肖健新 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機(jī)太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

肖健新 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的核心是單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)的功能具體包括了檢測(cè)光電二極管，高度角比較以及方位角比較的自動(dòng)定位跟蹤，同時(shí)該自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的太陽(yáng)光和太陽(yáng)能電池板之間的方向是相互垂直的。在當(dāng)天氣是萬(wàn)里晴空，進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候是自動(dòng)跟蹤，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，這種方式可以避免由于季節(jié)性的因素，從而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)誤差，當(dāng)天氣是陰天的時(shí)候系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)啟用晴天時(shí)候的數(shù)據(jù)位置，而且有著極高的控制精度，同時(shí)應(yīng)用潛力也比較強(qiáng)，能夠很好地進(jìn)行太陽(yáng)的追蹤，進(jìn)而達(dá)到發(fā)電效率提高的目的。

單片機(jī) 自動(dòng)跟蹤 太陽(yáng)跟蹤

太陽(yáng)能是高效無(wú)污染的能源中的一種典型的代表，而且具有廣闊的發(fā)展前景，目前全球具有最快發(fā)展速度的技術(shù)是太陽(yáng)能。但是太陽(yáng)能的特點(diǎn)是會(huì)隨意時(shí)間的改變，太陽(yáng)的光照方向，間歇性以及強(qiáng)度都會(huì)發(fā)生改變，從而在收集以及利用太陽(yáng)能方面有了更高的需求。

現(xiàn)今大部分的太陽(yáng)能電池板陣列的存在形式是固定的，所以使得太陽(yáng)能資源無(wú)法得到充分地利用，而且發(fā)電的效率也比較低。相同條件下，當(dāng)太陽(yáng)能進(jìn)行光發(fā)電的時(shí)候，如果選擇的是自動(dòng)跟蹤發(fā)電設(shè)備，那么其發(fā)電量相比較于固定發(fā)電設(shè)備要高出35%，所以當(dāng)利用太陽(yáng)能的時(shí)候，非常有必要進(jìn)行跟蹤。

本文設(shè)計(jì)的方案是基于單片機(jī)的太陽(yáng)光自動(dòng)跟蹤，本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，投入的成本比較低，同時(shí)太陽(yáng)能的方向的調(diào)整可以以太陽(yáng)的光線為依據(jù)，另外在自動(dòng)跟蹤的時(shí)候可以自動(dòng)地進(jìn)行記憶以不同時(shí)間段中的坐標(biāo)位置更改，這個(gè)過(guò)程完全是自動(dòng)的，非人為因素。尤其是當(dāng)沒(méi)有人監(jiān)督或者是天氣變化很復(fù)雜的時(shí)候，可以很好地實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能利用率的提高，而且十分有必要進(jìn)行廣泛地普及。

Spring Cloud是一系列框架的有序集合,利用Spring Boot的開(kāi)發(fā)便利性巧妙地簡(jiǎn)化分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的開(kāi)發(fā)，服務(wù)發(fā)現(xiàn)注冊(cè)、配置中心、消息總線、負(fù)載均衡、斷路器和數(shù)據(jù)監(jiān)控等都可用Spring Boot的開(kāi)發(fā)風(fēng)格做到一鍵式啟動(dòng)和部署。

1 自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)

自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的組成部分主要包括了雙軸機(jī)械跟蹤定位系統(tǒng)、光電檢測(cè)電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)以及時(shí)鐘電路等。

1.1 光電檢測(cè)電路

系統(tǒng)的機(jī)械組成部分包括了電池板底座、支架以及直流電機(jī)和兩轉(zhuǎn)動(dòng)軸等。電池板面和二極管的檢測(cè)面是相互平行的。該系統(tǒng)自能夠在高度角以及方位角上進(jìn)行跟蹤。機(jī)械裝置的驅(qū)動(dòng)是電機(jī)，能夠保持電池板360°方向以及和0到90°垂直方向進(jìn)行自由地旋轉(zhuǎn)。將軸承安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸間，從而減小了摩擦力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高度角以及方位角的功率調(diào)整。將一個(gè)大點(diǎn)的齒輪固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，電機(jī)連接小齒輪是借助了傳送帶，同時(shí)調(diào)整了轉(zhuǎn)速比，進(jìn)而達(dá)到了大齒輪轉(zhuǎn)速以及電機(jī)調(diào)整功率的降低。將2塊小磁鐵安裝在兩個(gè)小齒輪相互的對(duì)稱位置，將一個(gè)干簧管安置在小齒輪的附件地方，同時(shí)對(duì)位置進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)當(dāng)通過(guò)干簧管的時(shí)候，干簧管可以閉合。把這個(gè)信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)判斷，就可以檢測(cè)出所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。單片機(jī)送出高度角以及方位角電機(jī)的正反轉(zhuǎn)進(jìn)行信號(hào)的控制，在方位角上安置兩路三級(jí)管以及在高度角上安裝繼電器。從而就可以形成高度角以及方位角的跟蹤機(jī)構(gòu)。除此之外，將鎖定裝置安裝在2個(gè)大齒輪邊，當(dāng)沒(méi)有調(diào)整方位角以及高度角的時(shí)候，這個(gè)鎖定裝置是會(huì)經(jīng)過(guò)彈簧上的鐵片的，齒輪鎖定，進(jìn)而避免由于系統(tǒng)自重或者是其他的外在因素從而造成了方位角與高度角出現(xiàn)自行移動(dòng)的現(xiàn)象。當(dāng)正反轉(zhuǎn)調(diào)整信號(hào)從單片機(jī)發(fā)出的時(shí)候，電磁閥也會(huì)被驅(qū)動(dòng)接通，將鐵片拉動(dòng)，鎖定就解除。

在太陽(yáng)能光電池板中安裝上光電檢測(cè)裝置，保持電池板和光電二極管的檢測(cè)面是相互平行的。在沒(méi)有被遮住的地方安置用于環(huán)境光度檢測(cè)的光電二極管，同時(shí)和圓柱體中的所有光電二級(jí)管以及運(yùn)算放大器形成一個(gè)比較電路，電路圖如圖2所示。

1.3 時(shí)鐘電路

鄉(xiāng)村家庭父母和城市家庭父母相比，文化知識(shí)程度總體不高，導(dǎo)致在教育兒童方面缺乏現(xiàn)代的先進(jìn)教育理念和方法。在家庭教養(yǎng)方式上，鄉(xiāng)村家庭也更多地呈現(xiàn)出溺愛(ài)型或?qū)Ｖ菩?。具體表現(xiàn)為要么對(duì)孩子過(guò)度溺愛(ài)，百依百順，要么表現(xiàn)為要求孩子絕對(duì)服從家長(zhǎng)的意志，孩子一旦犯錯(cuò)，非打即罵。還有一種常見(jiàn)的類型表現(xiàn)為，父母對(duì)孩子不管不顧，任其發(fā)展。不論是以上哪種家庭教養(yǎng)形式，父母都缺乏與子女正確的親子關(guān)系，缺乏正確的教育和溝通。鄉(xiāng)村父母文化程度總體不高，不僅影響民主交流家庭教養(yǎng)關(guān)系的形成，還影響兒童對(duì)未來(lái)的期待和發(fā)展。許多父母認(rèn)為讀書(shū)的目的就是為了能夠在城市找到一份穩(wěn)定的工作，也以此作為離農(nóng)的重要途徑，讀書(shū)無(wú)用論也易形成。

圖2 電路圖

1.2 雙軸機(jī)械跟蹤定位系統(tǒng)

圖3 結(jié)果圖

將圖中的電阻值進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，從而當(dāng)圓柱體中的光電二極管在不受光線照射的時(shí)候，運(yùn)算放大器輸出的是低電平。該電平能夠檢測(cè)輸入端，在圓柱體中所有的光電二級(jí)管都各自對(duì)應(yīng)著一個(gè)單片機(jī)的輸入端，一共有9個(gè)輸入端。從而能夠?qū)μ?yáng)光線朝向進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而判斷出需要轉(zhuǎn)到哪個(gè)電機(jī)以及轉(zhuǎn)到的方向。另一方面，光電二極管的檢測(cè)范圍的擴(kuò)大，可以根據(jù)具體的情況而改變，也能夠增加一圈和內(nèi)圈并聯(lián)的光電二極管。結(jié)果如圖3所示。

當(dāng)觀測(cè)時(shí)間以及觀測(cè)位置不同的時(shí)候，太陽(yáng)的方位會(huì)發(fā)生對(duì)應(yīng)的改變，所以，進(jìn)行跟蹤定位太陽(yáng)能是很有必要的。太陽(yáng)光自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)中的光電檢測(cè)電路俯視簡(jiǎn)圖如圖1所示。

在那以后的日子里，我天天如驚弓之鳥(niǎo)，惶惶不可終日。我從短裙子女孩想到劉偉，想到黑背心、泰森，最后又回到錄像廳里的那張神秘紙條。我總覺(jué)得在我的身邊還有一雙無(wú)形的眼睛。因?yàn)樵阡浵駨d里給我紙條的那個(gè)人一定不是短裙子女孩，因?yàn)槲覀儚奈粗\面，她也不知道我叫陳小飛，一定是一個(gè)認(rèn)識(shí)我的人把我推薦給短裙子女孩或者是劉偉的，這個(gè)認(rèn)識(shí)我的人那天也一定跟蹤了我。我甚至認(rèn)為這個(gè)藏在我身后的熟悉的人一定是這個(gè)兇殺案件的主謀，我、黑背心、泰森，甚至短裙子女孩和劉偉，都不過(guò)是他運(yùn)籌帷幄的一個(gè)棋子而已。

該電路中所包括的組成部分光電三極管有9個(gè)，分別位于正中央，另外的8個(gè)是圍成一圈的。該檢測(cè)板是被一個(gè)圓柱體遮住了，該圓柱體的直徑是比圖1中的外圓要大一些。在圓柱體的上方中央留有一個(gè)洞，直徑是和檢測(cè)過(guò)程中的光電二極管是一樣的。

2.2.4 定期宣教 按計(jì)劃定期講課，一次講課時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，控制在1 h以內(nèi)，內(nèi)容不宜過(guò)多、過(guò)深。我院神經(jīng)外科每個(gè)月開(kāi)展1次健康宣教日活動(dòng)，包括醫(yī)師、護(hù)士對(duì)?？浦R(shí)的講解及專家答疑，該活動(dòng)受到廣大患者及家屬的好評(píng)。每個(gè)月2次由本病區(qū)的主任醫(yī)師、床位醫(yī)師、護(hù)士共同組織病區(qū)內(nèi)患者及家屬進(jìn)行互動(dòng)交流，提高患者及家屬的主動(dòng)參與意識(shí)，積極進(jìn)行發(fā)言、提問(wèn)，由醫(yī)師和護(hù)士對(duì)顱腦損傷的相關(guān)知識(shí)、飲食、休息、康復(fù)、心理等進(jìn)行應(yīng)答，通過(guò)醫(yī)、護(hù)、患之間的溝通，從而及時(shí)解決患者遇到的問(wèn)題。

因?yàn)樵谙到y(tǒng)中需要完成一些和時(shí)間相關(guān)的控制，所以這個(gè)過(guò)程就要用到實(shí)時(shí)時(shí)鐘。如果計(jì)時(shí)的時(shí)候用到了單片機(jī)，那么時(shí)間如果太久的話，就很容易產(chǎn)生較大的誤差，所以所選擇的芯片是來(lái)自DALLAS公司的DS1302時(shí)鐘芯片，該芯片是串行實(shí)時(shí)的。特點(diǎn)是有著實(shí)時(shí)時(shí)鐘以及靜態(tài)RAM是31個(gè)字節(jié)，選擇串行通訊，能夠很好地和進(jìn)行單片機(jī)接口。DS1302時(shí)鐘芯片能夠顯示出時(shí)、分、秒、日、月、星期以及年，計(jì)時(shí)方式可以是12h也可以是24h，供電方式是雙電源。將單片機(jī)AT89C52和DS1302的引腳進(jìn)行相互地連接。DS1302的引腳具體包括了：X1，X2。其中GND指的是電源地，RST代表復(fù)位，用于操作芯片操作。I O指的是數(shù)據(jù)的輸入，引腳的輸出。SCLK指的是串行時(shí)鐘輸入。VCC1指的是主電源，VCC2指的是后備電源。

2 工作原理

首先是當(dāng)開(kāi)機(jī)后完成時(shí)間的校正，系統(tǒng)就會(huì)調(diào)用子程序，開(kāi)機(jī)后進(jìn)行第一次的調(diào)整，如果天氣比較復(fù)雜，位置數(shù)據(jù)正確地存儲(chǔ)，那么程序就不可以完成定位，這個(gè)時(shí)候需要采用手電筒進(jìn)行太陽(yáng)定位的模擬。當(dāng)?shù)玫搅顺跏紨?shù)據(jù)后，程序就會(huì)自動(dòng)調(diào)整。當(dāng)光線是正常的時(shí)候，程序就會(huì)每20分鐘完成一次校正，從而確保了高效的發(fā)電效率，另外還能夠節(jié)省電能消耗。當(dāng)晴天正確校正后，時(shí)間的顯示是時(shí)分秒的形式，其中采用的是24時(shí)的方式以及1，2，3分別對(duì)應(yīng)著0，20，40分，方位角與高度角的字節(jié)數(shù)目是2個(gè)，水平方位角占據(jù)了9位，而高度角占據(jù)了7位，其中最大值能夠是512與128，所以精度十分高。系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)整子程序框圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)整子程序

結(jié)論：本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)可以對(duì)晝夜進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，同時(shí)比較了環(huán)境亮度以及太陽(yáng)輻射，所實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)有著高度的準(zhǔn)確性以及高度的可靠性，當(dāng)處于晴天的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間數(shù)據(jù)以及角度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，可以避免由于季節(jié)的改變從而造成誤差積累。當(dāng)陰天的時(shí)候可以自動(dòng)切換到晴天時(shí)位置。所以盡管天氣因素對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生很大的影響，在一定程度上大大地實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能利用效率的增強(qiáng)。對(duì)于太陽(yáng)能電池板，當(dāng)沒(méi)有輸入能量時(shí)，電能的獲取能夠直接來(lái)源于電池板。

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