[摘 要] 為解決偏遠山區(qū)牧民用電困難問題，結(jié)合牧區(qū)太陽能資源豐富的特點，設計了結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的可拆卸便攜式太陽能電池板支架。該支架用單片機控制九個位置定時旋轉(zhuǎn)的方式跟蹤太陽，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)采用機械與電磁聯(lián)動方式工作，支架整體可拆卸便于牧民搬遷時攜帶。

[關 鍵 詞] 自動跟蹤；太陽能電池板支架；單片機控制系統(tǒng)；電磁鐵；裝置

[中圖分類號] TM914 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）10-0012-02

太陽能是一種可再生能源，因其清潔、環(huán)保、永不枯竭的優(yōu)點正得到廣泛的推廣。在偏遠山區(qū)，因電網(wǎng)無法到達該地區(qū)使其成為主要的供電能源。太陽能電池板解決了當?shù)啬撩裢砩险彰饔秒娎щy和日常生活中通訊工具無法正常使用等問題。偏遠山區(qū)居民還在用朝向固定的傳統(tǒng)便攜式太陽能電池板，朝向固定的太陽能電池板雖然價格低廉、便于攜帶，但其需人工調(diào)節(jié)方向，太陽能轉(zhuǎn)換效率低，所以無法滿足當?shù)鼐用竦娜粘Ｐ枨?。市場上雖有很多先進的高智能傳感器式的太陽能電池板支架，但其價格昂貴，不易于攜帶且抗風能力和穩(wěn)定性上有很多不足。因此，很難被偏遠山區(qū)的牧民接受。本文介紹一種價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單和便于攜帶的太陽能電池板自動旋轉(zhuǎn)支架，從而解決偏遠山區(qū)牧民用電困難問題。

一、總體方案設計

針對便于偏遠山區(qū)游牧民攜帶的問題，將太陽能支架設計成可拆裝的結(jié)構(gòu)。太陽能電池板托架和支撐桿之間、支撐桿和底座之間是可拆卸組裝的。安裝在底座上的棘輪可以帶動支撐桿旋轉(zhuǎn)，棘輪的撥桿和電磁鐵的活動銜鐵相連接，通過單片機系統(tǒng)控制電磁鐵實現(xiàn)棘輪的轉(zhuǎn)動，從而控制太陽能電池板的朝向。根據(jù)太陽的運動規(guī)律設置9個位置，電池板起始位置為東偏南30度角，即機器工作至8點鐘電池板朝向；機器每工作1個小時電池板旋轉(zhuǎn)15度角；機器工作至當?shù)貢r間正午12點鐘時電池板朝向為正南方向；電池板的終點位置為南偏西60度角，即機器工作至下午4點鐘電池板朝向。底盤上設有自鎖裝置，能在每個位置進行自鎖，使裝置在停止工作時能鎖死棘輪結(jié)構(gòu)，從而達到較好的抗外界干擾的效果。支架的自動旋轉(zhuǎn)是由單片機系統(tǒng)控制，以單片機系統(tǒng)時鐘為基準，在每個時間點上控制電磁鐵完成棘輪的轉(zhuǎn)動控制，實現(xiàn)太陽能電池板的位置變換。

二、支架系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)部分設計

太陽能電池板托架采用框架式結(jié)構(gòu)，可以固定一定尺寸范圍內(nèi)的太陽能電池板。托架與支撐桿由銷釘連接，支撐桿與托架之間可拆裝并且可調(diào)節(jié)托架軸向傾斜度。太陽能電池板托架的正面安裝太陽能電池板，背面安裝單片機系統(tǒng)控制箱。

支撐桿與棘輪機構(gòu)由銷釘相連接，棘輪結(jié)構(gòu)帶動支撐桿旋轉(zhuǎn)，從而使太陽能電池板旋轉(zhuǎn)。棘輪機構(gòu)由與電磁鐵活動銜鐵相連的撥桿帶動旋轉(zhuǎn)，電磁鐵A通電吸合撥桿，撥桿撥動齒輪，電磁鐵A斷電撥桿回到初始位置，即完成一次運動，重復此動作完成棘輪的旋轉(zhuǎn)，使太陽能電池板旋轉(zhuǎn)到指定的位置。在棘輪9個指定的位置上有定位孔，底盤上有自鎖裝置，自鎖裝置由電磁鐵B和自鎖銷釘組成。當電池板旋轉(zhuǎn)到指定位置棘輪上的銷釘孔正好對準自鎖裝置上銷釘位置，電磁鐵B斷電銷釘吸合完成自鎖，鎖定電池板位置。

三、電控部分設計

單片機系統(tǒng)由12V轉(zhuǎn)5V的DCDC模塊供電，采用DS1302模塊作為系統(tǒng)時鐘，兩個繼電器模塊分別控制兩個電磁鐵A和B。控制面板上有程序啟動按鈕、程序停止按鈕、電源開關、解鎖按鈕。系統(tǒng)啟動之前，將電池板調(diào)到初始位置，使其朝向為東偏南30度角。打開面板上電源開關后，按啟動程序按鈕，程序啟動單片機讀取內(nèi)置時鐘時間。若系統(tǒng)時間在早上9點之前，則裝置保持初始狀態(tài)；若系統(tǒng)時間在9點之后，單片機則根據(jù)內(nèi)部算法計算出所需轉(zhuǎn)動到的位置并控制棘輪進行旋轉(zhuǎn)。若要保持現(xiàn)有角度，則電磁鐵A斷電，電磁鐵B斷電；若需要進行轉(zhuǎn)動，則電磁鐵B通電，裝置解除鎖定，電磁鐵A通電，吸引撥桿擺動來撥動棘輪使棘輪旋轉(zhuǎn)，重復此過程直到棘輪旋轉(zhuǎn)到指定位置。當時間到下午16點時，裝置自動停止工作并保持現(xiàn)有狀態(tài)。單片機系統(tǒng)硬件原理圖和軟件程序框圖如圖3和圖4所示。

朝向固定的太陽能電池板支架成本低、結(jié)構(gòu)簡單，便于游牧民遷居時攜帶，但此類支架結(jié)構(gòu)簡陋、使用壽命短，需人工調(diào)節(jié)太陽能電池板朝向來跟蹤太陽，對太陽能的利用率低，因此，無法滿足牧民的正常需求。市場上的單雙軸跟蹤的太陽能支架結(jié)構(gòu)笨重、不易于攜帶且成本高，它依靠電機傳動，實時跟蹤太陽方向，導致電機長時間處于工作狀態(tài)，長期受到外界風力等諸多環(huán)境因素的影響使電機容易被燒壞，并縮短其使用壽命。而高智能傳感器式的自動旋轉(zhuǎn)支架易受山區(qū)惡劣環(huán)境的影響，有很大的局限性。本文介紹的太陽能電池自動旋轉(zhuǎn)支架具有很好的抗外界干擾能力、穩(wěn)定性強，便于游牧民遷居時攜帶使用，而且無需人工調(diào)整就能跟蹤太陽方向，對太陽能的利用率高，能有效地滿足游牧民日常生活中的用電需求。

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