机电工程技术2017年第46卷第02期
DOI: 10.3969/j.issn. 10099492.2017.02. 010
一种四象限太阳跟踪控制系统设计
谢漪，谢翠婷，叶创辉
工业自动化
(1.华南师范大学附属中学，广东广州510630；2.华南师范大学物理与电信工程学院，广东广州
1510006
摘要：针对目前太阳能利用率普遍不高的现象，设计了一种高精度双轴控制的四象限太阳追踪系统。该系统以STM32控制电路为核心，选择四象限探测器和光电二极管作为光电传感器，结合数据采集算法以及PID算法，从而控制步进电机和能机在东西、南北两轴向上的转动，以完成对太阳位置的精确追踪。系统测试表明该装置响应迅速、追踪精度高、稳定性好，可达到良
好的追踪效果，具有广泛的应用前景和价值。关键词：太阳能；四象限；光电跟踪；单片机
中图分类号：TP273
文献标识码：A
文章编号：10099492(2017）02003705
ADesignofFour-QuadrantSolarTrackingControlSystem
XIE Yi', XIE Cuiting, YE Chuang-hui
( 1. The Affiliated High School of South China Normal University , Guangzhou 510630, China; 2.Department of Physics
and Communication Engineering, South China Normal University, Guangzhou 510006, China)
Abstract: Aiming at the phenomenon that the solar energy utilization is not efficient enough, this paper designs a kind of fourquadrant solar tracking system highprecisely operated by dual axis that uses STM32 as the core control circuit, selects fourquadrant detector and the photodioxde as the photoelectric sensor, and combines data acquisition algorithm and PID algorithm. Through that the stepping motor in horizontal direction and steering gear in vertical direction can independently complete the high tracking precision of position of solar. The system test has showed that the device has quick response, high tracking precision and better stability, which will contribute to the welltracking effect, hroad applying prospect and profound value
Key words: solar energy: fourquadrant; photoelectrie tracking; single chip microcomputer
0引言
随着能源短缺和环境污染的进一步加剧，太阳能作为清洁、可再生能源已受到广泛的关注。但由于太阳能的采集方法有限、采集率不高而导致太阳能的使用没有得到普遍的推广。在太阳光角度与太阳能接受率的关系研究中香港大学建筑系的HuiSCM和CheungKP教授发现：太阳的跟踪与非跟踪，能量的接收率相差37.7%"。因此对太阳位置进行精确跟踪成为了提高太阳能接收率的突破口。但像目前市场上比较常见的单轴太阳能自动跟踪器、步进式太阳能自动跟踪器、可自动跟踪的太阳灶等，都存在结构复杂、跟踪精度不高、成本昂贵等缺点。基于现状和已有的研究基础，本文采用
收稿日期：20161227 万方数据
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双轴转动模式，重点寻找一种精度高、性价比高的光电传感器以及电机控制系统来追踪太阳位置。
1光电跟踪模块设计
本文设计了一种能够精确测量太阳位置的光电传感器（安装于太阳能电池板平面上），其主要部件包括遮光圆筒、光电二极管、四象限探测器，其结构图如图1所示。四象限探测器位于通光筒顶端，四个光电二极管与筒壁成45°夹角紧贴筒外壁并固定在筒壁的四个方位角上（筒壁上的方位角位于四象限探测器两中心轴线的切面上），且保持离地高度一致
本文所用的四象限探测器型号是BOS-SO66A（如图2），其主要技术参数如表1。