当前位置:首页 >> 信息与通信 >>

基于虚拟仪器的太阳能电池板自动跟踪系统


第 32 卷
2 0 11

2 第 1 期增刊


C hin e s e


Jo u


m
a


S e ie n i


i i f
e


u r m
en

、 l3 2 N b
.

O

.

12



12



lo

f

In s t

t

D

ee

.

20 11

基 于 虚 拟 仪 器 的太 阳 能 电 池 板 自动 跟 踪 系 统
张重 雄
和 珊
王 磊
(南 京 理 工 大学 电子 工 程与 光 电技术 学 院 南 京 2 1 0 0 9 4 )

摘 要
La b

:

研 究和 分 析 了 目 前 国 内外 太 阳 能 追 踪技术 的发 展现 状
w 为 核心
,

,

在 此基 础 上 提 出一 种 基于虚 拟 仪器 的 自动 跟 踪系统
,



系统 以

i v

E

结合
,

PC 6 2 5 1 I


数据 采集 卡 设 计 了 一 种 太 阳 自动 跟 踪 系 统一 混合 跟 踪


即 有效 的 结 合视 日运 动 轨 迹跟 踪 和

光 电 跟踪 两种跟 踪 方式

完 成 自动 跟踪

晴天 阴天 判 断



经纬度 设 置
,



开 关 机时 间 设 置



手 动调 节
,



电 机 保护



光 强 显 示及
,

夜 间 复位等 功 能



系统 的软件 和 硬件采 用模 块化 的 设计 思 想 采 用 图 形化 编 程 语 言 编 写 控制程 序


最 后 软硬 件 联合 调 试



成 了 系统 的 设计并 研 制 出 相 应 可靠稳 定运 行 的样 机
大提高 了 太 阳 的利 用率 关 键字
:


实验表 明 本 系 统 可 进 行 各 种条 件 下 的 太 阳 跟 踪系统 的现 场 实验 并 且 大
,

虚 拟 仪器
so

自动 跟踪 系统

太 阳 能 电池 板

la b

i v

Ew

P

I C



625 1

T he

la r P a n

ela u

to

m

a

tic t r a
n

c

i k

n

g

s y s te

m ba sed
n Wa g
iv e r i扮 s

o n v

ir tu

a

l ih s t r u m

en

t

Z h a n g Ch o
c ( ho o l o E 七 t c S f I r o n

g
c

x

io n g
ues
,

H

e

S ha n

Le i

c i E

g n

in

eer 日 9 a n 雌

d

P O

to e l e e

o r t

n

记 T e

hn i q

a N

j g n in

n U

f c o s

ie n e e

an

d T e

c

hn

o

l口g )

夕,

a N

j g n in

,

2 ] 0 0 夕4

,

C h in a

)

A b st r a
so e

c n

t:

A fer t
on

U t s
v

d y in g

n a
s

d

a na

l z in g t he y
en t

eu

e r

n

n o n o t d e v e l Pi g s itu a tio n o f t h e su n tr a k i g te e h n o l c
.

y g
ie

,

a n ew

kin d

o o

f su
f

n tr e k i n a
,

g

lu io t

b a se d
eo

t ir u a l in s tr m u

o 15 d e v e l P e d

T h is P a p Ph o d
e to e l e

er

in t r o d u e e s
tr a
e

one

k in d

o

f

a u to

m a i tr a k in g S s t e m t e c y
a u to
en

sun

e w hi h el u o

e f

e ti e l v y
,

m bi n

e

d

th e

n n u a
g it o

g le

r t

c a k
n i g

n i

g

n a d
oo

r t

ie
n

kin

g

.

T

he
,

u f
m

n e t on s

i

o

f

m a t
,

t

c a r
.

k

in

g

,

sun n
,

y

or

y d

j

u

d g in g

th e l i t u a t

d

e

n a

d

lo n

de set
n

s,

b

t
,

n a
r a
e

sh u

td o w

t i e s e t in g s m

an ua

la

j d

u stm

t

m

o to r


Pr o

o t e e ti n

l g h t in e n s i i t y t
e

d isP l
o

y a
e

,

u a

to

m a t

ie r e t u
o

n y r S

e t s

m a t

i h gt
o

n ad
o
,

et c

im

e Pl m e n t e d u s in u se t h e sy s te m

g La b

V IE
ra

W

an

d D AQ
u

e a rd
e

PC I 6 2 5 1 S o f w a t r

n a

d h a rd w
.

e r a
h t
e

ft h

sy s e t

m

d a
so
x

Pt t he d e s ig n
e o j

id e a

fm

d u l it a d r a y n
e si

g
15

r

p a

h ic P r o g

a m m in g l n g

g a

t o w r i e e o n tr o l Pro g r 田叮 t
e sun

Af e t

r

h a dw a r e r
de v e lo Pe

n ad
.

t r fw a

n i t d e b u g g in g

d

n g
y s
.

o

f t he

eo

m Ple te d
e

a n

d f i

n a

ly l f

au

to

m a i t
tr a e

r t

s u c a ker r d if r e e

nn
n

in g
eo n

re

la l ib y
s

e r a
n a
d

d

E

Pe r im e n

t

r e su

t ls

Pr o v e

t ha t

s th i

t s

e

m

e

n a

eo

m

e Pl

te

i f ld

ex

P e r im e n t o

so

la r

kin

g

un

de r

t

t d i io n

ra i e d s

t he

t u
:

il z i
v

t a

io n
a

e

i f

e ie n e y o

f so

l r a
to m

en er

y g

K

ey

w

o rd s

ir U t

l

n i s

U r t

m

en i

u a

t a

e i

n tr c k i g a

s y s te

m

so

la Pa r n

el s

a I b V IE

W

PC I 6 2 5 1


1

引 言
太 阳 能 作 为 一种


则 可解 决

,



太 阳跟 踪 系 统 为解 决 这 一 问 题 提供 了可
,

不 管哪 种太 阳 能 利用 设 备
,

如 果 它 的集 热 装 置
,

清 洁能源



,

取之 不 尽
,

,



能始 终保 持 与太 阳 光垂 直

那么

它 就 可 以 在有 限


之 不竭 密度


,

是具 有 开 发潜 能 的能 源




太 阳 能是一 种 低 这 就对


的使 用面 积 内 收集 更 多的 太 阳 能

但是 太 阳 每 时 每
,

间 歇性

空 间分 布 不 断 变 化 的 能 源
,

刻 都 在运 动 着
K Pc

,

集 热 装 置若 想 保 持与 太 阳 光垂 直


太 阳 能 的 收集 和 利 用 提 出 了更 高 的要求
,

就 目前 的

那 就必 须 要 跟踪太 阳 e n h u
,

香 港 大 学 建筑 系 的
:

太 阳 能装 置 而 言 如 何 最 大 限 度 的 提 高太 阳 能 的利 用 率 仍 为 国 内外 学者 的研 究 热 点 【, 解决 这 一 问
,


g



sc M H u i
,

教授 研 究 了太 阳 光照 角 度 与 太 阳 的跟 踪 与 精 确 地跟 踪太


太 阳 能 接 收 率 关系
非跟 踪

理 论 分析 表 明

题应 从 两 个 方面 入手
转换 率
,

,

一 是提 高 太 阳 能 装置 的 能 量
,

. 能 量 的 接 收率 相差 3 7 7 %

二是 提 高 太 阳 能 的 接 受 效率
,

前者 属 于能

阳 可 使 接 收 器 的热 接 收 率大 大 提 高 阳 能 装置 的 太 阳 能 利 用 率【
2


,

进而 提 高 了 太

量 转换 领 域

还有 待 研 究

,

而 后 者利 用 现有 的技 术
38 9





2 第 1 期增刊

张 重雄 等

:

基于虚拟仪 器 的太 阳 能 电池 板 自动跟 踪系统
(1 )

近 几 年 来 不 少 专 家 学者 开 展 了 对 太 阳 能 追 踪 技 术 的研 究
踪 精度 〔2
别用到
2
。 。

太 阳 赤纬 角 从 赤 道 上 观 察 观 察者 与 太 阳 连 线 和 地 球 赤 道
, ,


王 斯成 设计 的主 动双 轴 跟 日系统 由单


片 机进 行 系 统 控制
,

. 电 机耗 电 占 发 电 量 的 0 3 %
〔 ] 5


,



面 的 交 角 称 为太 阳 赤 纬 角 以6 表 示

一年 当 中 太 阳
.

,

能 提 高 发 电量 的 4 % 0
,

刘 振起 设计 当 太 阳 光偏

赤纬 角 每天 都 在变 化 但 不 超 过 士2 3
,

27 0

的范围





的 被动 式 双 轴 跟踪 器

其 高度 角和 方 位 角 的 跟踪 分


阳 赤纬 角 随 季 节 的 变 化 可 由 库 拍 ( o p r 方程 计 C e)

个 光 电二 极 管进 行 信 号 调 节
,



:

离 垂 直 方 向时 现 差值
,

2

个 光 电 二 极 管接收 的 照 度 都 会 出


6

=

s in

2 [3 6 0 ( 84

+ n

)/ 365 ]
,


(l)
n =

产 生 偏 离信 号

该 信 号经 放 大 后 送 入 控 制
,

式中
31
+

n

为 一 年 中 自元 旦 起 算 的天 数 例如 在春 分
+

单 元进 行 调 整 达到 跟踪 目的
,

跟踪 精度 为
,

0

.

5 3





28

22 = 8 1

,

可 得此 时 的 6 等 于 0
a

0 2 2 0 年 2 月 美 国亚 利桑 那 大 学 推 出 了 新 型 太 阳 能跟 踪装 置 该 装 置 利 用 控制 电机 完 成 跟 踪 采 用铝 型 材 框 架 结 构 结构紧 凑 重 量 轻 大大 拓 宽了 跟 踪 6 [ ] 0 器 的 应用 领域
, , ,
一,

(2 ) 太 阳 高度 角

太 阳 光线 与地 面 的 夹 角
图 2 中所 示


称 为 太 阳 高度 角 如
2 ()


,



s in a = s i n

式中
2

<


c s < o 6 eo s。 为当 地 地 理 纬 度 ;6 为 太 阳 赤纬 角 ;
eos

s < in 6 +



视 日 运 动 轨迹 跟 踪 和 光 电 跟 踪 的 基 本 原 理
.

太 阳 时角
,

正午 时
。 一

。 = 0

,

每 隔 一 小时 增 加

15 0 ,

上午
(3 )

为 负 下午 为 正
。 =

t (

12


2

1

)

X

15

0

视 日 运 动 轨迹 跟踪 的 基 本原 理 太 阳 每 天 东升 西 落 站在 地 球 表面 的人 会观 测
,


t

为当 地 时间
t 二

若 以北 京 时 间 为 准 则



,

北京 时 间 (12 0
由图 2 可 以看 出
,

所 在地 理 经 度 ) /

15

(h )

(4 )

到 太 阳 很 有 规 律 的在 天球 上 运 动

视 日运 动 轨 迹 跟

3 ( ) 太 阳 方位角

踪 就 是 利 用 虚 拟 仪 器 技 术 编 写 相 应 的 公 式和 参 数 计 算 出 白天 时 太 阳 的 实 时 位 置
,
,

太 阳 方 位 角 是 观 察者 与 太 阳
,

然 后 发 出 指 令 给步


连 线 在 地 面上 的投 影与 南 北 方 向线 之 间 的夹 角 用 丫

进 电 机 去 驱 动 太 阳 能 电 池 板 使 太 阳 能 电 池板 正 对 太 阳 以达 到对太 阳 实时 跟 踪 的 目的 跟踪 方式 的 组 织 结构 如 图
1

表示
5

视 日运 动 轨 迹

1 卿

= e o s 6 s in 。 / e o s a


所示



(5 )
, 、

根据 地 理 纬 度 太 阳 赤 纬 角及 观 测 时间 利 用 式
5 ( )可 求 出任 何 地 区
’‘ 位角 l ]
。 、

任 何 季节

任一 时刻 的 太 阳 方

2 2
.

光 电跟 踪 的基 本原 理
,



1

视 日运 动 轨迹 跟踪 组 织 结 构
Q

太 阳 在 天 球 上 的位 置 可 由 太 阳 高 度 角
阳 方位 角



和太
,

光 电 跟 踪 是 指 利 用 四 象 限 光 电传 感 器 来 测 定 入 射 太 阳 光 线 和 太 阳 能 电 池 板 间 的偏 差 当偏 差 超 过 一 个 阀 值 时 通 过 电机 驱 动 太 阳 能 电 池板 转 动 减 小 偏 差 直 到 使太 阳 能 电池 板 与 太 阳 重 新 垂 直 实现 对 太 阳 的 精 确跟 踪


来确 定 将 太 阳 能跟 踪系 统设 计为两 轴
,


,

,

一 轴 随 季 节 调节 太 阳 高 度 角 另 一 轴 实现 太 阳 方 位
角 的 自动 跟 踪

,

光 电 跟 踪 方 式 的 原 理如 图 3 所

四 象 限 光

电 传 感 器,

,

太阳 的实际 位置 ,



3

光 电跟 踪 原 理
,

四 象 限 光 电 传 感 器 结 构 如 图4 所 示 由 光 敏 电

2

计算 高度 角



方 位 角 原理 图





分 压 电阻



圆 筒 外 壳 组成
,



其中

,

4

个光 敏 电 阻

成 十 字 形 封 装 在 圆 筒 底 部 左 右 两 个 光 敏 电阻 检 测
390

第 32 卷
,








3 1
.





太 阳 方 位 角 的 变 化 上 下 的 两 个 检 测 太 阳 高度 角 的
变 化; 圆 筒高 度 由 计算 得 到


驱 动结 构 驱 动 电 路 主 要 由U L N 2 0 0 芯 片 和 电 磁 式 继 电 3


器构成
二极 管
,

5 0 0 M 户了 O V S

3 L U N ZO 0
,

是 七重达林顿输 出


,

输 出可 达


可用 于 直 接 驱 动 L E D


或灯

因 带 续流

可 直 接 驱 动 小 的 直 流 继 电器


小 直流 电动





4 四 象限 光
:



步进 电机 等感 性负 载
衔铁


电机 驱动 继 电 器 采 用 电 磁 式


一 般 由铁 芯
,

线

触 点簧 片 等 组 成 的
, ,



只 要 在 线 圈两 端加

电传感 器

上一 定 的 电压

线 圈 中 就会 流 过 一 定 的 电 流
,

从而

产 生 电磁 效应
其 工 作 过 程 为 将 四 象 限光 电 传 感 器 安 装 在 能 够 用 步 进 电 机调 整 其水 平 和 垂 直 角 度 的 支架 上 太 阳 光角 度 变 化 时 变 化 的 4 组 电压
, ,


衔 铁 就 会 在 电 磁力 吸 引 的 作 用 下 克 从 而 带 动衔 铁 的 动触


服返 回 弹簧 的 拉 力 吸 向铁 芯
磁 的 吸 力 也 随 之 消失 返 回 原 来的 位 置 触点 ) 释放 中的 导 通
3 2
.



点 与 静 触点 (常 开 触 点 ) 吸 合
,

当 线 圈 断 电后

,



光 电传 感器 输 出 相应 强 弱 相对
电压 的 大 小 即 代 表 着 太 阳 光 偏


衔 铁 就 会 在 弹簧 的 反 作 用 力


4组

,

使动 触 点与 原 来 的 静触 点 (常 闭 释放
,

移 太 阳 能 电池 板 的 法 线 的方 向
A 心转 换 输 入PC 机
,

通过 数 据 采 集 卡及



这样 吸 合

从而 达 到 了在 电路

由PC 机 中的 L a 劝 e w 软件 处理 b



切 断 的 目的



并 反 馈 到 步 进 电 机 驱 动 太 阳 能 电 池 板 朝 向 电压 大 的方 向 转动 压 大 小相 等
,

数 据采 集
本 系 统 采 用 M 公 司 的 PC I


,

再 比较 此 时4 组 电压 的 大 小 直至 4 组 电 使 太 阳 能 电池 板 正 对太 阳 以 达 到 对 太


6

5 2
1 5

1

多功能 数据采 是 一 个 高速 的
,

,

集 卡对 物 理 信号 进 行 测 量
道 和 2 路 模拟 输 出 通 道
/ 速率为 1 2 M S 5
.



PC 6 2 I

,

阳 实 时跟 踪 的 目的
,

M 系列 多功 能 数 据 采 集 卡
, ,


6 具 有 1 路模拟输入 通

另外 还 可 以利 用 光 电 传 感 器 检 测 当 时 的 天气

6 1 位 分辨 率

单 通道 采 样
,

情 况 包 括 是 否 为 白天 是 否 晴 天 等
3

s
,

,

s 多通 道 采 样 速 率 为 IM S /
2

更新

. / 速 率 为 2 SM S

s

高速 的 采样 率 适 用 于 精 确 地采 集 动
,

系 统结 构
在L a b
V

态信 号
,



具 有2 路 数字 I/ 通道 4 o
,

z 个3 位 8 M H 计 2 0


数 器/ 定 时器 和 6 个D M A 通道 E I W 软 件 平 台上
结 合数据 采 集 卡
, ,

可提 高 数据 吞 吐 量
5%
,


由 当

. 时 间精 确度 为采 样 率 的0 0

时间 分辨 率 为

用 虚 拟 仪器 技术 实 现 自动 监测 及 数 据 分 析 任 务 图5 可 看 出
:



50 n

s

,

. 输 出 阻 抗 为0

2

欧 过 载 保护 电压 为 卜2 V 过 载 5 ,
, 一

四 象 限 光 电 传 感 器 采集 太 阳 光 线
, ,

电流
AP I

为Z Om A
,



N l 为 其 数据 采 集 设备 开 发 了 完备 的
x
,

太 阳 光 角 度 变化 时 变 化 的 电 信号
冲信 号
,

光 电传 感器 输 出相 应 强 弱 相 对

驱动 软件 其 最新 版 本为 N l D A Q m
函数
,

利 用其 强 大 的


利 用 信 号 调 理 电 路将这 种 强 弱相 对


可 以方 便 地 进 行 创 建 通 道


通道 参 数 配

变 化 的 电 信 号 经 过计 算 转 化 为 调 整 执 行 机 构 的脉
由6 针 屏 蔽 高 性能接 线端 子 S C B 6 传 给 己 8 8






采样 时 钟 设置

’ 2 数 据 读 取设 置 【
,



’】 5 。

在 本 系 统 的 数 据 采 集 中 创 建 了模 拟 信 号 测 量

内嵌 在计 算 机 相应 总 线 插槽 上 的 PC 6 2 I 5

1数 据 采集

任 务 即 模拟 信 号测 量 子 V

l



(L a b



,

计算 机通 过 虚 拟仪 器 技 术 处 理 P C I



6 2 1数 据 采 5
,

I V

E

W 中

,

创建 由于

通 道时
,

,

如 未 指 定 任务

,

则 自动 创 建任 务 )
,



集卡 采集 的 数据 并 反 馈 至 控制 模 块控制 电机
驱动 太 阳 能 电 池 板 使之 与 太 阳 光 线垂 直
四象 值号


从而

此 系 统 中共 测 量 5

个模 拟 信 号
,

故 创建 5

个虚拟

通 道 分 别 进行 参 数 设 置
F 别

5

i 个 创 建 通道 v 串联 在

限光
电传 系路


调理 理
申 路


加b V 】 W 民2 控制软 件护 E

同 一 个 模 拟 信 号 采 集 任 务 中调 用 同 一 个 模 拟 信 号

测 量子 v i
4



系 统软件 设计
.

.

太 阳 能 电 , 池板

俯仰电机




驱 动 电 司 路



J

PC 机 ‘

4 1

虚 拟仪 器 和 L

a

b V IE W

虚 拟 仪 器 是 现 代计 算 机 技 术 和 仪 器 技 术 结 合

5

系统 原 理 框 图

2 第 1 期增 刊

张重 雄 等

:

基 于虚拟仪器的太 阳能 电池 板 自 动跟 踪系统

的产 物 术


,

是 当 今 计 算 机 辅 助 测 试 域 的 一项 重 要 技


关是用 来选 择是 调 试模 式还 是 运 行 模 式
试 模式 时
,



当选 择调
,

虚 拟 仪 器 是 计 算机硬 件 资源
La vI b E

仪器 与 测 控 系统


通过 上 下 左 右 四个 转动按 钮来 调 节 太 阳


硬 件 资源 和虚 拟 仪 器 软件 资源 的 有效 结合
w
,

能 电池 板 到 所需 要 的位 置
,

当选择 运 行 模式 时
。 、



是 一 种 图 形 化 编程 语 言和 开 发环 为代 表 的 图形 化 程 序 语 言
, 、

置 合适 的 开 关机 时 间 和 所在 地 区 的经 度纬 度

同时




,

以La v E w b i
G


又称


面 板 上 也 会 实 时的 显 示 当前 的 日期

时间




光 照强



语言

是 优秀 的 开 发 虚拟 仪 器 软 件


广 泛应






太 阳 能板 的高 度 角 以及 方位 角 信息

用于 仪 器控 制

自动 化 测 试 数据 分 析 处 理 等 领 域

它 尽 可 能 利 用工 程 技 术人 员 所 熟悉 的 术语

图标 和

概念

,

为 实 现 仪 器 编 程和 数据 采集 系统 提 供 便捷 途

径[
4
.

3

]



2

程 序 流程 图 由于 太 阳 的 转 动 较 慢
,

因 此 设 定每 隔 2 分钟计 0


算 一 次太 阳 的 高度 角 及 方位 角
包 括 高 度 角 方 位角 初 始 值设 定
,

首先 程序 初 始化

,

,

存 储 文 件 数据 初 始
,

值 设 定 然 后 由 获 取 日 期/ 时 间 字符 串 函 数得 到 时 间
日期
,

计 算 太 阳 的 高 度 角 与方 位 角
,
,

比较 高度 角 和
图 7 前面 板
4 4
.

方 位 角 是 否 有 变化

若 有 变化 则 控制 电机 进 行 视 日
,

运 动 轨 迹跟 踪
角)
,

否 则 继续 等 待

判 断 是 否 有2 分 钟 0
程 序设 计

( 设 定每 隔 2 0 分钟 计 算 一

次 太 阳 的高 度 角 及 方 位 重 新计 时
, ,

若到 达 2 0
, ,

分钟

,

重 新 获取 时 间 计算 高 度角 和
,

方 位角

并 且计 时 器 清零
,

否 则 进行 光
,
.

. . 4 4 1

广 太 朋高质旁与方少旁 肘 公 覃 悉停 纷动
V

电 采 集 对 采集 数据 进行 处 理

分 别 比较 一三 象 限
,

通 过 La b


E I W 中 自带 的 函 数


,

在 函数选 板的


二 四 象 限 是 否 有 电压 差 若不 存在 电压差 (小 于 0 I v

编 程 一字 符 串 子 选 板 中选 择 获 取 日期 / 时 间 字 符
,

认 为是 不 存 在 )
.

,

则 继 续 光 电采 集
,


若存在 电压 差



; 获 取 此 时 的 时 间及 日期 在 函 数 选 板 的 数 学

,

( 大于 0 Iv 认 为 是存 在 )

则 控 制 电 机进 行 光 电 跟

一 三 角 函 数 子 选 板 中选 择 正 弦 函 数
度 角 以及 方位 角 计 算


反正 弦函 数


,





程 序 流程 图 如 图 6 所 示

余 弦 函 数 及 反 余 弦 函 数 按 公 式 完 成 太 阳 目前 的 高
具 体 实现 如 下 图 8 所 示

图 8 高度 角和 方 位 角计 算 框 图
4 4 2 .
.

视母 运动裁 迹姗嵘 劣实娜
如 图9 所 示
,

图 6 程序 流 程 图

在 程 序 设 计 中 用 D A Qm
v

x

Cr a et
,

e


4
.

t ru

l a C

ha n n e
x


3

l. i v

函 数来 实 现采 集卡 的 通道 配 置
/ 函数 来 实 现 1 0 的写入
,

面 板 设计 在 图7 所示 的系 统前 面 板框 图 中
,

用D

A

Qm

, / i. r te

组 成 电机

模 式选 择 开
392

控 制子 v l

第 32 卷














4 4 4
. .

12
.

光 电 跟 踪 程 序框 图



9

电机控制 程 序 框 图
:

视 日运动 轨 迹 跟踪 的设 计思 想
方位 角
,

用 两个 文本 文
,

黄问 夏应 茶 纷 考 虑 实 际 情 况 当 太 阳 落 山 后 整 个 装置 就 不 需 要再 运 行 当 第 二 天 太 阳 升 起 后 再 继 续 运 行 即 可
,

,

,

件 写 函 数 分 别 存储 目前 太 阳 能 电 池板 的 高 度角 与
2 0 分钟 后 计 算 一 次 高 度 角 和 方 位 角

设 计 了 夜 间 复位 系 统



由 图 1 可 以看 出 3


,

框 图设 计


用2 0

时使用 了层 叠 式顺 序结 构 本 函 数 (W i t T x F e r t o et i
r fom

电机 控制 子 v i
)



,

写入 文

分钟 后 的 高度 角 和 方位 角 减 去 存 储文 件 中 的 高度 角 和 方位 角
,

e l

e 读 取文 本 函 数 (R e d

得 到 的 差值 作为 电机 的 转 动方 向及 转


e T

t i e x F l ) 及 等 待 函数

动 时间 的 控制 信 号

使用 层叠 式 顺 序 结构 以 及控 制
,

电机 子 v 实 现视 日运 动 轨 迹 的跟 踪 i

0 如 图1 所 示



图 1 3 夜 间复位 系统 程序 框 图

图1 0
4 4 了
. .

视 日运 动 轨迹 跟踪 程 序 框 图
5
,

结果 调 试与分析
.

芳 店雄渴韧郭条枚穷娜
光 强 采 集 子 函 数用 D
A Qm
x

由 图 1 可 以看 出
Cr a et
e
,

5

1

视 日运 动 轨迹 跟 踪 调 试
由于 太 阳 在 天 空 中 的运 动 速 度 非 常 缓慢
,

t l 珑r a

u

Ch

配置

用 D A Qm
,

n a
x x

. l i e v 函 数 来 实 现采 集 卡 的通 道
i n . i t m i g v 函 数 来 实现 采集 卡 的 速

从而

转动 的 角速 度 也 非常 慢



在 系统 中

,

采用 2 分 钟 计 0
,

率 配置

用 D A Qm

ed R a

v .

函 数来 实 现 数据 的 读 取



算 一次 高度 角和 方 位 角
位置


,

调 整 一 次 太 阳 能 电池板 的

2 0 分 钟前 后

,

太 阳 的 高 度 角 变化 在 2 度 左 右


方 位 角 变 化 在 4 度 左右
差 不 会很 大
,

0 2 分钟 调 整 一 次

,

使得误
,

而 出 于 电 机 每 小 时 调 整 的次 数 很 少


从而 节 省 了 电 池 能源
表1
图 1
1 南京 2 0
1年5

月 2 日8

:

00

到 16

:

o 太 阳 高 度 角 方 位 角变
方 位 角/ 度




光 强 采集程 序框 图
:

时间
8
:

高度 角/ 度
337 6
4 6 石0 13 587 37

06 06
:

8 8 14 0
.

光 电跟 踪 模 式 的设计 思 想

由光 强 采集 子 函 数


9

:



78 7 78 8 5 4 14
.

采集两 个 光敏 电 阻 的 值
其差 的 绝 对 值 小 于 0

,
.

,

将 其 相减 后进 行 比 较




10 11 12 13 14

06



1

,

即 两个 光 敏 电 阻 的 差 值 很
,
.

:

0 7 0 7
0 7

69 2597
,



4 1 8
.

说 明 光 线照 射 上下 两 电 阻 的 情 况 近 乎 相 同


;

7 3 7 3 82
.

3 09 9 2 4 6 18 9 2
.

此 不 需要 进 行转 动
是 向下 偏 转


若 其差 值大 于 0

1

,

则 通过 判 断

:

6 8 刃2 2 2
57 2828
.

该 值 为 正 还 是 为 负 来 判 定 太 阳 能 电 池 板 应 向上 还

:

11
12 07

67 9228

使 用 层叠 式 顺 序结 构 以 及光 强 采 集子
,

15 16

:

4 4 石4 1 3 3 刃3 9 6

8 0 3 9 17 8 8 6 0 44
.

函 数 实 现 光 电跟 踪 的 框 图 设计

2 如 图1 所 示



:

393

2 第 1 期增 刊
5 2
.

张重雄 等

:

基 于 虚 拟 仪器 的太 阳 能电池 板 自动跟踪系统

光 电跟 踪调 试
V 设 定 光 敏 电 阻 电 压差 值 比较 值 为 0 I
.

统 完 成与 数 据 采集 卡之 间数据 的实 时 采集 分 析
,

,





如果 设
,

记 录 和 保存 等 实现 对 步 进 电 机 的快速 精 确控 制
, ,

,





定 的 比较 值 较大 则 光 电跟 踪 的过程将 不 怎 么 明 显

本 系统 采 用 视 日 运动 轨 迹 跟 踪 和 光 电跟 踪 相 结 合
的混 合跟 踪 方 式 取 长 补 短 有 效 避 免 了 视 日运 动 轨

因 为 光 照 强 度 的变 化 程 度 不 足 以引 起 太 大 的 电 压

变化

;

如 果设 定 的 比较 值 较 小 则 一 次 角 度 的 比 较将
,

迹 跟 踪 的 误 差 累 积 问题 和 光 电 跟 踪 过 程 中长 时 间
阴 天 而 使 系 统 误 动 作 的 问题 真 正 实 现 了 对 太 阳 的
,

需要 电 机通 过 多步 来完 成

这 样 电 机 的 最小转 动角
由于 设定 电 机 每 秒 转动

度 也 许 达不 到 实验要 求
的弧 度 为0 0 3 5 a / d
.

,

而 且 实验 时在 规 定 误差 情


全 天 候实 时 跟 踪
,



该太 阳 能 电池 板 自动 跟 踪系 统 可


况 内也 不 需 要 如 此 的 精 度
r s
,

用 于 太 阳 能 热水器

太 阳 能光 伏发 电 装 置



太阳 能


在 电 机参 数 能 满 足 的情 况下
这 样 才 能更 好 的 满 足 设 计 要
,

干 燥器 等 装 置 将 会 大 大 提 高太 阳 能 的 利 用 率

此 比 较 值应 该 尽 量 小
求 即误
5 3
.

,

差值 小 于 0 8
.



如 果此 值 过大 将 会 出 现 电


参 考文 献
] l I
杨 乐 平 李 海 涛 杨磊
, ,
.

机 的反 复 摆 动误 差 大等情 况 夜 间 复 位调 试
经 过 多次 实 验
置 求
.

La v I b E

w 程 序 设 计 与应 用 [ ] 北 M
.
.

2 京 : 电子 工 业 出版社 , 0
,

5

.

装 置 在 进 入夜 间 模式 后
,


,

能够

2 1 』黄 海 波 等 高 精 度 智能相 机 光电跟踪控制 系 统 的研 制 [ ] J
,
.

根 据 存 储 文 件 记 录 的数 据
,

自动 恢 复 到 初 始 的 位

仪 器 仪 表学报

,

2 0 1 1 3 2 (l ):
,
.

10 7 1 1 2


.

误 差 基 本 控制 在 土 1
综 合调 试 采 用 混 合 跟 踪方 式
,

的范 围 内

,

满足 设 计 要

] 3 [

陈 锡辉 张 银 鸿
,
.

La v b

. E I w s 2 程序 设 计 从 入 门到 精 通
,
.



7 M [ ] 北 京 清华大 学 出版 社 2 0 0
:

5 4

] 4 [ 晴天 以光 电 跟 踪 为 主
,

王 葵 董 呈 基于
,
.

.

La b

I v E W 虚 拟 仪 器 的数 据 采 集 与 故障
,

,


15 1
,

录 波 [ 电子 测 量 与 仪 器 学 报 2 0 ] J 张兴 磊
.

4 18( : 4 ) 4 8
,



8

.

日运 动 跟 踪 为 辅

,

有 机 结 合 了 两 种 跟 踪方 式
. 使得 误 差 控制 在 士 0
,

在晴

,

杨丽 丽

,

张东 凤 一 种 太 阳 自动 跟踪 系 统的设
,
,

.

天跟 踪 的 速度 快
电跟 踪 进 行 精 调

,

首先 时 间跟 踪 找到大 体 方位
8



, ,

J 计 I] 青 岛农 业 大 学 学报 ( 自然 科 学 版 ) 2 0 0 5

26( 4

):

,

范围内


3 15 3 18


.

阴 天跟 踪 速 度 相对 较 慢
2 0 分 钟 更 新 一次 角 度
,

主 要 进 行 视 日运 动 跟 踪

[6 ]

JO H N

F
.

C MY L E S M I H A E L H N IC K L A S
,

,

L O U IS J g

误 差在 士 1




范 围之 内



G E R IC S
ha i g v n
seeo n

T
a

r

c g a kin
ei u c r

so

la r

e n e rg
ar y
,

y

eo n ee n

r t t a
a
.

n i

y s

st e m

4 验 装 置 的 整体 样 图如 图 1 所 示

l r a En
er n
,

Pr i m
,

n a d

eo

m Po u n d

da r y

r a J [ ] So l
.

y 1 9 9 8 6 2 ( ): 2 6 3 0 2 . .

7 【]

F BA N A T
.

,

R

.

U J MAH

o M G A R A IB E H E x Pl it i a
so

o n n

o

f

so

l r a
em

e n er

y g

eo

l e et e d b y l
J I]
.

a lr

st i s ll ew

o f
le

r

D E

e s a li n n er

t o a i
,

by
,

m

br a n

e


d ist i a i ll o t n
.

R

n e

b a



20 02

2 5( 2

): 2 9 3 3 0 5

[8 1

R C Z M 毛R O CK E T T
.

,

M N E W B O R O U G H D H IG H G A T E
.

,

.

.

e r E l et o

o

l se r b a y s


ed ex

e n e rg

y
n o

m f

t n g a a em en
v

:a new

m

e

n a


s

o f

r

n Pt im is i g so u r e s e
,

e h t
n i

o t Pl ita io


r a e e a i l r b
ns

l a

e l

ener er g

y g
y
,

e r

st


n ad

a lo n e

t P a Plie a io

J []

.

So l r a

En

19 9 7 6 1( ): 2 9 3 3 0 2 5

.

9 【]

ZE K

5
.

.

So l r a
P ro gr e


en er

y g
E

in

Pr o g

re ss

uo e e n a d ft r r

se

e r a

h



14

样机 图

tr n d s p ] e
,

ss
.

n i

n e rg y

n a

d C

m o

bu

i t n so

Sei

n e

ee ,

2 0 0 4 3 0 ( ): 3 6 7 4 1 6 4

6

结 论
基 于 美 国 N l公 司 L a b
V

10 【 ]

Y K IM
.

,

G H AN
.

,

T SE O
.

.

A

n

ev al u eo a ss

t a io n
.

on

th e

m r

a

l

Pe r f o

m n ra
.

ee

o

f
n i

C PC H
ea t

so

l r a

l e t o r [ In t e r a io n a l n t l c ] J T
r

E I W 软 件 平 台 的太 阳 能
EW

C

o们 比rn u n i e

i t a

o ns

n ad M

n e a sf

, r 2 00 8

,

3 5 ( ): 4

电池 板 自动 跟 踪 系 统 功能
,

,

充分利 用 了L a v b i

的强 大
[川
394

4

6 4 57



得到 开 发 效 率更 高和 功 能 更 完备 的跟 踪 系

R R OT H G E OR G
.

E, I V

H B OU D
.

N I

OV .

C hea P

w t

o

x a

is

s

n u

第 32 卷
r y o lw f l o in g d e v ie e [J] E n e g C o n v
.


e r sio n


en


t
,







.

n a d Ma a em n g

4 8 ( ): 2 1 7 4 2 1 8 4 7

2 0 5 4 6 ( 8 ): 1 1 7 9 1 19 2 7 ) (
, 一



.

[1 4 ]
,

R R O T H A G E O R G IE MH B O U D
,
.
.

N I


OV
kin g

D

e si
.

n g
en ew

n ad b a
e l



功A R L E T T
d
e v e lo

W E N TZ E
im Pa t c
o se

L A N A S I’ 5 5 10 5 A

PO U R IS
r

.

The
so

e o n st u r

i t c

o n

f O
,

a

y S
:

t s

em


o f

r su n t r c a
.

[J] R

Pm g

en t

f

so

l r a in
.

eo o

ke rs :

A

v e

e i w
e i a

o
.

f

l r a

E

n e任男,

2 00 4 29 ( ) 3 9 3 40 3 2

eo o

k

n i

i P m
,

t c a
:
.

e r

c r a


h

So

t u h

Af r

[ J] E

n e rg y

[1 5 ]

Z H AN G t Me

Q
o f

X Y U H Y T he O .
,

ve

v r ie w

o

f s o la E r
.

n er

y n g a
a

d
o

Po
1 . L 3] F R T

ley i ,
.

2 00 7 35 ( ) 3
,

19 0 9 19 19
,

ho

d
t l

r

n i e re

s a
1

n i

g
o in

t i

z t U t ili a io n [J] Jo u

n r l
( 10 )

f
:

R U B IO
.

M

G O M E G A E G O R D IL L O
e

,

M L O PE Z M A R
.



a

f g

ieu


a r u
.

l

e m

ehan

t a Z

e r

s er e h

,

2 0 10 3 2
,

N I EZ

P t A Pli a i
[ J]
.

on

o

f

new

eo nt

o s r l tr at e g y
a

o f
t
,

r

su n

2 4 1 24 5

tr a c k i g n

En

e

g r y Co

n v e rs i n o

n a d Man

gem

en

20 07

,

395


相关文章:
太阳能自动跟踪装置控制系统设计
太阳能自动跟踪装置控制系统设计_电力/水利_工程科技...到更多的 太阳辐射能量, 从而提高太阳能电池板的...能方便地组装成各种智能式控制设备 及各种智能仪器...
太阳能电池面板自动追踪_图文
太阳能电池板自动追踪装置的设计【摘要】以 STC12C2052AD 单片机为控制核心,舵机...[2]马建 ,向平,等.基于步进电机的太阳跟踪系统设计 [J].电力电子技术 ,...
基于plc的太阳能电池板追踪器
基于plc的太阳能电池板追踪器_能源/化工_工程科技_...自动模式下,系统首 先通过雨水传感器检测天气情况,如...这种大型精密仪器由于价格昂贵,通用性和性价比 不高...
四象限探测器在太阳能电池板自动追踪系统中的 应用
四象限探测器在太阳能电池板自动跟踪系统中的应用摘要:采用四象限探测器作为前端探测单元,介绍了利用光电技术、电子技术、 自动控制技术以及精密的步进系统实现了太阳...
基于plc的太阳能电池板追踪器
基于plc的太阳能电池板追踪器_能源/化工_工程科技_...太阳能 自动跟踪系统的 设计为解决这一问题提供了新...跟踪精度高等优点 这种大型精密仪器由于价 格昂贵, ...
太阳能跟踪系统毕业论文
太阳能电池板自动跟踪系统设计的背景及意义 英国的...项目研究的主要内容及预期目标基于单片机的太阳能跟踪...调节,照相机中的自动曝光控制 等)及各种测量仪器中...
太阳能自动跟踪系统的设计
据测试,在太阳能电池板阵列中,相同条件下采用自动跟踪系统发电设备要比固定发电...4 结束语本文介绍了基于和利时 LM PLC 控制的双轴太阳能自动跟踪系统, 系统采用...
光伏自动追踪系统
喜欢此文档的还喜欢 基于PLC的太阳能电池板自... 8页 1下载券...光伏自动追踪系统这学期老师给我们讲解了什么是光伏自动追踪系统, 下面是我给 ...
...-太阳能跟踪系统更有效率地运用的太阳能电池板_图文...
太阳能跟踪系统:更有效率地运用的太阳能电池板 J.里兹克 Y.查克 摘要: 本文展示了由使用步进电机和光传感器来简单跟踪太阳的内部系统。通过 改进跟踪系统,在跟中...
基于plc的太阳能电池板追踪器
基于plc的太阳能电池板追踪器_能源/化工_工程科技_专业资料。基于plc的太阳能...4 结束语 PLC 可编程序控制器是太阳能自动跟踪系统的主要部件,PLC 的 输入...
更多相关标签:
太阳能跟踪器 | 太阳能跟踪控制器 | 太阳能自动跟踪系统 | 太阳能双轴跟踪系统 | 太阳能跟踪支架 | 太阳能跟踪 | 太阳能单轴跟踪系统 | 太阳能最大功率跟踪 |