基于Atmega32的主动式太阳能追日系统的研究

摘要:本系统以Atmega32为核心,通过GPS获取当地的经纬度,DS1302获取实时时钟,计算出实时的太阳高度角及方位角,并以此来控制两个方向的步进电机,实现主动式追日的目的。此外,在阴天时能停止对太阳收集装置的角度校正,减少了能量的损耗。

关键词:太阳能 主动式跟踪 单片机

中图分类号:TK513 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)09(c)-0146-01

世界能源日趋枯竭,可再生能源的开发和利用前景广阔,全方位、高效率地利用太阳能是相关人士追求的目标。目前,太阳能的利用存在以下问题:第一,太阳能虽然资源丰富,但能量分散,集中在某点的能量较少,同时太阳能的方向性决定了较长时间内不可能在固定方向一直获取较大的能量;第二,太阳能受环境条件的制约,只有在白天太阳光线较好的情况下;第三,太阳能电池板的转换效率不高,而且目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的,没有充分利用太阳能资源,因此研究主动式追日系统,显得十分重要。

本文提出了一种基于Atmega32单片机的主动式追日系统,借助GPS和时钟模块,获取当地时钟和纬度,经主芯片Atmega32的实时计算产生相应的脉冲来驱动步进电机,从而使太阳能收集装置能够随太阳位置的变化而转动,提高了对太阳的利用率。

1 系统总体设计方案

此系统的总体设计方案如图1所示,以Atmega32单片机为核心,由7个模块共同作用,完成主动式追日的设计。

在安装时,通过GPS模块获取当地的经纬度,用键盘输入到单片机中,并通过DS1302串行时钟,每隔一段时间获取确切时间,再根据相关算法,计算出太阳的高度角和方位角,通过此时刻与上一时刻得到的两者的差值,得到步进电机应转过的角度,通过TB650驱动电机转动。此外,在电路中,还增加了亮度感测模块和行程开关,当亮度一值比较低时,则不进行电机驱动运动;行程开关,能够保护系统不超程,两者都能很好地减少能量损耗。

2 各模块分析

2.1 时间的获取

此系统中,选取的是DS1302串行时钟芯片,它具有高性能、低功耗等特性,此实时时钟可以提供秒、分、时、日、星期、月和年,一个月小与31天时可以自动调整,且具有闰年补偿功能,工作电压宽达2.55.5V,此系统中选取的是5V的电压供电。

2.2 太阳位置的确定

2.3 驱动电路

此次的驱动芯片选取的是东芝最新的步进电机驱动器芯片TB6560AHQ,通过采用BICD工艺将低电阻与高许可损耗封装相结合,使其与其它同类产品相比能够极大减少热量的产生,还能支持使用时钟输入控制的无微控制器应用环境下的微步驱动。它采用的是双全桥Mosfet驱动,耐压值40v,峰值电流能达到3.5V,通过M0、M1的控制可实现整步、1／2细分、1／8细分、l／16细分运行方式的选择,这些方式的选取,采用的是跳线的方法。

2.4 机械装置

在系统中,有两个步进电机,一个控制水平方向,一个控制垂直方向,通过时间、经纬的读取,转换成对驱动器的控制,从而控制两个步进电机,使其紧随太阳转动。这两个步进电机的运转,与采光情况,行程开关也密切相关。

2.4.1 采光单元

采光单元由光电传感器构成,每隔一段时间采样一次,若连续几次采样,都得到低电平,则表示光线一直很弱,则表示阴天,电机步工作;加大延时时间,隔了几次采样周期后,获取当时所在时间,通过运算,得到相应的电机转动角度,则运转电机,达到相应位置时,再次采样,若还未低电平,则停转,否则,按照正常情况运行。

2.4.2 行程开关

夜间,没有阳光,则需使电机停止工作,但又要在第二天的早晨,电机又能回归到起始位置,于是在两个步进电机的运转起始位和终点位都安放了行程开关,当电机运转到终止位时,行程开关会给单片机一个低电平信号,则开始连续向反方向运行,直到单片机受到起始位行程开关提供的低电平信号,此时,表示电机已经回归到最初状态,则电机停转。

2.5 LED显示单元

LED显示相当于一个人机界面,在其上可显示选择设置项,比如时间,位置,速度,显示,回零等设置项,当用键盘选中其中任意一个时,可进行相关设置。

3 结语

该研究表明,可通过实时计算获取电机应转的角度,来驱动电机运转,使太阳能收集装置能够随太阳位置的变化而转动,但也发现了设计时的不足,不能知晓电机是否转到命令位,故以后还需在此基础上增加一个闭环电路,通过蜗杆传动,将转过的角度,转换成位移,以此来确定电机是否按照命令执行。

参考文献

[1] 林俊铭,李明博,等.太阳能追日系统之研究[J].江苏:昆山科技大学电机系,2006(2):20-21.

[2] 薛建国,基于单片机的太阳能电池自动跟踪系统的设计[J].长春师范学院学报:自然科学版,2005,24(3):26-30.