CN202093397U - 太阳能跟踪系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种太阳能跟踪系统，包括用于设置初始太阳角参数的键盘；以及键盘显示芯片，键盘显示芯片将接收键盘的输入信息传送到单片机，并将单片机处理的信息输出到显示器；以及与键盘显示芯片电连接的显示器，该显示器用于监视系统的调整过程；以及日历时钟芯片，用于记录当地的日期及时间，以供单片机进行读取；以及用于检测太阳光的反馈电路；以及单片机，该单片机接收来自于反馈电路的信号，计算出太阳高度角和方位角后，发出进行跟踪的步进指令；以及驱动电路，将来自于单片机的步进指令进行放大；以及步进电机，接收来自于驱动电路输出的步进指令信号，以带动聚光器对太阳进行跟踪。本实用新型具有跟踪精度高以及成本低优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能发电技术领域，具体涉及一种太阳能跟踪系统。
背景技术
太阳能发电按聚光器形式的不同可分为槽式、塔式和碟式三种。碟式发电系统采用碟形抛物面聚光器，可将太阳光聚焦到碟的焦点上，在所有聚光器中效率最高。在太阳光的采集过程中，为使聚光器时刻都能够最大效率地采集太阳光，要求聚光器始终与太阳保持一个最佳角度，因此必须跟踪太阳。常见的跟踪控制系统，按照被控制量对控制量是否存在着反馈可分为闭环、开环控制方式。闭环控制能够通过反馈来消除误差，但感光元件在稍长时间段内接收不到太阳光会导致跟踪系统的失效，甚至会引起执行机构的误动作；开环跟踪虽然在任何天气下都可以正常工作，但是在跟踪过程中产生的累积误差自身并不能消除。
发明内容
针对上述技术问题，本实用新型提供了一种太阳能跟踪系统，本实用新型具有跟踪精度高以及成本低优点。
实现本实用新型目的的技术方案如下：
太阳能跟踪系统，包括用于设置初始太阳角参数的键盘；
以及键盘显示芯片，键盘显示芯片将接收键盘的输入信息传送到单片机，并将单片机处理的信息输出到显示器；
以及与键盘显示芯片电连接的显示器，该显示器用于监视系统的调整过程；
以及日历时钟芯片，用于记录当地的日期及时间，以供单片机进行读取；
以及用于检测太阳光的反馈电路；
以及单片机，该单片机接收来自于反馈电路的信号，计算出太阳高度角和方位角后，发出进行跟踪的步进指令；
以及驱动电路，将来自于单片机的步进指令进行放大；
以及步进电机，接收来自于驱动电路输出的步进指令信号，以带动聚光器对太阳进行跟踪。
所述反馈电路包括光敏电阻以及电阻，光敏电阻的一端接地，光敏电阻的另一端与电阻的一端均与单片机连接，电阻的另一端连接电源。
所述驱动电路包括反向驱动器以及放大器，反向驱动器的一端连接单片机，反向驱动器的另一端通过电阻连接放大器。
所述放大器为达林顿管。
驱动电路还包括一个续流电路，该续流电路包括电感以及并联在该电感两端的二极管，续流电路的一端连接放大器，续流电路的另一端连接电源。
所述反向器为74LS04型的反向器。
所述中日历时钟芯片采用AMI8563I2C型芯片。
键盘显示接口芯片选用NT5285CAJ型芯片。
采用了上述方案，本实用新型具有精度高、适用范围广等优势，是跟踪效果最好的一种控制方式。采用成本较低的单片机做为跟踪系统的主控制器，既可以实现数字化的控制，又可降低系统成本，具有广阔的发展前景。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。
附图说明
图1为本实用新型的太阳能跟踪系统电路方框图；
图2为反馈电路的结构示意图；
图3为驱动电路的结构示意图；
附图中，10为键盘，20为键盘显示芯片，30为显示器，40为日历时钟芯片，50为反馈电路，60为单片机，70为驱动电路，80为步进电机。
具体实施方式
参照图1，本实用新型的太阳能跟踪系统，主要由键盘10，键盘显示芯片20，显示器30，日历时钟芯片40，反馈电路50，单片机60，驱动电路70以及步进电机80组成，下面分别对各部分以及它们相互之间的关系进行详细说明：
键盘10用于设置初始太阳角参数，这些参数包括当地经度、纬度、日期和时间。
键盘显示芯片20主要用于在键盘10、单片机60、显示器30以及日历时钟芯片40之间传输信号。键盘输入时，它提供自动扫描，能与键盘或传感器组成的矩阵相连，接收输入信息。它能自动消除开关抖动并能对多键同时按下提供保护。显示输出时，它有一个16×8位显示RAM，其内容通过自动扫描，可由8或16位LED数码管显示。键盘显示芯片20将接收键盘的输入信息传送到单片机60，并将单片机处理的信息输出到显示器。通过键盘10进行初始化设置并通过LED显示器30监视调整过程。键盘显示接口芯片选用NT5285CAJ型芯片。采用NT5285CAJ0芯片可以方便地实现键盘的调整功能并驱动显示器30，得到一个良好的人机交互界面。
显示器30与键盘显示芯片电连接，该显示器30用于监视系统的调整过程。
日历时钟芯片40用于记录当地的日期及时间，以供单片机进行读取。日历时钟芯片采用AMI8563I2C型芯片。
反馈电路50用于对太阳光进行检测，反馈电路包括光敏电阻RS以及电阻R，光敏电阻RS的一端接地，光敏电阻RS的另一端与电阻R的一端均与单片机60连接，电阻R的另一端连接电源。光敏电阻RS安装在聚光器的东南西北四个方位角上，并靠近遮光板布置。调整遮光板与光敏电阻RS的相对位置，使聚光器正对太阳时，光敏电阻恰处于遮光板的阴影区内，此时光敏电阻阻值最大，相连的单片机60端口处于高电平的范围内。当太阳偏离聚光器主光轴时，光敏电阻受到太阳光照射阻值减小，回路电流增大，单片机60与回路相连端口变为低电平。通过控制步进电机调整聚光器的位置，可以使太阳重新回到聚光器的主光轴。
单片机60接收来自于反馈电路的信号，计算出太阳高度角和方位角后，发出进行跟踪的步进指令；计算太阳角所需的初始数据包括当地经度、纬度、日期和时间，这些数据单片机可以从日历时钟芯片中进行读取。单片机与键盘显 示芯片20以及日历时钟芯片40之间的数据传送通过I2C总线实现。采用I2C总线不仅极大地简化了外围器件扩展系统，而且只占用单片机的两个I/O端口。系统以单片机为主器件，当需要时钟信息时，通过总线寻址确定日历时钟芯片为从器件，实现单片机60与日历时钟芯片40之间的数据交换；需要实现键盘调整或LED显示功能时，则以键盘显示芯片20为从器件，完成单片机与键盘显示芯片20之间的数据传送。
单片机计算出程序跟踪所需的跟踪角和日出、日落时间(在地平坐标系统中，所谓程序跟踪就是对太阳高度角和方位角的跟踪)。地球中心与太阳中心的连线与地球赤道平面的夹角称为太阳赤纬角，用δ表示。该角度是一个以年为周期变化的量，每天的赤纬角可以由Cooper方程近似地计算：
δ＝23.5sin[360°(284+n)/365](1)
式中n为从1月1日算起一年中的第几天的天数。计算太阳角度的公式中，所涉及到的时间都是当地太阳时，它与日常使用的标准时间并不一致，我国以北京时为标准时间，转换公式为：
太阳时＝北京时+E-4(120-Lloc)(2)
式中Lloc为当地经度；E为时差；可由公式E＝9.87sin2B-7.53cosB-1.5sinB作近似计算，B＝360(n-81)/364。太阳光线与地面的夹角称为太阳高度角，用αS表示，可由下式确定：
sinαS＝sinφsinδ+cosφcosω(3)
式中φ为当地纬度，ω为太阳时角。太阳方位角是太阳聚光器与太阳连线在地面上的投影与南北方向线之间的夹角，用γS表示，可由下式确定：
cosγS＝(sinαSsinφ-sinδ)/(cosαScosφ)(4)
或sinγS＝cosδsinω/cosαS(5)
太阳在出没地平线的瞬间太阳高度角αS＝0，由下式即可求得日出日落时角ωθ：
cosωθ＝-tanφtanαS(6)
驱动电路70将来自于单片机60的步进指令进行放大，驱动电路70包括反向驱动器以及放大器T以及续流电路。反向器为74LS04型的反向器，反向驱动器的一端连接单片机60，反向驱动器的另一端通过电阻R1接放大器。所述放大器T为达林顿管。所述续流电路包括电感L以及并联在该电感两端的二极管D，续流电路的一端连接放大器，续流电路的另一端连接电源。本实用新型采用两个四相步进电机分别对高度角和方位角进行跟踪，每一相的驱动电路的结构均相同。单片机60的I/O口输出步进电机控制脉冲，单片机60端口的输出电流较小，一般情况下只有几毫安，驱动能力有限。而步进电机的驱动电流较大，因此单片机与步进电机之间需要专门的接口电路及驱动电路。电路中接入反向驱动器74LS04是用于增强单片机端口的驱动能力，使达林顿管处于正常工作状态。
步进电机80接收来自于驱动电路输出的步进指令信号，以带动聚光器对太阳进行跟踪。步进电机80能直接接收数字信号且没有角累积误差，因此采用步进电机作为聚光器的执行机构可以达到较高的精度。根据上一模块所得太阳角，计算出聚光器的预期位置。通过单片机60输出控制脉冲，经达林顿管驱动步进电机按设定的方向、位置转动。通过控制脉冲个数来控制角位移量，通过控制脉冲频率控制电机转速，实现准确定位。每到设定的时间点，单片机就读取反馈电路电平信号，只要有低电平信号存在且太阳辐照度高于设定强度，步进电机就不断的进行闭环调整，直至单片机与反馈电路相连的四个引脚都为高电平，此时太阳重新回到了主光轴上，步进电机停止调整。
Claims (7)
1.太阳能跟踪系统，其特征在于，包括用于设置初始太阳角参数的键盘；
以及键盘显示芯片，键盘显示芯片将接收键盘的输入信息传送到单片机，并将单片机处理的信息输出到显示器；
以及与键盘显示芯片电连接的显示器，该显示器用于监视系统的调整过程；
以及日历时钟芯片，用于记录当地的日期及时间，以供单片机进行读取；
以及用于检测太阳光的反馈电路；
以及单片机，该单片机接收来自于反馈电路的信号，计算出太阳高度角和方位角后，发出进行跟踪的步进指令；
以及驱动电路，将来自于单片机的步进指令进行放大；
以及步进电机，接收来自于驱动电路输出的步进指令信号，以带动聚光器对太阳进行跟踪。
2.根据权利要求1所述的太阳能跟踪系统，其特征在于：所述反馈电路包括光敏电阻以及电阻，光敏电阻的一端接地，光敏电阻的另一端与电阻的一端均与单片机连接，电阻的另一端连接电源。
3.根据权利要求1所述的太阳能跟踪系统，其特征在于：所述驱动电路包括反向驱动器以及放大器，反向驱动器的一端连接单片机，反向驱动器的另一端通过定值电阻连接放大器。
4.根据权利要求3所述的太阳能跟踪系统，其特征在于：所述放大器为达林顿管。
5.根据权利要求3所述的太阳能跟踪系统，其特征在于：驱动电路还包括一个续流电路，该续流电路包括电感以及并联在该电感两端的二极管，续流电路的一端连接放大器，续流电路的另一端连接电源。
6.根据权利要求1所述的太阳能跟踪系统，其特征在于：所述日历时钟芯片采用AMI8563I2C型芯片。
7.根据权利要求1所述的太阳能跟踪系统，其特征在于：键盘显示芯片选用NT5285CAJ型芯片。
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