse_N1进行比较：当MotorPulse_N0大时太阳能聚焦平台逆时针转动，MotorPulse_N1大时太阳能聚焦平台顺时针转动(当MotorPulse＝|MotorPulse_N0-MotorPulse_N1|时开启光电传感器，MCU主控器控制步进电机转动，同时基于光电传感器微调所引起的脉冲变化更新MotorPulse_N0值)。此种方法保证了阳光在正午时候自动对焦太阳能真空管此后太阳能追踪系统基于DS1302时钟芯片和光电传感器实现太阳能追踪模式直到进入夜晚节能模式，然后进入日常校准模式、太阳能追踪模式。

Claims

1.一种太阳能追踪混合控制方法，用于根据太阳能追踪系统的时钟芯片和光电传感器对太阳能追踪系统进行混合控制，所述太阳能追踪系统包括依次连接的太阳能聚焦平台、步进电机和MCU主控器，所述太阳能聚焦平台上设有行程限位开关触发杆和行程限位开关，所述MCU主控器内设有脉冲计数器、光电传感器和时钟芯片，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

1)MCU主控器判断太阳能追踪系统是否需要初始标定，若是则进入步骤2)，若否则进入步骤3)，

2)MCU主控器控制太阳能追踪系统进行初始标定，初始标定完成后进入步骤3)，

3)MCU主控器控制太阳能追踪系统进入日常校准，日常校准完成后进入步骤4)，

4)MCU主控器控制太阳能追踪系统进入工作模式，所述工作模式包括太阳能追踪模式和夜晚节能模式，工作模式结束后返回步骤3)，

所述太阳能追踪模式具体为：

441)基于当前时刻T(H：M)和步进电机运行基准值slope，计算得到当前时刻应偏离水平位置的脉冲值MotorPulse_N0，

442)判断MotorPulse_N0的值是否为正，若为正则MCU主控器控制步进电机带动太阳能聚焦平台逆时针转动，若为负则MCU主控器控制步进电机带动太阳能聚焦平台顺时针转动，

443)脉冲计数器从零开始计数，当计数值MotorPulse＝|MotorPulse_N0|时，MCU主控器控制光电传感器开启，并根据光电传感器修正MotorPulse_N0的值，MCU主控器根据修正的MotorPulse_N0的值，控制步进电机带动太阳能聚焦平台转动纠偏，

445)比较MotorPulse_N0和MotorPulse_N1的大小，MCU主控器控制步进电机带动太阳能聚焦平台在MotorPulse_N0大时逆时针转动，在MotorPulse_N1大时顺时针转动，

446)脉冲计数器从零开始计数，当计数值MotorPulse＝|MotorPulse_N0-MotorPulse_N1|时，MCU主控器控制光电传感器开启，并根据光电传感器修正MotorPulse_N0的值，MCU主控器根据修正的MotorPulse_N0的值，控制步进电机带动太阳能聚焦平台转动纠偏；

所述步骤2)中的初始标定具体为：

21)在太阳能聚焦平台处于水平位置时，行程限位开关触发杆对行程限位开关进行第一次触发，脉冲计数器清零，

22)MCU主控器控制步进电机带动太阳能聚焦平台顺时针转动至行程限位开关触发杆对行程限位开关第二次触发，存储此时脉冲计数器的计数值，

23)MCU主控器控制步进电机带动太阳能聚焦平台逆时针转动，脉冲计数器从零开始计数，在脉冲计数器的计数值达到N时，MCU主控器控制步进电机停止转动，初始标定完成；

所述步骤3)中的日常校准具体为：

31)MCU主控器控制步进电机带动太阳能聚焦平台顺时针转动，

32)行程限位开关触发杆触发碰触行程限位开关时，MCU主控器控制步进电机带动太阳能聚焦平台逆时针转动，脉冲计数器从零开始计数，

33)脉冲计数器的计数值达到N时，MCU主控器控制步进电机停止转动，日常校准完成；

所述步骤4)具体为：

41)MCU主控器控制读取时钟芯片，得到当前时间T(Y：MO：D：H：M)，基于当前时间T(Y：MO：D)，读取存储的太阳位置坐标得到当日太阳的升起时间(H1：M1)和降落时间(H2：M2)，

42)基于步骤41)得到的当日太阳升起时间和降落时间，限定太阳能追踪系统的工作时间区间，并计算步进电机运行基准值slope，

43)根据步骤42)得到的太阳能追踪系统的工作时间区间，判断当前时刻太阳能追踪系统的工作模式，若为太阳能追踪模式则进入步骤44)，若为夜晚节能模式则进入步骤45)，

44)MCU主控器控制太阳能追踪系统进入太阳能追踪模式，并在太阳能追踪模式结束后进入步骤45)，

45)MCU主控器控制太阳能追踪系统进入夜晚节能模式，并在夜晚节能模式结束后返回步骤3)；

所述步进电机运行基准值slope具体为：

其中，N为脉冲计数器的标定值，取之前存储的脉冲计数器的计数值；

所述夜晚节能模式具体为：MCU主控器控制步进电机关闭，太阳能聚焦平台停止转动；

所述MotorPulse_N0具体为：

MotorPulse_N0＝slope×(12×60+0-(H×60+M))；

所述MotorPulse_N1具体为：

MotorPulse_N1＝slope×(H4×60+M4-(H3×60+M3))。