劉奧龍 帥宇杰 沙鑫寬 李奇恩 金永星

（上海電機(jī)學(xué)院 上海市浦東新區(qū) 201306）

基于北斗授時(shí)的太陽(yáng)能跟蹤匯集裝置

劉奧龍 帥宇杰 沙鑫寬 李奇恩 金永星

（上海電機(jī)學(xué)院 上海市浦東新區(qū) 201306）

隨著硅晶技術(shù)的發(fā)展與日漸成熟，太陽(yáng)能發(fā)電被廣泛的應(yīng)用在商業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等各個(gè)方面。給我們的生活帶來(lái)了極大的便利。本文提供了一種基于北斗授時(shí)的太陽(yáng)能跟蹤匯集裝置，通過(guò)北斗的授時(shí)定位，控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，讓太陽(yáng)能發(fā)電裝置能夠較好的跟蹤太陽(yáng)光照的方向，從而達(dá)到對(duì)太陽(yáng)能的有效利用[1]。

太陽(yáng)能；北斗授時(shí)定位

1 引言

隨著近年來(lái)硅晶技術(shù)的發(fā)展與日漸成熟，太陽(yáng)能發(fā)電被廣泛的應(yīng)用于商業(yè)、生活等各個(gè)方面。但相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的太陽(yáng)能跟蹤裝置發(fā)展相對(duì)薄弱。隨著將來(lái)太陽(yáng)能發(fā)電的大力發(fā)展。太陽(yáng)能的利用率也將會(huì)成為一個(gè)至關(guān)重要的作用。而基于北斗授時(shí)的太陽(yáng)能跟蹤匯集裝置將在一定程度上較好的提高太陽(yáng)能的利用率，有著很大的發(fā)展空間。

2 系統(tǒng)功能

本文所述基于北斗授時(shí)定位的太陽(yáng)能跟蹤匯集裝置總體思路是通過(guò)嵌入式硬件與北斗模塊通訊獲取太陽(yáng)能板所在位置和當(dāng)前時(shí)間，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)擁有更高的授時(shí)定位精度和更短的授時(shí)定位時(shí)間且更加安全，再通過(guò)太陽(yáng)定位算法實(shí)時(shí)計(jì)算出太陽(yáng)方位角和高度角，最終由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)雙軸電機(jī)調(diào)整太陽(yáng)能電池板以最大角度接受太陽(yáng)能，實(shí)現(xiàn)追光。

3 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)控制方式通過(guò)MCU控制模塊作為核心，由北斗通訊模塊作為方向指揮來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，就是由北斗模塊定位太陽(yáng)的位置，信號(hào)傳遞給MCU控制模塊后，經(jīng)過(guò)計(jì)算來(lái)將下一步信號(hào)分別傳遞給高度角步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器和方向角步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)完成時(shí)刻跟蹤太陽(yáng)位置，達(dá)到任何時(shí)刻都能接受最大太陽(yáng)能的目的。北斗授時(shí)的太陽(yáng)能跟蹤匯集裝置工作流程圖如圖1所示。

圖1 北斗授時(shí)的太陽(yáng)能跟蹤匯集裝置工作流程圖

4 硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以嵌入式系統(tǒng)作為硬件平臺(tái)，按功能分為電源模塊、MCU控制模塊、北斗通訊模塊及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

4.1 電源模塊

本裝置使用交流220V電源供電，經(jīng)變壓器得到18V交流電源供電動(dòng)機(jī)使用，再通過(guò)穩(wěn)流和三端穩(wěn)壓集成電路，LM7805穩(wěn)壓后得到5V供電電壓。

4.2 MCU控制模塊

MCU控制模塊采用天嵌科技公司的TQ2440嵌入式系統(tǒng)，其主要外圍電路包括復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、JTAJ電路及供電電路。MCU控制模塊分別通過(guò)UART口和通用I/O端口與北斗通訊模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接。

4.3 北斗通訊模塊

本裝置使用和芯星通公司UM220芯片[2]，接收北斗衛(wèi)星的數(shù)據(jù)信息，獲取地理位置和時(shí)間信息。采用UM220芯片有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）同時(shí)能支持BD2 B1，GPS L1兩個(gè)頻點(diǎn)；

（2）芯片集成度高，功耗小；

（3）通過(guò)芯片內(nèi)部算法優(yōu)化，定位精度為3m左右，時(shí)間精度為20nm，測(cè)速精度為0.1m/s，完全滿足系統(tǒng)使用要求。

4.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

本裝置使用86BYC250A步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。S3C2440通過(guò)提供兩路脈沖（CLK）、方向（DIR）和使能（EN）信號(hào)為配套的86型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

本裝置使太陽(yáng)能發(fā)電跟蹤裝置能夠較好跟蹤太陽(yáng)光照的方向，讓太陽(yáng)能更加有效、便捷的被利用。使用相同的太陽(yáng)能追光算法基礎(chǔ)上，基于北斗授時(shí)的太陽(yáng)能跟蹤匯集裝置比較于傳統(tǒng)的GPS定位而言，有著更快的響應(yīng)速度。同時(shí)作為中國(guó)自主研發(fā)的定位系統(tǒng)，核心技術(shù)讓北斗芯片比GPS擁有更安全、更低價(jià)的前景[3]。

課題項(xiàng)目：2015年度上海大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃課題（A1-5701-15-012-01-005）。

[1]趙爭(zhēng)鳴，陳劍，孫曉瑛.太陽(yáng)能光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)[J].電子工業(yè)出版社，2012（4）.

[2]和芯星通科技有限公司.UM220用戶(hù)手冊(cè)[EB/OL].[2014-01-13].

[3]楊元喜.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的進(jìn)展、貢獻(xiàn)與挑戰(zhàn)[J].測(cè)繪報(bào)，2010，39（1）：1～6.

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