一 : 基于单片机的太阳高度―方位角双轴式自动追踪装置的设计

摘要：设计一种根据视日运动规律自动跟踪太阳的系统。采用太阳高度-方位角双轴跟踪的办法，利用步进电机双轴驱动，通过对跟踪系统进行水平、俯仰两个自由度的控制，实现对太阳的实时跟踪。该系统适用于各种太阳能采集装置。主要从硬件和软件方面分析太阳自动跟踪系统的设计与仿真实现。系统在实际跟踪过程中运行状况良好，跟踪速度快捷。

关键词：太阳光线；跟踪；硅光传感器；实时仿真
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）34-8322-02
目前的太阳光线自动跟踪装置中，硅光式自动跟踪装置优点比较突出，其跟踪比较精确，原理简单，容易实现，能通过反馈消除累计误差；但缺点是由于选用多个硅板电池，信号采集的密集度始终有限， 不能连续检测和跟踪太阳光线的角度变化，无法实现对太阳运动的连续跟踪。
1 方位角―高度角式太阳跟踪方式硬件设计
双轴式跟踪方式在硬件设计上通常采用程序控制式和光电控制式（如图1所示）。
1） 程序控制式太阳跟踪装置是与计算机相结合的。就是依据视日运行的参数来引导太阳能采集装置的运行。实现过程：首先利用一套公式通过计算机算出在给定时间的太阳的位置，再计算出跟踪装置被要求（www.61k.com]的位置，通过固定在两个旋转轴（高度角和方位角跟踪轴）上的16位增量式编码器得到太阳能采集装置平面的实际位置，把装置平面要求所处的位置同实际上所处的位置进行比较，最后偏差信号用来驱动的直流电机传动装置达到要求的位置，使采集装置实现对太阳高度角和方位角的跟踪。这种跟踪装置在多云天气下仍可正常工作，但是存在累计误差，并且自身不能消除。
2） 光电式太阳跟踪装置。光电式太阳跟踪装置通过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，执行机构调整太阳能采集装置的位置，直到使太阳光线与采集装置光轴重新平行，实现对太阳高度角和方位角的跟踪。
综上两种跟踪装置相比较，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，受到普遍关注。而采用两种方式相结合，即可实现其自动跟踪智能化。
2 跟踪控制系统的仿真
2.1 感光材料和圆筒长度的选择
为了使传感器准确的跟踪太阳运动，要通过试验寻找合适的电压变化阈值的硅光电池作为传感器。当硅光电池的电压变化阈值范围值较小的时候，硅光电池在太阳照射下可能会很快达到饱和状态，此时采集的信号就会失真，不能正确反应太阳光线的变化情况，会影响到跟踪效果，使得跟踪精度降低。
其次要设计合适长度的圆筒。理论上讲，圆筒的长度越长，跟踪器的精度就越高。随着圆筒的增长，内部两个硅光电池同时接受太阳光照的太阳光偏离角度的范围会变小；假设圆筒内部两个硅光电池同时直接受到太阳光照射的情况下，长圆筒允许太阳光偏离角度的范围为较小，即太阳光线的偏离角度在较小的范围内，长圆筒内部的两个硅光电池不会出现照度差；短圆筒允许太阳光偏离角度的范围为较大，即太阳光线的偏离角度在较大范围内，短圆筒内部的两个硅光电池也不会出现照度差。即选择合适长度的圆筒时，圆筒内部两个硅光电池就会产生一定的照度差值，该信号经过处理放大，控制跟踪器跟踪上太阳。
2.2 太阳方位与高度具体计算
本系统采用太阳方位角-高度角双轴式跟踪太阳运动轨迹，先以太阳时钟定位数据进行初定位，后以光偏比较计算数据定位进行跟踪误差修正，使采集装置最大限度地接收直射光。跟踪开始时，先采用时钟定位数据计算当前太阳的方位角和高度角，控制器对输入的太阳位置信息进行运算，控制跟踪轴快速转动到太阳理论位置。由于时钟定位易产生累计误差，此时采集装置可能并未完全正对太阳，因此再通过四象限硅光电池数据进行光偏检测计算，得出差值信号送入到控制器，再次驱动步进电机跟踪轴转动，使得采集装置和太阳入射光线垂直。
3 跟踪方位与高度控制的主要程序设计
4 结论
1） 仿真以徐州地区夏至日的太阳方位角和高度角为例，设定太阳定位跟踪误差的容忍度为0.5 °，每隔5min 获取太阳位置，应用太阳的时钟定位和光偏比较定位相结合的方式跟踪太阳运动轨迹。由仿真结果可见，用时钟定位数据进行初定位，光偏比较定位数据修正误差的方法效果明显，能满足太阳能采集装置跟踪控制的要求。
2） 采用太阳的方位角-高度角双轴式自动跟踪控制系统通过自身的识别判断，先时钟定位、后光偏比较定位来确定或变换测控策略，实现太阳能采集装置跟踪系统的全天候跟踪运行与优化控制。该方式跟踪弥补了单一定位的不足，减少了跟踪系统累计误差，提高了太阳方位跟踪精度。
参考文献：
[1] 刘巍，王志超，沈垣，等.太阳自动跟踪系统的研究与设计[J].水电能源科学，2009，27（2）.
[2] 王尚文，高伟，黄树红.混合双轴太阳自动跟踪装置的研究[J].可再生能源，2007（12）.
[3] 陈维，李戬洪.太阳能利用中的跟踪控制方式的研究[J].新能源及工艺，2003，12（3）.
[4] 孙茵茵，鲍剑斌，王凡.太阳自动跟踪器的研究[J].机械设计与制造，2005，7（7）.

二 : 太阳踪影

太阳终于肯赏脸了，前些天她失踪后，我甚是担心，生怕自己一些小小的怠慢就会让她离我远去，结果就是世界陷入黑暗中。

其实也不是想真正的凋落，只是落寞的安静和阴影也是我追求的！因为爱上两面才会彰显真实。

太阳不见的那些日子，一段时间我是藏匿在家中，不怎么去理会，只想她自己回来，那知那段日子总是灰色。接着，我逃离了港湾，一个人独立上路，希望在走的过程中打听到太阳现在的情况，我无法记得自己走了多少路，又问了多少人，只偶尔发现路的前面还是路，路人的打听也仅是种徒然，貌似他们更多的是关照自己。生活也不过如此，他们不予理会，依旧在锅碗瓢盆中安谧过着！

我有丝害怕，在此看到了前世的自己，冷漠亦无情。我连忙跑到自己的灵魂深除慢慢疏理，希望这样能反醒，得到太阳的原谅，然后正面的找到她，我会很真诚的对她说，我是很光明的，至少现在很需你，我敢向世界保证，以后我们也会是需要你的！也许我个人的能力不及，因为太阳还是踪影难觅，有些胆怯了，是不是我真的做错了，也许是，也许我还没有找到她，我需要更多的同伴，我需要更多的支持。本来我就一直希望如此，人之常情吧！谁能告诉我你到底藏到哪里，又将走往何方？

有些小孩的任性，快哭了，也许能换来你的怜悯，因为我了解你是如此的有爱心，无论我是多么的不正确，但我坚信你一直未曾离开我们，一直在我的身边。只是我的一些小迷失让我错过了，可是你却未曾离开。

我着急了，发出哭声，天空下起了小雨，我的心下起了暴雨。我喃喃的哭泣，在一段时间后，我好像找回了自己的失踪，变化的笑了笑，抬头仰望天空，蓝蓝的！你又一次在我头顶出现，那光亮照到我脸上，暖暖的。我迅速风干了心中的泪痕，于是我惊奇的发现，身边无数的眼睛都在注视着你！我明白了，原来你不止在我身边，却更属于整个世界，全人类需要你，我们需要你！( 文章阅读网：www.61k.com )

万物需要你，你的责任重大，我愿你以后可以少点失踪，因为你的责任，我们都在尽自己的义务去完成生活给我们的责任，也许坚守自己永不放弃也是我贯输给自己的责任！

需要真的太多太多！得到和失去成正比，这一天我在心里默默记念着属于我们相遇的每一天，太阳的踪影，我只是在找到后更加学会珍惜…

窗外，太阳的影子光临大地，明朗和希望近在眼前，我不再选择退缩，对着太阳…

梦想和希望同在，幸福和快乐同在，我们和你们同在…

三 : 追踪十二金人落脚咸阳印记

四 : 中学关于安装太阳能装置的计划

1998年搬入上海市徐汇区华泾地区以来，一直致力于加强学校的节能减排工作。在原有的基础上，学校以申报上海市循环经济试点单位为契机，进一步加强学校的节能减排工作力度。根据学校现有的设施情况，制定了在校内教工、学生宿舍安装太阳能装置的计划，具体如下：
第一：实施条件
1、上海地区年日照时间较为充足，降雨及阴雨天气主要集中在6——9月（学生放假期间）。太阳能供热装置技术已经较为成熟，可以为位育中学这样的大型单位提供集中供热服务；
2、我校现有在校教师200余名，学生1600余名，在校总人数1800余人，每天在校沐浴人数约1500人/次，对管道煤气的消耗量较大；
3、学校教工、学生宿舍的楼顶均为平顶结构，对安装太阳能装置较为有利。
第二：实施步骤
1、学校计划将主要在学生宿舍、教工宿舍安装太阳能装置。原先我校在校舍改造的过程中，已经考虑到了将来能源使用的可持续发展，宿舍已经安装有大型储水箱，安装太阳能装置较为便利；
2、学校现已安装有管道煤气热水循环系统，计划安装的太阳能装置可以与之实现有效补充，在太阳能优先的情况下，光照不足时保证师生的热水使用。
第三：节能情况预计
根据学校现在的煤气消耗程度，每天宿舍的管道煤气使用量达到1000立方米左右，安装太阳能装置之后，将至少节约管道每期使用量达50%以上。

安装太阳能装置来进行有效的能源补充的构想，是学校发展过程中对节能减排工作的一项有益尝试，也是学校开展循环经济试点工作的一项重要工作。对此，学校党委、校长室、总务处和团委等部门都希望此项工作能够得到相关政府部门各方面的大力扶持，让位育中学在循环经济、节能减排试点工作中得到更大的发展。

位育中学

本文标题：太阳能追踪装置-基于单片机的太阳高度―方位角双轴式自动追踪装置的设计
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