基于HYM8563和单片机的低功耗太阳能电池自动跟踪系统的设计_薛建国.pdf

第 l卷第 2 、 3 期 2 0 0 5 年 6 月 沈阳工程学院学报(自然科学版 ) Jou m al of Sh e n yan g 1lls titu te Of E n gi ne ri嗯(N a tul 习 Sc ie n e e ) V d . 1 N o . 2 , Jun . 2(X 】5 基于 HYM 85 6 3 和单片机的低功耗 太阳能电池 自动跟踪系统的设计 薛建国 (福建莆田学院 电子信息工程学系 , 福建 莆田 35 1 0 ) 摘 要 : 以单片机为核心 , 利用 护C 实时时钟芯片 E乃M 856 3 定时唤醒进入待机的单片机 , 构建 了由光电二极管检测和 比较 , 方位角和高度角双轴机械跟踪定位系统组成的 自动控制装里 , 这是一套 自动使太 阳能 电池板保持与太 阳光垂直的 自动跟踪 系统 . 介绍 了系统的结构和工作原理 . 关键词 : 太阳跟踪 ; 光电检测 ; 自动定位 ;单片机 ;设计 ; HYM 856 3 ; 89 C5 2 ;低功耗 中图分类号 : 叨陀9 文献标识码 : A 文章编号 : 167 3 一 l印3 (2(X) 5 )m 、 03 一 0 n 3 一 以 太阳能作为一种清洁无污染的能源 , 开发前景十 分广阔 . 然而它存在着间歇性 、 光照方向和强度随时间 不断变化的问题 , 这就对太阳能的收集和利用装置提 出了更高的要求 . 目前很多太阳能电池板阵列基本上 都是固定的 , 不能充分利用太阳能资源 , 发电效率低 下 . 据实验 , 在太阳能发电中 , 相同条件下 , 采用自动跟 踪发电设备要 比固定发电设备的发电量提高 35 % 〔 ’〕 . 一种新型的基于单片机的太阳光 自动跟踪系统 , 不仅能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板朝 向 , 结构简单 、 成本低 , 而且在跟踪过程中能 自动记忆 和更正不同时间的坐标位置 , 不必人工干预 , 特别适合 天气变化比较复杂和无人值守的情况 , 有效地提高了 太阳能的利用率 , 有较好的推广应用价值 . 1 自动跟踪系统的组成和结构 自动跟踪系统由光电检测 电路 、 双轴机械跟踪定 位系统 、 时钟电路 、 单片机控制系统等几部分组成 . 1 . 1 光电检测电路 太阳的方位随着观测位置和观测时间的不同而不 同 , 因此 , 欲跟踪太阳就必须先对太阳进行检测定位 . 图 . 1 是太阳光电定位装置中光电检测电路的俯视 图 , 共由 9 个光电三极管组成 . 正中央 1 个 , 旁边 8 个 围成一圈 . 将此检测板用一不透光的下方开 口的圆柱 体盖住 , 圆柱体的直径略大于检测板的外圆 . 圆柱体的 上方中央开一个与检测用 的光电二极管直径相 同的 洞 , 以便光线通过 . 将整个光电检测装置安装在太阳能 圈 1 光电检测管排列 光电池板上 , 光电二极管的检测面与电池板平行 . 在圆 柱体的外面不受圆柱体遮挡的地方 (确保会受到光线 的照射)也安装一个光电二极管 , 其朝向与圆柱体内的 光电二极管朝向相同 , 用于检测环境亮度 , 并与圆柱体 内的每个光电二级管及运放 (可用 LM 324 集成电路中 的一个 )构成一个比较电路 , 如图 2 , 适当调整 图中电 阻的阻值 , 这样当圆柱体内的光电二极管没有受光线 照射时 , 运放将输出低电平 . 此电平可接到的输人端进 行检测 , 圆柱体内的每个光电二级管各用一个单片机 的输人端 , 共 9 个 . 这样就可以检测太阳光线的朝向 , 来决定哪个电机转动 , 向哪个方向转动 . 另外 , 为了增 大光电二极管的检测范围 , 视实际情况需要 , 也可再增 加一圈紧密排列的光电二极管 , 外圈的光电二极管与 内圈的相应位置的光电二极管并联 . 收稿日期 : 2(X) 5 一 m 一 巧 作者简介 : 薛建国(1% 5 一 ) , 男 , 福建莆田人 , 高级讲师 . 沈阳工程学院学报(自然科学版 ) 2仪万年 6 月 图 2 检测比较电路 1 . 2 双轴机械跟踪定位系统 双轴机械跟踪定位系统的机械部分主要 由电池板 支架 、 底座 、 2根转动轴和直流 电机构成 , 见图3 . 整个 电池板及检测装置安装在上部的电池板支架上 , 光电二 极管检测平面和电池板面应平行 . 设计成双轴机械跟踪 定位系统 , 可同时对方位角和高度角进行跟踪 . 机械装 置由电机驱动 , 可以使电池板在水平方向上的 3 6 沪和垂 直方向上的 O 一 好之间自由旋转 . 在转动轴上各固定一 较大的齿轮 , 电机可通过传送带与小齿轮连接 , 并进行 一定的转速比调整 , 以降低大齿轮转速和电机的调整功 率 . 在 2 个小齿轮的对称位置上各安装 2 块小磁铁 , 在 小齿轮旁边适当位