向日跟踪控制系统设计（共12篇）
向日跟踪控制系统设计 篇1
摘要：太阳能光伏电池阵列的发电量与阳光入射角角度有关,光线与光伏阵列平面垂直时发电量最大。采用光线自动跟踪的方式,使太阳能电池板始终保持与太阳光垂直,这样可以大大提高光伏阵列的发电量。文中介绍了双轴太阳光跟踪控制系统,该系统具有结构简单、稳定性好、精度高的特点,对其推广普及具有广阔的应用前景。
关键词：光伏阵列,自动跟踪控制,单片机
采用光线自动跟踪的方式，使太阳能电池板的朝向精确跟随太阳位置的变化，始终保持太阳能电池板表面与太阳光垂直，这样会大大提高发电量。本文主要介绍双轴太阳光跟踪控制系统的设计,该控制系统具有结构简单、稳定性好、精度高的特点。
1 太阳光传感器设计
利用光电二极管的光电特性，采用光电二极管作为感光元件，研制太阳光跟踪器。
1.1 结构设计和精度确定
图1为太阳光传感器结构原理图，其中1、3号管为方位角测定管，2、4号管为高度角测定管，5号管为照度测定管。
设初始状态太阳光垂直于纸面，4个光电二极管都处于太阳直射之下，当太阳光偏离立柱轴线角度γ后，相对于光电二极管所在平面，太阳光方位发生了变化。传动系统在跟踪太阳光时，首先调整转角α，然后调整转角β。太阳光与立柱轴线的夹角的调整是由对角β的调整来实现的。
设立柱高H，立柱底面为正方形，边长等于光电二极管半径d。当太阳光偏离立柱轴线角度γ时，3号和2号光电二极管上产生光照阴影。为使所产生的阴影面积较大且为单管面积之和，应对立柱高度加以规定。
取H=Hmax，则该传感器对太阳光变化的灵敏度为：
依据设计要求，γ标=5°，则H=24.2468d，依据结构设计，跟踪器对太阳光变化的灵敏度在3.54°～5°之间。
由于传动系统精度的影响，使得跟踪器不能完全跟踪到太阳光的位置。因为太阳光与立柱轴线的夹角的调整是由对β角的调整来实现的，所以当俯仰分度为1°时，腰转分度为1°时，误差最大为1.414°。
1.2 工作原理
当太阳光强度超过设定值时，5号管发出信号，1、3、2、4号管开始工作。当太阳光轴与立柱主轴偏离时，即在3与2或1号光电二极管上产生阴影。两管上阴影面积之和等于单管面积或单管全为阴影，传感器输出控制信号，传动系统开始工作，首先对方位角α调整，当方位角调整完成之后，再进行高度角β的调整。
当进行方位角跟踪时，首先调整的是1、3管上的阴影，使得太阳光在XOY平面上的投影与OX轴的夹角小于等于腰转分度1°，此时1或3号管上的阴影面积为0.0011的单管面积，传感器输出控制信号，传动系统停止工作。
当进行高度角跟踪时，调整的是2、4管上的阴影，使得太阳光在XOY平面上的投影与OX轴的夹角小于等于俯仰分度1°，此时2号或4号管上的阴影面积为0.3162的单管面积，此时传感器输出控制信号，传动系统停止工作。
3号与2号两管阴影面积的计量是通过两管的光电效应之和与1号或4号管的光电效应比较得到的，单管阴影面积是通过单管的光电效应特性得到的。这样充分保证了太阳光轴与立柱主轴的夹角小于γ标。
2 控制系统概念设计
2.1 光电二极管特性及设计依据
光电流的大小与入射光功率Pin成正比，即：I=RPin。
式中，R为光电二极管的响应度。
光电二极管的光照特性图给出了光电二极管的输出电流和光照度之间的关系，它们之间可以近似地看作是线性关系。
将跟踪器检测部分做成四象限结构，在每个象限安装一个光电二极管，四象限的原点安装一个太阳光照度检测光电二极管;后续电路部分采用和差电路形式，电路的连接是先计算相邻象限信号的和，再计算信号的差。
光电二极管可以采用PN结型，也可以采用PIN结型，其工作模式有两种：光伏工作模式;光电导工作模式。
2.2 工况
为综合处理各种可能的工况，控制系统内置时钟，并在系统初始化时设置当地日落最晚时间和日出最早时间期间为夜晚，当时钟运行至夜晚开始时，系统回到初始化状态;当时钟运行至于日出时间时，系统处于待命状态，此时，单片机采集5号光电二极管的数据，来控制系统的起停。
2.3 系统总体控制方案
控制系统不仅包括能实现自动跟踪的控制部分，而且包括手动控制部分。
系统对5个光电二极管的电压(或电流)信号进行实时采集，经过A/D转换后送入单片机控制系统，经过对输入信号的处理之后输入到功率驱动部分，进而实现对Y轴和Z轴电机的控制。各部分功能简述如下。
信号调理电路：对光电二极管的输出信号进行放大、调零度、满度等一些措施，使其能够满足A/D转换器的输入转换要求，提高整个控制系统的精确性、稳定性和可靠性。
单片机系统:采用Microchip公司生产的8位PIC系列单片机,该单片机采用精简指令集RISC、哈佛双总线和两级指令流水线结构。具有高速度、低工作电压、低功耗、较大的输出直接驱动能力,芯片的低价位、体积小等特性。并且该单片机集成了A/D转换器和PWM输出,性能优越。
功率驱动部分：采用自行设计的直流电机驱动H桥，该桥既能实现电动机的正反转控制，又有能够有足够的电流输出，完全满足伺服电机的驱动和控制。
单片机程序框图：5号光电二极管执行电压检测子程序，用以起停控制系统。1、2、3、4号光电二极管执行电压比较处理子程序，其输出结果作为电机运转控制子程序的输入，用以控制电机运转。
3 结语
本文所提出的光伏发电跟踪控制系统具有如下特点：(1)利用单片机实现成本较低的太阳跟踪系统;(2)在跟踪控制系统中，单片机系统具有较好的稳定性，并能够达到相当好的精确度;(3)利用光电二极管传感器，单片机系统可以实现位置自动调整。
参考文献
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[5]陆利生.单轴太阳能自动跟踪器液压传动系统的设计[J].新能源,1994,16(10):20-22.
[6]胡勋良,等.太阳光跟踪器及其在采光中的应用[J].电子技术,2002,30(12):8-10.
向日跟踪控制系统设计 篇2
针对光电跟踪系统,提出一种基于内模控制原理的新型位置控制器设计方法.内模控制是一种基于对象数学模型进行控制器设计的新型控制策略,其设计思路是将对象模型与实际对象相并联,控制器逼近模型的动态逆.该控制器设计方法简单,只有一个可调参数,而且可调参数直接与系统的.动态特性和鲁棒性相关,与常规PID控制器相比,参数调整更加方便.由实验数据统计分析得出,系统的方位跟踪误差和高低跟踪误差的均方根分别为0.4mrad和0.3mrad,表明该控制器能够提高系统的跟踪精度,从而为高性能光电跟踪系统提供了一种新的控制方法.
作 者：赵志诚 贾彦斌 张井岗 孙志毅 作者单位：赵志诚,张井岗,孙志毅(太原科技大学自动化系,山西,太原,030024)
贾彦斌(北方自动控制技术研究所,山西,太原,030006)
太阳能电池板自动跟踪系统的设计 篇3
【关键词】太阳跟踪；自动化；感光太阳能电池板；伺服电机
引言
太阳能既是一次能源，又是可再生资源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源、减少污染的时代。太阳能的发展前景非常广阔，利用太阳能发电已经成为全球瞩目的一个具有深远意义的研究课题。但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发太阳能面临的主要问题。现在市场的固定式太阳能吸收系统不能充分吸收太阳能，造成一定程度的浪费。而太阳能自动跟踪系统则很好的解决了这个问题。本文提出了一种由光线感应器和闭环控制器组成的自动跟踪系统，此系统由光感测阵列感应太阳光斑的位置来确定太阳的高度和方位，通过闭环控制器来自动调整太阳能电池板的朝向，结构简单，成本低，充分吸收太阳能，从而提高太阳能的吸收率。
1.自动跟踪系统的组成和结构
太阳能自动跟踪系统由光线感应器、闭环控制电路和感光机架组成。
1.1光线感应器
光线感应器是由两个组件即投光器及受光器所组成，利用投光器将光线由透镜将之聚焦，经传输而至受光器之透镜，再至接受感应器，接受感应器将收到的光线讯号转变成电信号，此电信号更可进一步作各种不同的开关及控制动作，其基本原理即对投光器及受光器间的光线做遮蔽动作所获得的信号加以运用以完成各种自动化控制。
1.2闭环控制器
闭环控制器由光感测阵列和伺服电机组成。
1.2.1光感测阵列。采用一种光感测阵列的触控显示装置，其特征在于包含一个作为触控屏幕及能够显示画面的透光玻璃，一个太阳光源，该光源在该透光玻璃上方以接触或不接触的方式滑移或点选，并令所射出的光线透过该透光玻璃；一个光感测阵列，该光感测阵列位于该透光玻璃的下方，用于感测来自该透光玻璃的上方的光源射出的光线，该光感测阵列包括数个感光单元，所述感光单元以阵列的方式配置，各感光单元供接收来自对应位置的光线；所述感光单元将接收到的光线转换成电子信号；一个影像阵列处理器，用于接收来自该光感测阵列的电子信号，依据所传送进来的电子信号判断该光源在该透光玻璃上的位置坐标，并将该位置坐标所形成的轨迹转化成对应该光笔移动形成的图符所代表的指令；一个供影像输出的电子信息装置，该电子信息装置包括一个处理器，该影像阵列处理器发出的指令送到该电子信息装置的处理器中，以令该电子信息装置执行该指令；一个投影机，该投影机位于该透光玻璃的下方，该投影机连接该供影像输出的电子信息装置，该投影机用于接收该电子信息装置的输出影像，并将该输出的影像投影到该透光玻璃上，而使得该透光玻璃显示与该电子信息装置的输出影像相同的影像。
1.2.2伺服电机。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和轉速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入讯号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所受到的电信号转换成电动机轴上的角位移和角速度输出。当信号电压为零时自转现象，转速随着转矩的增加而均匀下降。
1.2.3支架部分。在设计太阳能支架的过程中，不仅要考虑到材料自身重量和惯性的因素，还要考虑到投入应用以后，实际的自然条件的因素。大风是不可忽略的一个重要自然现象，这就要求支架足够加固，固定太阳能电池板的齿轮和轴承足够稳定，足以承受大风所带来的力的作用。
2.工作原理
在太阳光下太阳光束从进光口射入，由于进光口较小，太阳光束在受光器的透光玻璃上形成一个光斑，透光玻璃下方的光感测阵列，其分布在各个位置上的感应单元接受光线，将接收光信号转换成电子信号，传输到影像处理器，影像处理器根据所接收的电子信号输出指令，输送到投影机，经过处理后输出在该透光玻璃显示与电子信息装置的输出影像相同的影像，确定太阳的位置和角度，信号输出伺服电机，电机主轴转动，经过锥齿轮传动，力矩传递到太阳能电池板的力臂杆中，从而使太阳能电池板始终垂直于太阳入射角。我采用的是常用的2个轴交角∑=90□的标准直齿锥齿轮进行传动，以大端参数为标准值。[2]根据国家标准，通过齿轮的受力分析，主要计算齿面疲劳强度和齿根疲劳强度。在齿面疲劳强度计算时，则以齿宽中点处的当量齿轮作为计算依据；而直齿锥齿轮的弯曲疲劳强度可近似的按平均分度圆处的当量圆柱齿轮来计算；我采用的是2个完全相同的国家标准件直齿锥齿轮，其Z=20，m=3的直齿锥齿轮，其齿面疲劳强度和齿根疲劳强度都符合标准。[3]加工标准直齿圆柱齿轮时，h*=1，α=20不发生跟切的最少齿数Zmin=17，而圆锥齿轮不发生跟切的最小齿数Zmin=ZminCOSδ， 式中Zmin为圆锥齿轮的当量齿轮不发生跟切的最少齿数，COSδ<1，Z=20>Zmin=17，所以选的锥齿轮完全符合标准。
3.结论
通过使用光感测阵列控制，本系统可完全实施对太阳的自动跟踪，并且有四种工作状态，能够应对各种天气情况，充分利用太阳能，提高了太阳能的吸收率，完全自动化，无需人工控制，同时考虑到了支架结构的抗压能力，使系统更加稳定、高效。
注：本作品在第七届全国3D大赛获省级三等奖
参考文献
[1]孙铁伟.向日自动化感光太阳能板.全国3D大赛.工业与工程设计大赛.
[2]濮良贵，纪名刚.机械设计第七版.高等教育出版社，2001.
点光源跟踪系统设计 篇4
文中设计的系统是源自于2010年TI杯湖北省电子设计大赛,要求是设计并制作一个能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统,系统示意图如图1所示。光源B使用单只1W白光LED,固定在一支架上。LED的电流能够在150mA~350mA的范围内调节。初始状态下光源中心线与支架间的夹角约为60o,光源距地面高约100cm,支架可以用手动方式沿着以A为圆心、半径r约173cm的圆周在不大于45o的范围内移动,也可以沿直线LM移动。在光源后3cm距离内、光源中心线垂直平面上设置一直径不小于60cm暗色纸板。光源跟踪系统A放置在地面,通过使用光敏器件检测光照强度判断光源的位置,并以激光笔指示光源的位置。文中采用MCU MSP430作为控制核心,充分发挥了其功耗超低、精度较高等优势,其他各部分电路设计时也充分考虑了简单、可靠、经济等因素,为实际应用提供了一定的参考价值。
2 系统方案论证
根据设计目标,系统方案论证如下:
2.1 光敏器件选择
光敏器件有很多种,但哪一种既能满足要求又能方便检测控制呢?点光源跟踪系统任务要求的检测距离基本为2m,最远也只达2.05m,光源利用1W白光LED,其发出的光线较强,利用光敏电阻即可满足要求,另外光敏电阻价格便宜、光敏电压检测电路简单,考虑到设计中肯定需要多组测量,因此光敏电阻是较好的选择[1]。
2.2 光源跟踪方案
方案一:直流电机带动激光笔跟踪光源
利用两个直流电机,采用全桥PWM控制,将固定在旋转电机上不同位置的光敏二极管感应到的电压信号送入比较器(比较电压以实际情况测取),通过比较器输出来控制直流电机正、反转,从而达到动态调节,直至激光笔直线对准光源中心位置。但该方案有许多不足之处,直流电机不易受单片机控制,旋转角度无法程序有效控制且精度不高,对于固定角度旋转比较困难。
方案二:步进电机带动激光笔,精确控制旋转角度
给步进电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角,这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点,使得在速度、位置等控制领域采用步进电机控制变的非常的简单。控制时,可将电路处理后的信号送入单片机,经过单片机逻辑时序控制步进电机准确旋转一定角度,使得激光笔准确指示点光源;另外还可利用另一电机上安装的多个光敏电阻进行微调,形成闭环控制,使得点光源定位精确,稳定,可靠。
经试验比较,可采用第二种方案。
2.3 光敏检测控制方案
方案一:采用一个光敏电阻,在规定范围内进行扫描,采集尽可能多的电压值,比较选择最大电压值,激光笔将迅速回到反应最大电压值的那一点即找到最亮点实现光源的跟踪。此种方式简单方便,跟踪快,但精确度不高。
方案二:在规定范围内采用八个固定位置的光敏电阻进行检测,采集每一个光敏电阻电压值进行比较,找到最大电压值,计算相应角度,控制电机转到那一点,实现光源的跟踪,但此种方式结构复杂,控制精度不太高。
方案三:水平位置采用四个光敏电阻进行水平定位控制,另外在中间位置放置上下两个光敏电阻进行上下定位控制,定位准确,控制精度较高。
经比较,选择方案三。
2.4 LED电流调节
方案一:采用PWM控制芯片,利用闭环控制实现电流的自行调节。该方法自动化程度高,但电路比较复杂,实现起来有些费时。
方案二:采用LM317构成典型的电压可调恒流源电路,可以很简单的实现LED电流的调节。
经比较,选用方案二。
2.5 控制方案选择
根据控制对象的特点,比较PID控制、模糊控制和模糊PID控制这三种控制策略发现,常规PID(比例,积分,微分)控制具有简单、稳定性好、可靠性高的特点,但是,常规的PID控制存在一些问题。首先,常规PID控制器不能在线整定参数;并且,常规PID控制器对于非线性、时变的系统和模型不清楚的系统就不能很好的控制,其PID参数不是整定困难就是根本无法整定,因此不能得到预期的控制效果。简单模糊控制由于不具有积分环节,因而在模糊控制的系统中又很难消除稳态误差,而且在变量分级不够多的情况下,常常在平衡点附近会有小的振荡现象。但模糊控制器对复杂的和模型不清楚的系统都能进行简单而有效的控制,所以如果把两者结合起来,就可以构成兼有着两者优点的模糊P I D(Fuzzy-PID)控制器。所以,针对被控对象的特性我们选择利用模糊控制方式来给PID控制器在线自整定(或自校正,自调整)PID参数,组成模糊自整定(或自调整)参数PID控制器的控制策略。
2.6 系统总体方案
基于以上方案的比较选择,系统总体电路框图如图2所示。
整个设计以MSP430为核心,MSP430根据光敏电阻所反应的不同电压值经相应程序对两个步进电机进行控制,并由步进电机带动激光笔进行左右和上下精确定位,从而实现对光源的跟踪同时还具备对检测电压进行实时显示的功能,而L E D电流调节则采用简单实用的LM317调压电路实现。
3 硬件电路设计
3.1 步进电机驱动模块
电路主要由光电耦合器TLP521-4和TLP521-2以及电机驱动芯片L298组成。IN1、IN2控制电机正反转方向,ENA使能,同理,IN3、IN4和ENB实现对另一电机的控制。单片机控制端与L298之间采用光耦隔离以减少信号干扰。电机驱动模块电路如图3。
3.2 光敏电阻电压检测模块
电源电压经稳压芯片AMS1117稳压到3.3v后提供给光敏电阻分压电路,其输出检测信号供后级电路处理[2]。如图4所示。
3.3 LED电流控制调节模块
该电路主要由L M 3 1 7组成,通过可调电阻来调节LED的电流,使之满足电流在150~350mA范围内可调[3]。LED电流检测电路如图5。
4 软件设计
整个系统分左右位置和上下位置两部分判别是否到达光源中心。左右部分寻找光源通过不断比较两者大小来判别方向,当两者差值在一定范围内时,就可以认定横向范围内到达光源中心[4]。当光源支架走圆弧时,光源中心几乎不会偏离;只有光源支架走直线时,A点偏角度最大为0.8°,板上激光点上下偏离最大为267cm。而步进电机单步运行0.45°,因此只需记录旋转的范围区域就可控制上下激光点微调。
系统软件设计流程如下图6。
5 测试数据与结果分析
测试工具选用精度0.1cm的卷尺和精度0.01s秒表。测试过程将光源固定于指定范围内的任一点,通过现场设置参数决定两个步进电机的运行,进行上下左右的定位。不同定位的测试结果如下:
(1)激光笔偏离点光源30cm跟踪测试
将激光笔光点偏离光源30cm,我们对系统的跟踪性能进行了多次反复测试,测试数据如下表1所示:
从测试数据反映,系统跟踪精度好,跟踪速度快。
(2)光源支架圆周移动20°跟踪测试
在激光笔基本对准光源时,以A为圆心,将光源支架沿着圆周缓慢(10~15秒内)平稳移动20o(约60cm),对系统的跟踪性能进行了多次反复测试,测试数据如下表2所示:
从测试数据反映,系统跟踪精度好,在测试过程中,激光笔跟踪的连续性很好。
(3)光源支架沿着直线LM平稳缓慢移动跟踪测试
在激光笔基本对准光源时,将光源支架沿着直线LM平稳缓慢(15秒内)移动60cm,对激光笔跟踪情况进行反复测试,测试数据如下表3所示:
从测试数据反映,系统跟踪精度较好,激光笔跟踪的连续性较好。
(4)光源支架移动20cm左右距离、再旋转一个角度(20°)跟踪测试
将光源支架移动20cm左右距离、再旋转一个角度(20°)后,对激光笔跟踪情况进行反复测试,测试数据如下表4所示:
从测试数据反映,系统跟踪精度比较好,跟踪速度比较快。
(5)改变点光源的亮度时(L E D驱动电流变化±50mA)系统自适应测试
通过LED电流调节电路调节LED电流在规定范围内变化,将光源支架沿着直线LM平稳缓慢(15秒内)移动6 0 c m,反复测试系统跟踪情况,数据如表5所示:
从测试数据反映,系统自适应能力较强,尤其在光线越强时,精度越高。,
6 结束语
通过测试,本论文设计的点光源跟踪系统完全实现了2m内的光源跟踪及定位,在跟踪定位的过程中,光敏电阻的布局和模糊控制算法起到了决定性作用,整个系统功能完善,跟踪精度较好,自适应能力较强,有一定的实用价值。
摘要：本系统以TI公司的超低功耗MCU MSP430处理器为核心,CPU(MSP430)根据光敏电阻所反应的不同电压值经相应程序对两个步进电机进行控制,进而由步进电机带动激光笔进行左右和上下精确定位,实现对光源的跟踪并对检测电压进行实时显示。LM317典型恒流源电路实现LED电流在150￣350mA范围内可调,从而调节LED灯光的强弱。整个系统很好的完成了规定范围内的点光源跟踪,并在光源亮度发生改变时具有较好的自适应性。
关键词：步进电机,MSP430,光敏电阻,恒流源
参考文献
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向日跟踪控制系统设计 篇5
数字摄影测量系统三维跟踪通用适配器设计
三维采集单元是数字摄影测量工作站主要的人机交互设备.三维采集设备的类型较多,目前广泛使用的是三维鼠标和“手轮脚盘脚开关组合”.笔者认为,为了兼顾作业质量和作业效率,数字摄影测量工作站的最佳三维采集模式,应该是三维鼠标与手轮脚盘的.联合使用.结合实际的开发研制经验,提出了一种针对两种采集模式的通用、便捷的接口转换设计方案.
作 者：高延民 李晓斌 李延海 王桂霞 Gao Yanmin Li Xiaobin Li Yanhai Wang Guixia 作者单位：西安测绘信息技术总站,陕西西安,710054刊 名：测绘技术装备英文刊名：GEOMATICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT年，卷(期)：2009“”(3)分类号：P2关键词：数字摄影测量 三维采集 接口
向日跟踪控制系统设计 篇6
关键词：红外搜索跟踪系统 模型设计 军事侦察 应用
中图分类号：E89文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（a）-0039-01
红外搜索跟踪系统的功能十分强大，在军事侦查中的应用较为广泛，主要用于探测、获取和全面跟踪在背景环境或其它干扰下能够发射红外信号的物体和目标，其覆盖区域是5 km以外的复杂背景和难以辨别的光源目标，可以弥补雷达探测的不足和缺陷，已成为现代军事领域中的重要武器装备之一。
1 红外搜索跟踪系统模型设计
红外搜索跟踪系统是一般是由信号处理系统、稳定与瞄准系统以及红外热成像系统组成[1]。信号处理系统：该系统是由微处理计算机、接口电路以及滤波器等组成的，其任务是获取和跟踪目标对象，并对相关数据进行处理。稳定与瞄准系统：该系统的组成部分主要包括电子组件以及瞄准和稳定机构，其任务是观察光学装置的工作情况，稳定其瞄准线，并控制搜索视场、光学视轴等。红外热系统：该系统由3个部分组成，分别为电子信号处理组件、探测器以及红外成像学系统，其中电子信号处理组件负责存储和处理探测器所获取的信号，探测器则可以利用自身的高透视率与量子效率采集和接收相关信号；红外成像光学系统则相当于一个窗口，可以为红外探测提供方便。
2 红外搜索跟踪系统在军事侦查中的应用
2.1 空中监视
红外搜索跟踪系统兼具跟踪入侵飞行器和远距离探测器特点，在空中监视过程中发挥着重要的作用，很多高速飞行与高空飞行目标为了缩短时间都需借助先进的搜索跟踪系统，不仅需保证该系统具备高灵敏性，而且需确保其能够对远距离目标对象进行监视。由于高空快速目标受到了较强的红外线辐射，大气阻力减小，因此它比低空飞行目标更容易被监视，若截击机具备下视能力，红外搜索跟踪系统则可进行空对空拦截，这说明当以上两者在同等高度下时，其监视范围可能会由地面扩大到云层，例如，在海军空对空方案中，假设歼击机、远程空对地导弹以及轰炸机的威胁高度在600～71000f之间[2]。红外搜索跟踪系统具有自身的特点，其功能与特征要求都是综合考虑了空中监视的相关要求而设计的。
2.2 低空防空
相关人士认为：探测和跟踪巡航导弹与低高度飞行目标存在较大的困难，雷达系统虽可以进行探测和跟踪低飞行目标，但其在探测和跟踪过程中会遇到较多问题，如受地面背景影响其信号强度减弱和受多个虚假目标影响而难以进行相关的探测工作，红外搜索跟踪系统则可以很好地避免上述现象。由于该系统的探测方式较为特殊，可以进行被动探测，不易被发现且能够进行全面跟踪，可以抵御反辐射导弹或射频定位传感器的袭击，并且不会因外界因素而无法正常工作。另外，由于其角度分辨率较高，因此，它可以用无源的机动飞行分辨距离速率和距离，可以透过烟雾探看作战地区的情况，进而可以更好地进行低空防空[3]。
红外搜索跟踪系统的应用原理较为简单，通常是借助红外探测器，且此探测器是以垂直线列形式工作的，其方位扫描和扫描视场皆成一个角度，前者角度大小为36°，后者角度需小于10°。巡航导弹、遥控驾驶飞行器、直升飞机以及人为操控的低空飞机等红外搜索跟踪装置都有自身的特性，红外搜索系统需对以上目标的特性进行一个全面的了解，目标对象并不是匀速运行的，其速度会由30 m/s加速到450 m/s，且它们的推进系统也不同。同时，目标的相关情况与相关设备都有着较大的差异性，目标红外空间分布与方位角有着密切的联系并以强函数的形式表现，红外发射强度也不一致，其数量级不断发生变化。
2.3 卫星探测
卫星载红外搜索跟踪系统的应用较为广泛，它可以对地面背景下的空中飞行器进行探测跟踪，同时也可以探测跟踪处于助推阶段的导弹燃气流，虽然早期的卫星报警系统不具备红外搜索跟踪系统的特征与功能，但为完善其内容，卫星报警系统也列入了其范畴。在低信噪比环境下，卫星报警系统很难准确探测到干扰中的目标，且云层类型、地区类型以及地面背景具有复杂性，会干扰其探测工作，在此情况下，红外跟踪系统无法对微弱目标进行全面跟踪，因此需要红外搜索系统做出报警，以便能够迅速探测到微弱目标，从而能够提高探测的速度和效率。
红外搜索跟踪系统装置与其它系统不一样，其中的下视系统具有较高的下视能力，可以对信号进行处理，能够不受外界条件干扰快速捕获微弱目标，这也是其它系统没有的特征。通常情况下，经过反射的目标信号会发生一定的变化，对参考背景而言它并不是静止的，从而可以从背景中捕获目标。空载红外搜索跟踪系统可以发挥自身的优势弥补传感器的缺陷，此外，其还可以通过信号的处理，快速选择波段，而空中飞行器很难被探测，因此，像素配准在多帧处理技术中有着关键性作用。大部分系统都要对目标的面积、温度、频率修正以及监视面积和位置进行详细分析，不断满足实际要求，对传感器而言，轨迹面积的值便是其最为关键的参数，在此基础上，要对探测器的投影情况进行分析，得到其在地面上的最低点投影，进而为系统设计提供依据，最终决定其技术要求[4]。
3 结语
红外搜索跟踪系统在军事侦查中占有绝对的优势，不仅可以进行空中监视，而且可以进行低空防空和卫星监测，从而可以为军事侦查提供安全性、准确性以及便捷性。因此，在实际的军事侦查过程中，需充分发挥红外搜索跟踪系统的作用，尤其是当前的社会背景和时代局面下，更需不断升级和改进红外搜索跟踪系统，以便更好地满足现代军事需求，从而不断提高军事水平和能力。
参考文献
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[2]刘忠领，于振红，李立仁，等.红外搜索跟踪系统的研究现状与发展趋势[J].现代防御技术，2014，42（2）：97-99.
[3]张乐，梁冬明，姚梅，等.红外搜索跟踪系统作用距离等效折算[J].红外与激光工程，2013，42（1）：27-29.
向日跟踪控制系统设计 篇7
关键词：自动太阳动跟踪,低功耗ARM,视日运动法,独立光强传感器
随着工业和经济的发展,人们对能源的需求逐渐增大。太阳能是一种新型的清洁能源,如何充分利用这种新型绿色能源,实现人类社会的可持续发展,成为了当今研究的热门课题之一。
相关理论和实验数据表明,在使用相同功率太阳能电池板的前提下,跟踪式太阳能系统相比固定式太阳能系统的光伏转换效率要高出约37.7 %[1,2,3]。由此可见,在实际应用中使用跟踪式的太阳能光伏发电系统,将大幅度提高发电量,增加社会效益。
目前国内外的太阳跟踪控制系统主要分为两种[4]:一是利用视日运动法算出任一时刻的太阳方位角和高度角,再驱动电机将电池板转向太阳位置,但该方法不能避免天气条件的影响;二是利用传感器采集光信号,将光信号处理后得到太阳偏移位置,再将电池板指向太阳位,而此方法的不足在于能否将跟踪系统从日落角度恢复到日出角度[5]。因此文中采用上述两种方法相结合的基于低功耗Cortex-M3核的ARM处理器,实现了高精度跟踪定位太阳的功能,首先CPU通过GPS获取到控制系统的经纬度和实时时钟,再根据视日运动法理论计算出太阳位置,驱动电机使电池板指向太阳,然后利用四象限传感器信号进行修正;同时采用独立的光强传感器,获得实时太阳光照,从而以天气情况判断是否停止跟踪系统,节约控制装置能耗。
1 太阳跟踪原理
1.1 视日运动轨迹
根据天文学知识,地球围绕太阳公转周期为一年,地球本身也在不停自转,而自转周期为一天。地球的自转轴与其围绕太阳公转平面始终为23.5°,由此形成了一年四季的变化。
由图1可知,一年当中,太阳直射点的纬度始终在23.5° S到23.5° N之间变化。将某天太阳直射点的纬度称为太阳赤纬角δ,δ(°)是天数n的函数,δ与n之间的函数关系为
式中,n为 一年当中的天数,自1月1日起算。如2月5日,n=36。
地球自转周期为24 h,假设地球不自转,则在地球上的观察者看来是太阳每小时向西移动15°,定义正午的时角ω(°)为0°,则一天之中的时角可用时角公式算出
ω(h)=15°(12-h) (2)
式中,h为24小时制的时间。当ω为正数时表示太阳偏东,为负数时表示太阳偏西。
在太阳跟踪系统中,主要用两个参数表示太阳位置:太阳高度角α(°)和太阳方位角Α(°),如图2所示。太阳高度角α指太阳照射某点的光线与照射点所在地平面的夹角,太阳方位角Α指太阳照射某点的光线在地平面上的投影与正南方的夹角,计算公式为[5,6]
α=arcsin(sinδsinϕ+cosδcosϕcosω) (3)
式中,δ为太阳赤纬角;ω是时角;ϕ是当地纬度
1.2 传感器跟踪法
在太阳追踪系统中使用最为广泛的是四象限光电探测器。它是将4个性能完全相同的硅光电池或光电二极管按直角坐标要求排列的光电探测器件[7]。安装时将探测器的感光面与太阳能电池板放在同一平面上。当太阳光垂直射到太阳能电池板时,探测器上的光斑位于正中心,如图3所示。
当太阳偏移一定位置时,则探测器的光斑则不再与中心重合,设光斑位置相对原点位置为Δx、Δy,如图4所示,传感器输出为
式中,y1～y4 是四象限探测器第Ⅰ～第Ⅳ象限的输出;C是由系统决定的常量。
系统根据Δx、Δy的值调整太阳能板的方向,当Δx=0、Δy=0时,表明探测器对准太阳。由于探测器感光面与太阳能板共面,此时阳光直射太阳能电池板。
2 跟踪机构设计
系统的跟踪机构是实现太阳跟踪的重要部分,是电机驱动太阳能电池板的主要传动环节。跟踪机构的设计要考虑到转动角度量、转动力矩、传动比以及传动效率等因素。其精密程度也将直接影响到系统的可靠性和跟踪太阳的精度。
目前,太阳跟踪系统有单轴式和双轴式两种。虽然单轴式结构较为简单,但其只有一个自由度,而太阳的运动轨迹不是单一的圆周运动,因此单轴式的太阳能跟踪系统只能简单粗略地跟踪,无法满足设计的要求。综合考虑各种因素,文中采用双轴式跟踪方式,实际制作的跟踪控制模型如图5所示。
双轴式太阳跟踪系统机构如图6所示,主要由水平和仰角的控制电机、减速传动齿轮和支架构成。图7是跟踪机构的传动系统示意图。水平控制电机通过减速齿轮带动系统水平旋转,跟踪太阳方位角;而仰角控制电机则改变电池板仰角的大小,跟踪太阳的高度角。设计的水平转动角度控制范围0°～360°,仰角控制范围0°～90°,满足各纬度跟踪要求。
3 控制系统
3.1 控制系统硬件设计
根据上述太阳跟踪原理,所设计的高精度太阳跟踪控制系统,其组成如图8所示。控制系统主要由传感器、信号放大电路、通信电路、GPS模块、单片机控制电路、步进电机驱动电路以及机械云台等组成。
光强传感器用于检测当前光强,系统根据此光强信号判断是否启动跟踪;四象限传感器的信号通过放大电路进行调整,输出4个象限的电压信号提供太阳位置偏移量;系统采用RS232接口是为了使系统能与PC机通信,如PC机可采集光强信号、太阳方位等信息;GPS模块则是为系统提供纬度和时间;电机驱动是驱动机械云台的水平和仰角的控制电机。
3.2 系统工作原理
系统工作前,将电池板水平方向指向正南位置。通电后,单片机从GPS模块获取纬度和实时时间信息,计算出此刻太阳高度角和方位角后,驱动电机水平和仰角步进电机相应角度将电池板指向正对太阳位置。并检测传感器的信号判断是否已对准,若是,则定位太阳完成,否则需进行角度修正。
角度修正方法:假设进行修正前位置如图9所示,此时太阳光与电池板的法线夹角为φ,单片机从传感器信号计算得到Δx、Δy。首先进行仰角修正,驱动仰角电机产生相应动作使仰角减小,当检测到Δy=0时,仰角修正完成,如图10所示。接着进行水平角修正,当检测到Δx=0时,角度修正完成,电池板正对太阳。
3.3 系统软件设计流程
根据系统工作原理,所设计的软件流程主要包括CPU解码从GPS模块接收的数据,得到纬度和时间信息,经计算后得到太阳高度角和方位角并作出相应驱动、角度修正及判断光强等,其系统控制流程和角度修正流程如图11所示。
4 实验与误差分析
图12为2012年10月6日太原市(37.82° N,112.48° E),用式(3)和式(4)求得的太阳高度角和方位角随时间变化曲线。
表1是2012年12月6日系统在太原市(37.82° N,112.48° E)从8～17点工作得到的实测数据。
由图12可知,太阳高度角在正午12时达到最大值,且以12时为轴对称分布;太阳的方位角在8时以前和16时以后是单调递增,而在8时到16时之间是单调递减。表1中的数据表明,本系统可达±1.5°以内的跟踪精度。
5 结束语
针对使用视日运动轨迹法或传感器单一方法不能准确、合理跟踪太阳的缺点,文中结合其各自优点,设计了基于ARM的高精度太阳能跟踪系统。试验数据表明,此系统可实现±1.5°范围内的跟踪精度,且成本低、可靠性高。
参考文献
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独立光伏发电跟踪系统的设计 篇8
光伏发电系统存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化、最大输出功率随温度变化等问题, 且硅的光电转化效率虽有不断提升, 但迫于价格因素, 高转化效率的太阳能板未能大范围使用, 这对硅光电池的有效利用提出了更高的要求。目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的, 且主功率电路的设计也很少考虑到温度变化导致的最大功率点的移动, 发电效率低下, 太阳能面板利用率不高。因此对太阳位置和宽温度范围最大功率点的跟踪都是十分有必要的。文章提供一个完整的独立光伏最大功率点跟踪系统设计, 并将之实现。该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, 获得最大辐照度, 而且在跟踪过程中能自动记忆不同时间的坐标位置, 判断阴晴天, 无需人工调整, 适合天气变化的复杂情况。用负温度系数电阻调节限流点实现最大功率跟踪, 并能对蓄电池进行三段式充电, 使整个系统的效率得到大幅提升。
1 最大辐照度跟踪
最大辐照度有多种跟踪方法, 如:时钟法、压差法、光电法等。
(1) 时钟法根据太阳运动角度, 确定电动机转速, 使太阳能面板根据太阳位置相应变动。其主要缺点是:跟踪精度不够, 太阳高度角、方位角和区域、季节都有关系, 普适性不高, 且累积误差比较大, 需要定期进行校正。
(2) 压差法在太阳能面板周围设有一组空气管作为时角的跟踪传感器。太阳偏移时, 两根空气管受太阳的照射不同, 管内产生压差, 压差执行器就发出跟踪信号。当镜面对准太阳时, 管内压力平衡, 压差执行器又发出停止跟踪信号, 这种跟踪器的跟踪灵敏度高。与此相类似的太阳跟踪装置还有重力差式跟踪器和液压式跟踪器。
(3) 光电法用光敏传感器来测定入射太阳光线和跟踪装置主光轴间的偏差, 当偏差超过一个阈值时, 执行机构调整, 直到使太阳光线与太阳能面板垂直, 实现对太阳高度角和方位角的跟踪。与前两种跟踪装置相比, 光电式跟踪器可通过反馈消除误差, 控制较精确, 电路也比较容易实现。
本文将时钟法和光电法结合, 太阳能面板以预定日行轨迹行进到粗调坐标, 然后用光电传感器判断光线是否垂直, 在细调区间内进行精细的位置调整。从而解决了时钟式的累积误差问题。细调区间又预防了光电式存在的误动作。在入夜之后, 太阳能面板根据预设值, 调回早晨的方位, 并进入掉电模式。
1.1 双轴跟踪机构
双轴跟踪器的机械结构图如图1, 其中一个电机带动太阳能面板绕日轴转动, 跟踪太阳的赤经运动;另一个电机带动反射器绕季轴旋转, 跟踪太阳的赤纬运动。这样太阳能面板就能全年尽可能和入射阳光相垂直, 达到跟踪太阳的目的。
1.2 传感器原理及设计
1.2.1 传感器原理
传感器由光电二极管设计而成。有光照射时, 光电二极管的PN结附近受光子的轰击, 半导体内被束缚的价电子吸收光子能量而被击发产生电子一空穴对, 使少数载流子的浓度大大提高, 反向饱和漏电流大大增加, 形成光电流, 光电流随入射光照度的变化而相应变化。光电流通过负载RL时, 在电阻两端将得到随入射光变化的电压信号, 完成光电转换[1]。
图2 (a) 是光电二极管的伏安特性曲线。由于光电二极管掺杂度较小, 工作时要给其加反向电压。即取其工作在第三象限时的特性, 如图2 (b) 。串入可调电阻, 电阻工作曲线与光电二极管特性曲线的交点即其工作点。
当太阳光线与光电二极管平面的法线有一定夹角θ时, 光电二极管输出电动势:
式中φ为光通量, 即通过截面S的光能量, K为比例常数。
式中I为光照度, 即单位面积上的光通量 (-π/2≤θ≤π/2) 。
式中U0=KIS0。
当光线垂直照射固定面时, 左右光电二极管输出电压U1=U2=U0cosα, 固定α为45° (如图3) 。本文用两对图3所示的光电二极管方法来分别跟踪太阳的高度角和方位角[2]。
当太阳光线偏离二极管固定面β角度时[3], 若-π/2≤β≤-π/4,
由式 (4-6) 可知, 电压差输出ΔU与β的曲线图如图4 (a) 所示, []中表示的区间是时钟法所能精确到的近似区间, 即图4 (b) , 传感器的细调区间。θ1和θ2的范围分别为[-π/12, -π/18]、π[/18, π/12], 即± (10~15°) 。
1.2.2 传感器信号调理电路
由运放、仪用放大器[3]调理采回电压, 如图5。用单片机自带的6路10位AD进行模数转换。理论精度为5*1 (/2^10) /10*1 000=0.49mV, 由实验数据对应的角度精度为1°。
2 软件设计
标注1:1 302走时误差仅为16s/月, 故采用串口校正, 软件开始可以加读串口操作。视精度要求定时 (如一季, 一年) 校正就可。
标注2:由外部中断唤醒进入正常模式。
流程图如图6。
3 宽温度范围的MPPT设计
太阳能面板最大功率点随着环境温度的变化处于非线性变化状态, 图7示出了太阳能板性能指标随温度的变化曲线, 可见最大功率Pmax与太阳能板的最大功率点输出电压Vpm变化趋势非常接近, 因此我们只需要跟踪控制Vpm电压就能跟踪太阳能面板的最大功率点。
传统的恒压跟踪法 (CVT) 忽略温度对太阳能面板开路电压的影响, 仅通过设定正常温度下太阳能电池的最佳工作开路电压来保证太阳能面板能够输出最大功率。文献[4]利用采样普通二极管随温度变化的压降来提供太阳能面板MPP的变化趋势, 但采样电路精度要求高, 控制复杂。加入负温度系数电阻 (NTC) 实时采样太阳能面板的环境温度, 动态调节主功率电路的限流点, 使太阳能面板的输出电压保持在最优工作电压, 很好地解决了这个问题。作者采用文献[5]提出的宽温度补偿太阳能面板最大功率跟踪电路控制方法, 当输入电压是17V、输出电压为12V时, 效率可达90%以上。
实物图如图8。
4 结束语
文章完成了用双轴机构跟踪太阳方位角和高度角, 使太阳光直射太阳能面板, 获得最大辐照度;用负温度系数热敏电阻动态调节主功率电路限流点, 在宽温度范围内巧妙跟踪最大功率点的工作。大幅提高了发电效率和太阳能板的利用率。
参考文献
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井下人员跟踪监测系统的设计 篇9
井下人员跟踪系统 (以下简称系统) 由跟踪系统硬件、软件2部分组成。其主要组成部分是跟踪器和跟踪监测站。跟踪器是用来发送特定用户身份标志号 (简称Tag ID标识卡) 的一种无线发射器。它由人员携带, 或放置在车辆及仪器设备上, 可将它们所处位置和最新记录信息发送给跟踪监测站。跟踪监测站是用来接收并记录Tag ID信息的基站节点。跟踪监测站在接收到用户的信息之后, 将信息传送到中央处理器或控制/通讯中心的计算机里。
跟踪系统的软件可以实时跟踪并记录所有登录到这个系统上的跟踪器及其位置。软件为用户提供了强大的分类、过滤和搜索工具。丰富的报表生成及打印功能, 使大量数据变得易于理解和管理, 并能生成日志。软件具有强大的数据库功能, 可以将大量的数据长期保存和快速检索, 便于记录实时的人员、设备管理和查询历史。软件支持远程联网, 各级管理人员可以通过网络异地浏览实时情况和历史记录。
2 构成
跟踪系统由井上与井下2部分组成。井上部分包括地面计算机系统、备用电源系统、外围设备、隔离非本安和本安信号的监测站及避雷器。井下部分包括一系列跟踪监测站、井下人员或车辆佩戴的跟踪器及连接监测站的通讯电缆。
该系统构成如图1所示。
3 功能
(1) 跟踪定位及预警功能。跟踪监测系统可随时查询现时井下人员身份、机车的数量及分布位置。可以显示井下人员、机车在当前或特定时刻所处的区域;可以显示井下人员、机车当日或特定日期的活动踪迹;可对特定的区域人员、机车进行实时跟踪显示。当达到预设的数量上限时作出预警。
(2) 安全保障功能。 (1) 违章记录:对井下一些重要工作面及危险场合, 如果配备人员跟踪器和跟踪监测站可有效地阻止人员违章进入。如有人员擅自闯入, 则将违章人员及违章情况记录在案。 (2) 救护搜寻:如果发生事故, 可对事故现场被困人员进行搜寻和定位, 以便及时救护。
(3) 统计考勤功能。可对下井人员下井次数、时间等分类统计, 便于考核, 并可打印有关报表。还可以与井上大型显示屏连接, 用于管理特定区域的人员出入。
(4) 信息联网查询功能。通过局域网可以方便异地联网查询浏览跟踪信息。远程的浏览用户虽然不可以修改跟踪系统的数据, 但仍然可接收到实时更新的数据, 还可以查阅人员和设备的明细数据, 包括完整的历史数据。
(5) 权限管理功能。跟踪系统软件的所有功能都通过密码保护来限制用户权限, 虽然每个使用跟踪系统浏览视窗的用户都可以查看系统中的数据, 但是如果想更改任何细节设置, 只有数据管理员登录, 才有权限更改。
(6) 人机对话功能。通过显示器、键盘和鼠标及图形界面构成人机对话界面, 具有良好的图形化人机对话功能。
(7) 软件支持图形功能。根据井下跟踪监测站位置可任意对图形进行修改、删除、增加, 通过图形可直观显示任何人员实时位置或任何人员当前 (或指定时间) 的活动轨迹。
(8) 报表浏览打印及上传功能。软件的所有界面都提供了打印选项, 可以将屏幕显示的内容按照报表格式输出给打印机或文件。使用打印计划的功能, 用户可以每隔一定的时间打印出个性化的报表。例如, 在每个轮值班次结束时产生一份书面报告, 其中包含每24 h之内每个员工和装备登录在系统中的时间。各种跟踪信息汇总成报表可在监控中心办公室浏览、打印并通过局域网上传至异地进行浏览及打印。
(9) 自诊断功能。系统中设备发生故障时可报警并记录故障时间和故障设备, 以便查询和打印。
(10) 电池状态监测功能。自动监测电池状态, 有欠电警告。
4 工作原理
4.1 井上部分
跟踪监测系统中, 跟踪系统的软件与硬件进行通讯, 将跟踪器和跟踪监测站的信息供用户访问。跟踪系统的软件可以实时地跟踪并记录所有登录到这个系统上的跟踪器及其位置[1]。软件为用户提供了强大的分类、过滤和搜索工具。丰富的报表生成工具, 使大量数据变得易于理解, 并能生成日志。为了实现这一功能, 跟踪系统包含3个独立的软件应用程序: (1) SQL数据库[2]:用来存储跟踪器和其位置的数据。 (2) 驱动程序:用来与跟踪监测站通讯, 并随时更新数据库里的数据。大多数井下人员跟踪监测系统中只有1个数据库、1个驱动程序, 每天24 h运行。1个系统中安装多个程序实例也是可行的。 (3) 浏览视窗, 用来浏览并编辑数据。在1个井下人员跟踪监测系统中, 通常有若干个浏览视窗被安装在网络上。这3个独立的软件可以安装在1台计算机上, 也可以分别安装在1个网络里的多台计算机上。
跟踪系统的软件允许用户对跟踪器、用户、跟踪监测站和时间这些条件进行任意组合, 来浏览跟踪器的运动全过程。跟踪系统的软件也允许用户查看目标跟踪器的历史记录。软件的所有界面都提供了打印选项, 可以将屏幕显示的内容按照报表格式输出到打印机或文件上。使用打印计划的功能可以让用户每隔一定的时间打印出个性化的报表。例如, 在每个轮值班次结束时产生1份书面报告, 其中包含每24 h之内每个员工和装备登录在系统中的时间。跟踪系统软件的所有功能都通过密码保护来限制用户权限。这样既提供了系统安全性和完整性, 同时又不需要时刻进行人工操作。常用功能都可使用热键操作, 包括切换用户级别、将跟踪器与人员关联和打印报告。这不仅提高了日常使用的速度, 同时缩短了新用户的培训时间。
从联网计算机上可以远程浏览跟踪系统, 这需要在计算机上安装相关软件。远程的浏览用户虽然不可以修改跟踪系统的数据, 但仍然可接收到时常更新的数据, 还可以查阅人员和设备的明细数据, 包括完整的历史数据。
避雷器能有效地将沿线进入设备的感应雷击电压吸收和阻拦在安全电压范围内, 以保证地面计算机等外围设备以及井下各分站等避免雷击对监测系统的破坏。
4.2 井下部分
跟踪器是一种体积小、可以配戴在皮带上或通过定制的固定架安装在设备上的独立系统[3]。跟踪器实质上是一个超高频 (UHF) 信号发射器, 它使用频移键控的方式, 通过电路板上的匹配环状天线将数据发送出去。传输的数据是:唯一的身份标志号 (0~1 023之间的整数) 、电池状态、校验和。典型的传输范围是距跟踪监测站天线50 m内 (低射频干扰环境下, 无干扰环境下距离更远) 。
跟踪监测站装在专用的隔爆箱中, 其内部外壳是由1.6 mm的不锈钢制成的, 防水, 防尘。跟踪检测站通过BNC连接器连接1/4波长单极同轴棒状天线, 接受这个超高频的信号。跟踪监测站收到跟踪器的身份标志号和电池状态数据后立刻将其存储到数据堆栈中 (静态可擦写存储器RAM) 。跟踪系统的跟踪监测站能可靠地跟踪在以40 km/h的速度行驶通过的车辆上的至少10个跟踪器携带人员。如果车速较低, 可同时记录的人员数目将会更多。
跟踪监测站接到主机的查询请求后, 通过RS-485串联协议将数据传输到控制中心的电脑上。传统的电缆、光纤和无线数据连接都可以集成在一起, 用来承载上行和下行的数据。
跟踪驱动程序取出跟踪监测站内存中的前20个跟踪器记录, 放在数据库中。一旦数据经过校验后, 系统就会将跟踪监测站内存中的相应记录删除。这个过程继续进行, 直到内存中没有数据为止。整个过程中系统以9 600波特率/s的速度处理5个跟踪器。然后, 系统继续询问下一个跟踪监测站。
跟踪监测站前面板上有清晰可见的LED指示灯, 用来显示跟踪监测站的运行状态。红色指示灯的闪烁代表“工作”, 即反映跟踪监测站电路板上面的晶体振荡器所产生的振荡波。黄色指示灯闪烁代表“读取”, 表明正在读取由1个或者多个跟踪器所发送的信号。绿色指示灯闪烁代表“通讯”, 表明跟踪监测站正在按照中心办公室的要求把存储的数据发送给它。
5 结论
井下人员跟踪监测系统特别适用于矿山和隧道作业, 可以适应井下含有粉尘、瓦斯及爆炸性气体等恶劣工作环境的要求。管理者可随时了解矿工的数量、身份和所在位置, 有助于统一管理。既提高生产现场的安全性, 又提高工作效率;同时在事故中还可迅速指出被困人员所在的位置, 方便营救幸存者和了解应该在哪里集中精力, 从而减少伤亡, 并有效地帮助人员撤离危险场所。
参考文献
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向日跟踪控制系统设计 篇10
太阳能作为一种可再生能源,具有清洁、安全、寿命长的优点,但也存在太阳光的密度低、空间分布不断变化、辐照时间间歇性等缺点,因此收集和利用的难度较大、成本较高。理论分析表明:太阳的跟踪与非跟踪,能量的接收率相差37.7%[1],因此进行高精度的太阳跟踪是很有必要的。高精度太阳光跟踪装置可使接收器的热效率大大提高,进而提高了太阳能发电系统的太阳能利用率,拓宽太阳能的利用领域[2,3]。
为提高太阳能利用率,笔者研究设计了一种结构简单、成本低廉的太阳跟踪装置, 该控制系统可以实现各种天气情况下的高精度的太阳实时跟踪,具有极高的经济实用性。
1 跟踪控制系统的方式及其特点
在太阳能发电系统中,常见的跟踪控制方式为光电跟踪和视日运动轨迹跟踪,目前国外已建成的太阳能发电站中多采用视日运动轨迹跟踪控制方式[4]。
1.1 视日运动轨迹跟踪
视日运动轨迹跟踪原理:计算机先根据天文学中太阳运行规律的公式计算出一天内某时刻太阳高度角和方位角的理论值,然后运行控制程序调整定日镜装置的高度角和方位角,完成对太阳的实时跟踪。
此类跟踪控制的优点是控制简单、不受天气影响、可靠性强,缺点是在计算太阳角度的过程中会产生累积误差,而且其自身无法消除,需要定期校正[5,6]。
1.2 光电跟踪
光电跟踪原理:由于一天之中,太阳位置不断改变,太阳光照强度的变化引起光电转换器输出电信号的改变。将电信号的变化进行分析、判断、处理,用以驱动步进电机运转以改变跟踪装置位置,达到准确聚集太阳光的效果[7,8]。
此跟踪控制的优点是跟踪精度较高,缺点是当出现多云天气时,感光元件在稍长时间段接收不到太阳光,可能导致跟踪系统的控制失效,甚至引起执行机构的误操作,从而影响跟踪精度[9]。
1.3 光电跟踪与视日运动轨迹互补模式
互补跟踪原理:在晴朗天气,太阳辐照度较强。采用光电传感器跟踪模式;在阴雨天气,当太阳光线较弱时,采用太阳运行轨迹跟踪模式。两种跟踪控制方式具有很强的互补性,目前普遍采用的两种跟踪方法相结合的方式是将两种跟踪方法在不同天气情况下进行相互切换。这种跟踪方式既可最大限度地避免外界的干扰,又可修正计算中的累积误差,提高自动跟踪装置的可靠性,实现了高精度、全天候的太阳自动跟踪。
2 跟踪控制系统硬件组成
太阳跟踪控制系统由Atmega16单片机、电源电路、光电传感器、信号调理电路、显示电路、步进电机、按键电路、DS1302电路、JTAG 接口调试电路、RS232等模块组成,系统硬件原理框图如图1所示。
工作原理:由Atmega16单片机电路循环检测,通过光电传感器所采集的信号判断工作模式,晴天时选择光电跟踪模式,反射太阳光线投射到光电传感器上输出4路微弱的电流信号经过运放电路后,输出4路电压信号,输入给Atmega16单片机,经过数据处理后,给出控制信号实现对步进电机的高位角和方位角的旋转跟踪,进而实现了对太阳的高度角和方位角的实时精确跟踪。阴雨天时选择视日运动轨迹跟踪,通过DS1302读取当前的时间,根据当地的经纬度(由GPS测得),以及太阳高度角和方位角的计算公式计算当前太阳的高度角和方位角,由Atmega16单片机输出控制信号实现对步进电机的高位角和方位角的旋转跟踪,实现全方位、高精度的太阳自动跟踪。
2.1 控制器
选用ATMEL公司生产的Atmega16单片机为控制核心。Atmega16单片机是一款具有先进RISC结构的低功耗、高性能的8位AVR微处理器。它具有131条指令,大多数指令可以在一个时钟周期内完成,2个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器,一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器,具有独立振荡器的实时计数器RTC,4通道PWM,8路10位的ADC,8个单端通道,2个具有可编程增益的差分通道,2个可编程的串行USART,可工作于主机/从机模式的SPI 串行接口, 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器等功能模块[10]。Atmega16单片机的工作电压在4.5 V～5.5 V,该控制器可采用单片机内部的A/D采样、PWM通道、I2C接口等功能模块,从而简化程序编程。控制器主要完成控制模式选择与切换、太阳方位角和高位角信息与处理、定时、计数、中断程序处理、步进电机动作等控制。
2.2 光电检测电路
光电传感器主要是由5片性能参数一致的光敏元器件组成,其结构如图2所示,4个光敏元器件(A1、A2、B1、B2)成十字形封装在圆筒底部,圆筒顶部封装有凸透镜。圆筒的长度对跟踪精度有一定的影响。一般来说,圆筒越长跟踪精度越高,但其所能检测的太阳光偏离角度的范围却越小。因此,应该合理选择圆筒的高度,实验中圆筒高度为82 mm,圆筒高度可根据实际需要进行调整。东西方向上的 2个光敏元器件(A1、A2)用来检测太阳方位角的变化。南北方向上的2个光敏元器件(B1、B2)用来检测太阳高度角的变化。中心光敏元器件O用于探测光强,为跟踪方式切换提供依据。
其工作原理为:入射太阳光线经过定日镜面反射,当反射太阳光线垂直穿过光电传感器时,A1和A2接受的反射太阳光线辐射强度相同,这时对应的输出信号电压差小于某一规定值,步进电机不运行。当反射太阳光线偏离传感器垂直位置时。光斑偏移,从而使A1和A2接受的反射太阳光线辐射强度不同,输出电压差信号发生变化。若输出的是较大的正电压信号,经运算放大器比较后通知单片机发出控制指令,使步进电机正向旋转某一角度直至反射太阳光线垂直穿过光电传感器;反之,若输出的是较大的负电压信号,单片机指令步进电机反向旋转某一角度,直至反射太阳光线垂直穿过光电传感器。同理,由B1和B2监测到的信号比较后,传递给控制器,由它决定相应步进电机的转向和转动角度。对于10位精度的A/D转换,若输入信号电压为4.9 V,光敏元器件距凸透镜的距离为75 mm,则通过计算得跟踪精度δ为22″。光电跟踪装置理论上跟踪精度达到22″,能够对太阳的高度角和方位角进行精确跟踪。
光电检测电路中用一个光敏元器件O来检测太阳光的强弱,用一组运算放大器来做比较电路,运算放大器的输出端连接到单片机,由此来判断是晴天还是阴雨天气,为采用哪种跟踪方式提供依据。其工作原理:当太阳光的强度不足以使电路中的光敏元器件导通时,经过比较电路之后,运算放大器输出低电平,说明阴雨天;当太阳光的强度足以使电路中的光敏元器件导通时,经过比较电路之后,运算放大器输出高电平,说明是晴天,如图3所示。
3 跟踪控制系统软件设计
开机后系统首先判断是否在所预设的工作时间范围内(7:00～17:00),若不在预设的工作时间范围,则不启动任何跟踪,若在预设的工作时间范围内,则首先启动视日运动轨迹跟踪。计算当前时刻的太阳高度角和方位角,通过调整跟踪装置使其运行到当前时刻的太阳高度角和方位角位置,然后根据中心光敏元器件O的输出电压UO大小来判断光强电压是否达到光电跟踪的范围,如果达到光电跟踪的光强时启动光电跟踪,如果没有达到光电跟踪时的光强,则继续采用视日运动轨迹跟踪。当到达预设停止时间后,进行系统初始化,跟踪装置回到基准位置。系统流程图如图4所示。
4 实验测试
用2个参数相同的太阳能跟踪装置,1块安装有设计的跟踪控制系统,另一块调至最佳倾角固定安装。分别测试2块太阳能跟踪装置的太阳光照强度,其对比曲线如图5、图6所示。
由采样光强曲线可以看出:采用跟踪控制系统后较固定式安装的太阳辐照量明显增加,经计算约提高32。
5 结束语
该太阳跟踪控制器以Atmega16单片机为控制核心,外围电路简单,性能稳定可靠,有效地综合了视日运动轨迹跟踪和光电跟踪这两种跟踪方式的优点,进而避免了视日运动轨迹跟踪的误差累积的问题和光电跟踪过程中长时间多云天气而使系统误动作的问题,真正实现了对太阳的高精度跟踪,跟踪精度达到22″。该系统具有结构简单、安装方便、跟踪精度高、运行可靠、能够在任何天气状况下工作、经济实用等特点,可用于太阳能电车、太阳能电池、太阳能热发电系统、太阳灶等太阳跟踪装置,将会大大提高太阳能的利用率。
摘要：传统的太阳跟踪方式多采用光电跟踪或视日运动轨迹跟踪控制方式,存在着跟踪精度低、有累积误差等缺点。为了改进对太阳的跟踪精度和消除累积误差,提高太阳能的利用率,设计了一种基于Atmega16单片机为控制核心的跟踪控制系统,采用光电跟踪和视日运动轨迹跟踪互补的控制方式。在跟踪策略上,晴天采用光电跟踪,阴天采用视日运动轨迹跟踪,实现了全方位、高精度、全天候的实时精准跟踪。试验结果表明,该控制系统工作性能稳定,实现了实时精确的太阳跟踪。
关键词：Atmega16,光电跟踪,视日运动轨迹跟踪
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向日跟踪控制系统设计 篇11
关键词：AT89S51；光电检测；硬件电路；太阳能跟踪系统
中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0001-03
1 内核设计
51单片机是本系统的核心处理器，在本设计中它的主要作用是：接收从光电检测部分得到的信号，通过对该信号的分析处理后，输出信号控制步进电动机转动，从而带动太阳光接收装置水平竖直双轴转动，最终实现对太阳能的跟踪。
本设计中采用的是AT89S51单片机。AT89S51是一个低功耗高性能单片机，DIP40封装有40个引脚，32个外部双向并行I/O口线，2个外部中断源，2个16位可编程的定时/计数器，2个全双工串行通信口，支持在线编程。
2 光电检测模块的设计
2.1 光电传感器的选择
本设计采用光敏二极管作为前端太阳能电池板上的检测传感装置，因其具有良好的光电特性和较高灵敏度，且具有良好的稳定性和输出持续性。其符号和外形，如图1所示。
光敏二极管的参数：
①Umax：最高工作电压，无光照，其反向电流不超过0.1安培时，两端所加的反向最高电压值。
②Tr：响应时间，将光信号转换为电信号所需的时间。
③IL：光电流，有光照时，其两端加有正常反向工作电压时的电流值。
④Sn：光电灵敏度，光敏二极管对光的敏感程度。
⑤ID：暗电流，无光照射时，光敏二极管两端加有正常工作电压时的反向电流。
主要型号与参数，如图2所示。
根据上表，对价格、响应时间、灵敏度等参数进行综合考量后，确定了本设计中光敏二极管的型号：
①2CU1E作为检测昼夜的光敏元件。原因：响应时间短，光敏区大，易接收光线。
②2CU101D作为检测阴晴的光敏元件。原因：灵敏度高，细微的光线变化也能检测到
③3DU33作为晴天时检测太阳光是否正射的光敏元件，原因光敏区大，感应电流大，响应时间短。
2.2 前端太阳能检测装置的设计
前端太阳能光线检测装置由五个光敏二极管的组成，外部套有顶部开孔的圆柱形罩子，如图3 所示。
要想达到理想的检测效果，则需对罩子上开孔的直径、罩子的高度、内部光敏二极管的排列及间距等有严格的要求。照射的示意图，如图4所示。
为了达到良好的照射效果，圆柱体外罩上孔的直径D应为光敏二极管3DU33（D0）的直径5 mm。并处于其正上方。确保阳光直射时，完全照射到D0上。
同时必须注意的是：D0与D1、D2、D3、D4中任一个光敏二极管之间的距离不可以小于5 mm，各二极管之间的间距略大于光敏二极管的直径便可，确保光线时刻都能照射到任一个光敏二极管，且只能照射到卫衣一个光敏二极管上。因此，本设计中将间距定为6 mm（二极管直径为5 mm）。
我们设定每次检测的间隔时间为15 min，直射D0开始， 15 min后，太阳偏移，光线经外罩中孔斜射入内，照射二极管。当太阳光斜射时，设斜射角度为β，则可计算出圆柱型外罩的高度。在下一次检测到来之前，即15 min内，光线要从正射D0移动到照射D0不足直径的一半，或能照射到D1＼D2＼D3＼D4中的任意一个的直径一半以上。则阳光移动距离的L要大于或等于0.5倍光敏二极管的直径，即>=2.5 mm，同时要小于或等于1.5倍光敏二极管直径，再加二极管之间6mm的间距，即<=13.5 mm。
故可得以下结论：L=Htanβ，（2.5≤L≤13.5）（1）
H=Lcotβ（2）
太阳24个小时旋转360 °，每10 min移动的角度是一个定值。每小时15 °，则太阳15 min约为 4 °，可计算出：36 mm≤H ≤193 mm。本设计中取高度为40 mm。
2.3 光电检测电路设计
光电检测部分的电路主要有：昼夜检测电路、阴晴检测电路、晴天光线检测电路。
2.3.1 昼夜检测电路
昼夜检测电路的作用是通过初检判断当前是白天还是黑夜，若为黑夜，则系统进入中断，无需工作，切换为睡眠模。若为白天，则进一步进行阴晴检测步骤。
工作原理：采用2CU1E型光敏二极管作为光敏元件，用其判断白天黑夜。比较电路采用运算放大电路，该运放的输出端接单片机P3.2上。运放的反相输入端接固定电压+5 V，运放的同相输入端接2CU1E光敏二极管的正极，通过试验确定R51=100 kΩ，R52=1 kΩ，R2=1 kΩ，R53=1 kΩ。昼夜检测电路原理图，如图5所示。
2.3.2 阴晴检测电路
本设计中采用两种太阳能跟踪方法：光电跟踪法和角度跟踪法。由于白天的太阳光线的强弱是不确定的，有阳光灿烂的晴天，也有阴云密布的阴天。有时阴天的太阳光线较弱，无法使光敏二极管导通，从而导致系统的光电检测模块失效，甚至是整个系统的混乱，此时采用角度跟踪法更加合理。所以，在确定为白天之后，需要判断的是否为晴天。电路图，如图6所示。
2.3.3 晴天时的光电检测电路
该电路是本设计中实现太阳能光电跟踪方式的核心电路。将五个3DU33型光敏二极管按照图5安放在前端圆柱形太阳光接收装置的底部。与接收阳光照射的电池表面平行，目的是保持统一的阳光入射角度。
此电路由D0-D4五个3DU33型光敏二极管、R0-R4五个定值电阻 、一个LM324芯片（封装四个运算放大器U1-U3）构成。具体接线如下：5个3DU33型光敏二极管的负极共接电源；它们的正极分别与LM324芯片的输入端相接：LM324芯片的4个同相输入端均连接在D0的正极上，芯片的4个反相输入端分别与剩余四个3DU33型光敏二极管D1-D4的正极相连接。构成了D0与D1、D2、D3、D4组成的四个相同的比较电路。LM324芯片的四个输出端即四个运放的输出端与单片机 AT89S51 P2.0-P2.3并行I/O口线相连接。因此，通过读取P2.0-P2.3端口输入电平的高低即可判断出太阳光线入射的角度。电路图，如图7所示。
3 电机控制电路设计
在前篇所述的光电检测电路中，光信号一步一步被转化为单片机可识别的电信号，从而完成由单片AT89S51为内核的太阳能跟踪系统的实现。本设计采用步进电动机来控制前端太阳能接收装置的角度调整。而电机的转动是通过AT89S51来控制的，通过对两级 NPN三极管导通和截止的控制，进而实现对继电器闭合或断开的控制，从而达到控制电机的转动目的。如图8所示。
该电路的工作原理：当太阳光未正射前端接收装置，通过前端的光电检测电路，将电信号转换为单片机AT89S51可以识别的电信号，假设D1受到光照，此时单片机的P2.0口线会输入一个低电平。此时通过软件控制系统的程序将P1.4口线清零，导致电机控制电路的第一个晶体管Q1截止，第二个晶体管Q2导通，于是继电器闭和，电动机有电流而转动，由此实现了单片机对电动机的控制。
4 时钟电路设计
当光电检测电路检测到当前天气为阴天时，软件控制系统将转变太阳能跟踪方式，采用角度跟踪方式，由于角度跟踪方式是将当地当时的太阳角度参数的计算函数写入，只需确定当前时间就可计算出确切数值。
本设计中采用DALLAS公司生产的DS1302串行实时时钟芯片，与单片机相连，需要的串行时钟SCLK、数据线I/O、复位线RST三根线。数据是以一次1-31个字节进行传送的。如图9所示。
5 结 语
基于AT89S51单片机的太阳能跟踪系统，采用光电检测追踪与角度追踪相结合的太阳能跟踪方式，使用电机带动双轴实现360度无死角旋转，能够实现低成本、高精度、高稳定性的跟踪效果。
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光电池板自动跟踪系统设计 篇12
1 太阳能的概述
1.1 太阳能利用的发展史
1876年, 英国两位科学家研究发现硒经太阳光的照射产生电流, 认为是最早的太阳能电池的“胚胎”;1954年, 美国贝尔实脸室把硅半导体晶体切成薄片, 在硅片的正面和背面分别涂上少量的硼和砷, 于是, 太阳能电池终于从“胚胎”发育成“婴儿”降生了。此后, 太阳能电池迅速发展并得到广泛应用。1980年, 西西里岛卡塔尼亚省政府在阿德拉诺镇兴建了世界上第一个太阳能发电站。我国1958年开始了光伏电池的研究发展工作, 20世纪80年代初建立起了光伏电池产业。经过20多年的发展, 我国的光伏发电技术产业和市场已经有了一个良好的基础。
1.2 太阳能电池材料发展史
1954年美国贝尔实验室研制出第一只扩散pn结单晶硅太阳电池, 其转换效率达到6%.这是继晶体管发明之后, 晶态固体理论结出的又一硕果.从五十年代至今, 太阳电池作为空间能源, 起着不可替代的作用.空间应用首先要求电池的高效率 (功率重量比) 和可靠性, 空间应用单晶硅太阳电池组件的效率 (AM0) 已从最初的a%提高到现在的16-18%;近几年发展的高效砷化镓基系 (GalnP/GaAs/Ge) 叠层电池组件效率 (AMO) 已达26-27%。
2 晶体硅太阳能电池组件介绍
2.1 晶体硅太阳能电池组件分类
Suntel太阳电池组件包括高性能的单晶硅和多晶硅太阳电池组件, 并形成单块组件功率从1峰瓦到240峰瓦的多种规格系列。
2.2 组件特点
组件可靠稳定的功率输出以及长达25年的使用寿命;组件有效防止热斑效应。组件的良好的外观。具有良好的耐候性和抗紫外线、冰雹、防水能力;结构合理便于安装;可靠的电气连接;组件具有的优良品质。
3 太阳能电池的工作原理及转换
3.1 太阳能电池的工作原理
人们研制和开发了太阳能电池.制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础, 其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应, 根据所用材料的不同, 太阳能电池可分为硅太阳能电池;以无机盐如砷化镓Ⅲ-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池;功能高分子材料制备的太阳能电池;纳米晶太阳能电池等。
3.2 太阳能电池的转换
太阳电池是将太阳能直接转换成电能的器件。它的基本构造是由半导体的PN结组成。此外, 异质结、肖特基势垒等也可以得到较好的光电转换效率。
3.3 太阳能电池发电原理
当晶片受光后, PN结中, N型半导体的空穴往P型区移动, 而P型区中的电子往N型区移动, 从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差, 这就形成了电源。
3.4 太阳能发电系统的效率
在太阳能发电系统中, 系统的总效率ηese由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲, 要比控制器、逆变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多, 而且目前系统的转换率只有17%左右。
4 蓄电池的技术参数
4.1 蓄电池的选择
一般为铅酸电池, 小微型系统中, 也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来, 到需要的时候再释放出来。
4.2 充电机
太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存, 蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十分成熟的, 但其容量要受到末端需电量, 日照时间 (发电时间) 的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。
5 太阳能灯控制器的技术参数
5.1 太阳能灯控制器的选择
控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近, 以获得最高效率。SLX系列太阳能路灯 (专用) 充电控制器有2个型号:充放电电流分别为6A和10A, 此系列充电控制其主要用于太阳能路灯、庭院灯和其它太阳能照明系统中。SLX系列充电控制器最大的优点在于它能自动识别季节和时间, 可以夜晚开灯、早晨关灯, 光控与时控相结合, 可以分别控制两个时段, 使太阳能路灯系统更加智能化。
5.2 直流/交流逆变器
在很多场合, 都需要提供2 2 0 V A C、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、4 8V DC。为能向220VAC的电器提供电能, 需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能, 因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合, 需要使用多种电压的负载时, 也要用到D C-D C逆变器。
6 关于太阳能的应用
6.1 太阳能热水器
有高达60%以上的热效率和良好的保温性能;可以在阴雨天或阳光不足时, 使用智能控制系统、辅助电加热装置, 实现全天候使用。具有节能环保性能, 无污染, 有效保护环境, 节约能源, 平时使用费用极低, 且产品使用寿命长达15年以上。而且, 运行安全可靠, 无危险。辅助电加热型具备全自动恒温控制、防干烧、防漏电等安全保护功能。这些优越的性能都是燃气、电热水器所无法比拟的。市场发展潜力日益巨大。目前, 我国太阳能热水器市场每年以20%-30%的速度增长, 年销售量400万平方米, 整个太阳能热水器行业产值已超过35亿元。
6.2 太阳能路灯
太阳能路灯由以下几部分组成:太阳电池、蓄电池、太阳能路灯专用控制器、发光体及灯杆。太阳能路灯是一个自动控制的工作系统, 只要设定该系统的工作模式就会自动运行工作。太阳能路灯是理想的道路照明灯具, 随着人们生活的提高和社会的不断发展, 它将被广泛利用, 使太阳赐给大地的光明在夜晚为人类照明。
7 总结
绿色能源和可持续发展问题是本世纪人类面临的重大课题, 开发新能源, 对现有能源的充分合理利用已经得到各国政府的极大重视。太阳能发电作为一种取之不尽, 用之不竭的清洁环保能源将得到前所未有的发展。随着太阳能产业化进程和技术开发的深化, 它的效率、性价比将得到提高, 它在包括BIPV在内的各个领域都将得到广泛的应用, 也将极大地推动中国“绿色照明工程”的快速发展。
摘要：利用洁净的太阳光能, 以半导体光生伏打效应为基础的光伏发电技术有着十分广阔的应用前景。对太阳能利用的跟踪与聚集系统进行了研究, 采用了一种基于平面镜反射聚光的太阳能跟踪系统, 提出了太阳能利用的跟踪与聚集系统的实施方案。铅酸蓄电池也是光伏系统中的重要部分, 为了使铅酸蓄电池能够更好的与光伏系统相结合, 在光伏发电充放电系统中引入动态功率跟踪匹配法。
关键词：太阳能,跟踪,蓄电池
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