專利名稱：太陽能跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能發(fā)電技術領域，具體涉及一種太陽能跟蹤系統(tǒng)。
背景技術：
太陽能發(fā)電按聚光器形式的不同可分為槽式、塔式和碟式三種。碟式發(fā)電系統(tǒng)采用碟形拋物面聚光器，可將太陽光聚焦到碟的焦點上，在所有聚光器中效率最高。在太陽光的采集過程中，為使聚光器時刻都能夠最大效率地采集太陽光，要求聚光器始終與太陽保持一個最佳角度，因此必須跟蹤太陽。常見的跟蹤控制系統(tǒng)，按照被控制量對控制量是否存在著反饋可分為閉環(huán)、開環(huán)控制方式。閉環(huán)控制能夠通過反饋來消除誤差，但感光元件在稍長時間段內接收不到太陽光會導致跟蹤系統(tǒng)的失效，甚至會引起執(zhí)行機構的誤動作；開環(huán)跟蹤雖然在任何天氣下都可以正常工作，但是在跟蹤過程中產生的累積誤差自身并不能消除。
發(fā)明內容針對上述技術問題，本實用新型提供了一種太陽能跟蹤系統(tǒng)，本實用新型具有跟蹤精度高以及成本低優(yōu)點。實現(xiàn)本實用新型目的的技術方案如下太陽能跟蹤系統(tǒng)，包括用于設置初始太陽角參數的鍵盤；以及鍵盤顯示芯片，鍵盤顯示芯片將接收鍵盤的輸入信息傳送到單片機，并將單片機處理的信息輸出到顯示器；以及與鍵盤顯示芯片電連接的顯示器，該顯示器用于監(jiān)視系統(tǒng)的調整過程；以及日歷時鐘芯片，用于記錄當地的日期及時間，以供單片機進行讀?。灰约坝糜跈z測太陽光的反饋電路；以及單片機，該單片機接收來自于反饋電路的信號，計算出太陽高度角和方位角后，發(fā)出進行跟蹤的步進指令；以及驅動電路，將來自于單片機的步進指令進行放大；以及步進電機，接收來自于驅動電路輸出的步進指令信號，以帶動聚光器對太陽進行跟蹤。所述反饋電路包括光敏電阻以及電阻，光敏電阻的一端接地，光敏電阻的另一端與電阻的一端均與單片機連接，電阻的另一端連接電源。所述驅動電路包括反向驅動器以及放大器，反向驅動器的一端連接單片機，反向驅動器的另一端通過電阻連接放大器。所述放大器為達林頓管。驅動電路還包括一個續(xù)流電路，該續(xù)流電路包括電感以及并聯(lián)在該電感兩端的二極管，續(xù)流電路的一端連接放大器，續(xù)流電路的另一端連接電源。所述反向器為74LS04型的反向器。[0018]所述中日歷時鐘芯片采用AMI8563I2C型芯片。鍵盤顯示接口芯片選用NT5285CAJ型芯片。采用了上述方案，本實用新型具有精度高、適用范圍廣等優(yōu)勢，是跟蹤效果最好的一種控制方式。采用成本較低的單片機做為跟蹤系統(tǒng)的主控制器，既可以實現(xiàn)數字化的控制，又可降低系統(tǒng)成本，具有廣闊的發(fā)展前景。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的說明。
圖1為本實用新型的太陽能跟蹤系統(tǒng)電路方框圖；圖2為反饋電路的結構示意圖；圖3為驅動電路的結構示意圖；附圖中，10為鍵盤，20為鍵盤顯示芯片，30為顯示器，40為日歷時鐘芯片，50為反饋電路，60為單片機，70為驅動電路，80為步進電機。
具體實施方式
參照圖1，本實用新型的太陽能跟蹤系統(tǒng)，主要由鍵盤10，鍵盤顯示芯片20，顯示器30，日歷時鐘芯片40，反饋電路50，單片機60，驅動電路70以及步進電機80組成，下面分別對各部分以及它們相互之間的關系進行詳細說明鍵盤10用于設置初始太陽角參數，這些參數包括當地經度、緯度、日期和時間。鍵盤顯示芯片20主要用于在鍵盤10、單片機60、顯示器30以及日歷時鐘芯片40 之間傳輸信號。鍵盤輸入時，它提供自動掃描，能與鍵盤或傳感器組成的矩陣相連，接收輸入信息。它能自動消除開關抖動并能對多鍵同時按下提供保護。顯示輸出時，它有一個 16X8位顯示RAM，其內容通過自動掃描，可由8或16位LED數碼管顯示。鍵盤顯示芯片20 將接收鍵盤的輸入信息傳送到單片機60，并將單片機處理的信息輸出到顯示器。通過鍵盤 10進行初始化設置并通過LED顯示器30監(jiān)視調整過程。鍵盤顯示接口芯片選用NT5285CAJ 型芯片。采用NT5285CAJ0芯片可以方便地實現(xiàn)鍵盤的調整功能并驅動顯示器30，得到一個良好的人機交互界面。顯示器30與鍵盤顯示芯片電連接，該顯示器30用于監(jiān)視系統(tǒng)的調整過程。日歷時鐘芯片40用于記錄當地的日期及時間，以供單片機進行讀取。日歷時鐘芯片采用AMI8563I2C型芯片。反饋電路50用于對太陽光進行檢測，反饋電路包括光敏電阻RS以及電阻R，光敏電阻RS的一端接地，光敏電阻RS的另一端與電阻R的一端均與單片機60連接，電阻R的另一端連接電源。光敏電阻RS安裝在聚光器的東南西北四個方位角上，并靠近遮光板布置。 調整遮光板與光敏電阻RS的相對位置，使聚光器正對太陽時，光敏電阻恰處于遮光板的陰影區(qū)內，此時光敏電阻阻值最大，相連的單片機60端口處于高電平的范圍內。當太陽偏離聚光器主光軸時，光敏電阻受到太陽光照射阻值減小，回路電流增大，單片機60與回路相連端口變?yōu)榈碗娖?。通過控制步進電機調整聚光器的位置，可以使太陽重新回到聚光器的主光軸。單片機60接收來自于反饋電路的信號，計算出太陽高度角和方位角后，發(fā)出進行跟蹤的步進指令；計算太陽角所需的初始數據包括當地經度、緯度、日期和時間，這些數據單片機可以從日歷時鐘芯片中進行讀取。單片機與鍵盤顯示芯片20以及日歷時鐘芯片40 之間的數據傳送通過I2C總線實現(xiàn)。采用I2C總線不僅極大地簡化了外圍器件擴展系統(tǒng)， 而且只占用單片機的兩個I/O端口。系統(tǒng)以單片機為主器件，當需要時鐘信息時，通過總線尋址確定日歷時鐘芯片為從器件，實現(xiàn)單片機60與日歷時鐘芯片40之間的數據交換；需要實現(xiàn)鍵盤調整或LED顯示功能時，則以鍵盤顯示芯片20為從器件，完成單片機與鍵盤顯示芯片20之間的數據傳送。單片機計算出程序跟蹤所需的跟蹤角和日出、日落時間(在地平坐標系統(tǒng)中，所謂程序跟蹤就是對太陽高度角和方位角的跟蹤)。地球中心與太陽中心的連線與地球赤道平面的夾角稱為太陽赤緯角，用S表示。該角度是一個以年為周期變化的量，每天的赤緯角可以由Cooper方程近似地計算δ = 23. 5sin[360° 084+n)/365] (1)式中η為從1月1日算起一年中的第幾天的天數。計算太陽角度的公式中，所涉及到的時間都是當地太陽時，它與日常使用的標準時間并不一致，我國以北京時為標準時間， 轉換公式為太陽時=北京時+EKl2O-L1J(2)式中Lloc為當地經度；E為時差；可由公式E = 9. 87sin2B_7. 53cosB_l. 5sinB作近似計算，B = 360 (n-81)/364。太陽光線與地面的夾角稱為太陽高度角，用as表示，可由下式確定sin a s = sin Φ sin δ +cos Φ cos ω (3)式中φ為當地緯度，ω為太陽時角。太陽方位角是太陽聚光器與太陽連線在地面上的投影與南北方向線之間的夾角，用Ys表示，可由下式確定cos γ s = (sin a Ssin Φ -sin δ ) / (cos a scos Φ) (4)或 sin γ s = cos δ sin ω/cos a s (5)太陽在出沒地平線的瞬間太陽高度角Cis = 0，由下式即可求得日出日落時角
ω θ cos ω θ = -tan Φ tan α s (6)驅動電路70將來自于單片機60的步進指令進行放大，驅動電路70包括反向驅動器以及放大器T以及續(xù)流電路。反向器為74LS04型的反向器，反向驅動器的一端連接單片機60，反向驅動器的另一端通過電阻Rl接放大器。所述放大器T為達林頓管。所述續(xù)流電路包括電感L以及并聯(lián)在該電感兩端的二極管D，續(xù)流電路的一端連接放大器，續(xù)流電路的另一端連接電源。本實用新型采用兩個四相步進電機分別對高度角和方位角進行跟蹤，每一相的驅動電路的結構均相同。單片機60的1/0 口輸出步進電機控制脈沖，單片機60端口的輸出電流較小，一般情況下只有幾毫安，驅動能力有限。而步進電機的驅動電流較大，因此單片機與步進電機之間需要專門的接口電路及驅動電路。電路中接入反向驅動器74LS04 是用于增強單片機端口的驅動能力，使達林頓管處于正常工作狀態(tài)。步進電機80接收來自于驅動電路輸出的步進指令信號，以帶動聚光器對太陽進行跟蹤。步進電機80能直接接收數字信號且沒有角累積誤差，因此采用步進電機作為聚光器的執(zhí)行機構可以達到較高的精度。根據上一模塊所得太陽角，計算出聚光器的預期位置。通過單片機60輸出控制脈沖，經達林頓管驅動步進電機按設定的方向、位置轉動。通過控制脈沖個數來控制角位移量，通過控制脈沖頻率控制電機轉速，實現(xiàn)準確定位。每到設定的時間點，單片機就讀取反饋電路電平信號，只要有低電平信號存在且太陽輻照度高于設定強度，步進電機就不斷的進行閉環(huán)調整，直至單片機與反饋電路相連的四個引腳都為高電平，此時太陽重新回到了主光軸上，步進電機停止調整。
權利要求1.太陽能跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括用于設置初始太陽角參數的鍵盤；以及鍵盤顯示芯片，鍵盤顯示芯片將接收鍵盤的輸入信息傳送到單片機，并將單片機處理的信息輸出到顯示器；以及與鍵盤顯示芯片電連接的顯示器，該顯示器用于監(jiān)視系統(tǒng)的調整過程； 以及日歷時鐘芯片，用于記錄當地的日期及時間，以供單片機進行讀??； 以及用于檢測太陽光的反饋電路；以及單片機，該單片機接收來自于反饋電路的信號，計算出太陽高度角和方位角后，發(fā)出進行跟蹤的步進指令；以及驅動電路，將來自于單片機的步進指令進行放大；以及步進電機，接收來自于驅動電路輸出的步進指令信號，以帶動聚光器對太陽進行足艮S宗。
2.根據權利要求1所述的太陽能跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述反饋電路包括光敏電阻以及電阻，光敏電阻的一端接地，光敏電阻的另一端與電阻的一端均與單片機連接，電阻的另一端連接電源。
3.根據權利要求1所述的太陽能跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述驅動電路包括反向驅動器以及放大器，反向驅動器的一端連接單片機，反向驅動器的另一端通過定值電阻連接放大器。
4.根據權利要求3所述的太陽能跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述放大器為達林頓管。
5.根據權利要求3所述的太陽能跟蹤系統(tǒng)，其特征在于驅動電路還包括一個續(xù)流電路，該續(xù)流電路包括電感以及并聯(lián)在該電感兩端的二極管，續(xù)流電路的一端連接放大器，續(xù)流電路的另一端連接電源。
6.根據權利要求1所述的太陽能跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述日歷時鐘芯片采用 AMI8563I2C 型芯片。
7.根據權利要求1所述的太陽能跟蹤系統(tǒng)，其特征在于鍵盤顯示芯片選用NT5285CAJ 型芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽能跟蹤系統(tǒng)，包括用于設置初始太陽角參數的鍵盤；以及鍵盤顯示芯片，鍵盤顯示芯片將接收鍵盤的輸入信息傳送到單片機，并將單片機處理的信息輸出到顯示器；以及與鍵盤顯示芯片電連接的顯示器，該顯示器用于監(jiān)視系統(tǒng)的調整過程；以及日歷時鐘芯片，用于記錄當地的日期及時間，以供單片機進行讀?。灰约坝糜跈z測太陽光的反饋電路；以及單片機，該單片機接收來自于反饋電路的信號，計算出太陽高度角和方位角后，發(fā)出進行跟蹤的步進指令；以及驅動電路，將來自于單片機的步進指令進行放大；以及步進電機，接收來自于驅動電路輸出的步進指令信號，以帶動聚光器對太陽進行跟蹤。本實用新型具有跟蹤精度高以及成本低優(yōu)點。
文檔編號G05D3/12GK202093397SQ201120113690
公開日2011年12月28日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權日2011年4月18日
發(fā)明者時劍, 董良格 申請人:常州佳訊光電系統(tǒng)工程有限公司