智能型太阳能跟踪系统设计与实现

⑴在结尾的参考文献中相应位置（由要求知插入在文献【1】和【2】之间）插入此文献、将正文中的插入文献编号选中，按回车键将自动生成第二个编号：武汉大学电气工程学院）：。摘要：目前，我国工业用电是社会用电主要构成部分，而电机能耗在工业用电中占据主要地位，报告显示，我国发电总量的66%消耗在电动机上，各类电机运行效率比国外先进水平低10～20个百分点。1919年3―4月游历西北记行之作，初刊于1920年，近年收入《西北文献丛编》之《西北民俗文献》第六卷。

对于开环控制的太阳能跟踪 系统，太阳位置的计算精度尤为重要。采用水平–俯仰双轴 坐标系统，利用32 位ARM (advanced RISC machine)公司的 嵌入式微处理器，以步进电机作为执行机构，提出了基于程 控跟踪和光电跟踪相结合的复合跟踪方式，并采用基于 J2000.0 为基准历元的太阳位置计算系统，减小了计算误差， 提高了跟踪精度。该跟踪装置是一种能根据不同地理位置和 时间自动计算太阳运行参数，通过光电检测构成反馈回路， 实现在不同环境下自动跟踪的智能型跟踪装置。 关键词：跟踪控制方式；混合控制；步进电机；太阳能 引言随着社会经济的快速发展，人类所面临的能源 问题越来越突出 [1-7] ，太阳能作为一种清洁能源，无 疑受到各国的普遍重视。如何提高太阳能的利用效 率成为研究热点，太阳跟踪是提高利用率的一种途 径。目前太阳跟踪的方式有多种，主要有光电式和 机械式。前者为被动跟踪，受环境影响较大，尤其 在多云或阴天时；后者为主动式，其原理是通过程 序计算出太阳位置，控制步进电机跟踪太阳；目前 国内大多数采用后者的方式 。但这种跟踪方式会存在累积误差，主要原因是采用的太阳位置坐标模 型不够精确；由于是开环控制，机械结构变形及电 机在执行过程中产生的误差难以消除，跟踪的精度 随运行时间的增加而降低。

2.一种光电跟踪系统的仿真测试装置，其特征在于，所述装置由视景仿真计算机、计算机和光电跟踪系统构成，光电跟踪系统分为控制器和执行机构，其中: 视景仿真计算机用于进行视景仿真，视景仿真计算机连接两台显示器，一台显示器用于显示用户控制界面，用户通过控制界面完成对视景仿真功能的控制，另一台显示器则显示实时渲染出来的虚拟场景。·为达成所述目的，本发明的技术解决方案的第二方面，提供一种对光电跟踪系统的跟踪控制单元的仿真测试装置，所述装置由视景仿真计算机、计算机和光电跟踪系统构成，光电跟踪系统分为控制器和执行机构，其中:视景仿真计算机用于进行视景仿真，视景仿真计算机连接两台显示器，一台显示器用于显示用户控制界面，用户通过控制界面完成对视景仿真功能的控制，另一台显示器则显示实时渲染出来的虚拟场景。--------本文分几个模块 模块1:鼠标全局钩子 模块2:键盘全局钩子 模块3:****跟踪更新****----------。

检测模块安装在集热器面板或者 与集热器平行的面板上，主要用于检测系统运行时 的环境条件 [11] 。其功能可分为 个方面：检测环境光线强弱程度，以区别白昼和夜晚；在阴天光照 强度不够时，系统检测到信号后自动处于待机状态， 避免不必要的能源浪费，从而达到系统的自动控制。 提供水平和俯仰方向上的误差信号。在系统正常 跟踪状态时，跟踪方式为程控跟踪，由于计算误差 和机械误差的存在，在系统长期运行后，累积误差 无法消除。检测模块检测到累积误差后，发出中断 信号，微控制芯片响应中断，发出相应指令控制执 行机构动作以修正误差，从而达到闭环控制。 3）电源电路。电源电路主要为微控制器、外 围器件以及控制系统中所用到的其他芯片提供工 作电源。由于采用的ARM微控制器为LPC2290， 而它具有独立的模拟电源和数字电源，为降低出错 几率，模拟电源和数字电源应该隔离。因此接入的 220 电源经滤波后分为2路：一路作为步进电机 驱动器工作电源；一路经整流后为系统提供+5 电源。微控制器的2组电源在+5 的基础上经过一个电压调节器分别输出+3.3 4）存储模块。采用的LPC2290片内只有16 kB 的静态随机存取存储器(static RAM，SRAM)，没有 可以利用的片内只读存储器(read only memory，ROM) 或FLASH 存储器，因此需要对其进行扩展，用以存 储操作系统和运行程序，以防断电后丢失程序。

5）执行机构。执行机构主要是驱动模块、步 进电机以及相应的支撑结构。驱动模块接受微控制 器的输出脉冲后，经光电隔离后进行放大循环输 出。步进电机能够直接进行数字控制，将脉冲序列 转化为相应的角位移，即接受一个脉冲，步进电机 就转过一个角位移。支撑结构将步进电机输出的功 率降速增距后，分别转化为水平方向的低速旋转运 动和垂直方向的俯仰运动以跟随太阳。 太阳能跟踪系统的设计与实现2.1 ARM 微处理器 本文选用微控制器 LPC2290。LPC2290 个基于实时仿真和嵌入式跟踪[12] ARM7TDMI-S(ARM芯片)CPU 的微控制器，对代 码规模有严格控制，可使用16 位Thumb 模式将代 码规模降低超过30%而性能的损失却很小 [13] 。由于 LPC2290 的144 脚封装、极低的功耗、2 个32 时器、8路10位模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)、脉宽调制输出(pulse width modulation倪维斗 太阳能，PWM) 以及多达9 个外部中断使它们应用得非常广泛。并 通过外部存储器接口，可将存储器配置成4 组容量高达16MB，共64 MB。

如果用户在使用前根据程序的需要利用编程写入器对选中的基本存储电路通以20ma50ma 的电流将熔丝烧断则该存储元将存储信息“1”。 对应松下型号：dfp0-u2 afc8513 松下fp0、fp2、fp-m系列plc编程电缆, 松下fp0、fp2、fp-m系列plc编程电缆,长度2米 aigt8162 usb接口松下fp10sh系列plc编程电缆 usb接口松下fp10sh系列plc编程电缆，电缆长度2米，迷你din5pin-散装（2m） 一头5针圆头 一头散芯 aigt8165 usb接口松下fp10sh系列plc编程电缆 gt01/gt11触摸屏与松下plc的连接电缆，电缆长度5米，迷你din5pin-散装（5m） afc8503 松下nais gt10/gt30触摸屏电缆编程下载 松下nais gt10/gt30触摸屏电缆编程下载 长度2m usb-afc8503 usb接口松下nais gt10/gt30触摸屏电缆编程下载 usb接口松下nais gt10/gt30触摸屏电缆编程下载,带通讯指示灯 长度2m schneider施耐德// fatek永宏 // keyence基恩士系列plc编程电缆 tsxpcx3030 usb接口施耐德tsx neza和twido系列plc编程电缆 usb接口施耐德tsx neza和twido系列plc编程电缆,usb/rs485接口,可连接plc的ter和aux通讯口,最大通讯距离可达2公里,长度3米.（圆头8针） tsxpcx1031 施耐德tsx neza 系列plc 编程电缆(tsx08prgcab), 施耐德tsx neza 系列plc 编程电缆(tsx08prgcab),rs232/rs485 接口， 3 米。901微机原理与应用mcs51微处理器组成及结构，mcs51微处理器和指令系统，汇编语言程序设计，存储器结构与组织，中断功能和原理，微机接口电路的原理、设计及编程方法（并行/串行、中断、定时/计数器等典型芯片使用及初始化编程），并具有运用所学知识分析问题和解决问题的能力。

SST39VF160的连接示意 图，SST39VF160 的片选信号为 CS0，将其配置成 [A20~A1] [A19~A0] [DQ15~DQ0] [D15~D0] nOE /WE /OE /CE nWE CS0 LPC2290 SST39VF160 LPC2290与SST39VF160 的连接 Fig. SST39VF160第32 95Bank0，其访问的起始地址为 0x80000000，即 LPC2290 Bank0存储空间。SST39VF160 16位总线接口，A0 脚空置，只使用LPC2290 的地址 总线A1~A20。 2.4 光电检测模块 光电检测模块主要由一个四象限光敏二极管探 测器组成。四象限光敏二极管 2CU301 是在同一芯 片上制做 个二极管单片(它们之间有十字沟槽间隔)，光敏面如图4 所示。单元的性能参数基本相同， 一致性较好。4 个二极管单元相当于直角坐标系中的 个象限光敏二极管上的光斑图像位于十字形划线的中心时，代表 个象限的光敏二极管各自的输出相等，经过运算放大器对信号处理后，输出为零。 当光斑产生相对于十字形划分线的任何位移时，都 会使 个象限光敏二极管的输出随之变化，运算放大器的输出也随之产生相对位移方向上的正负变 化，从而可以确定物体在2 维方向上的位移 [14] IVII 光敏面形状Fig. photosensitiveplanar 为减小环境光的干扰和提高检测单元的敏感 象限光敏二极管探测器可以放置在一个长方形桶状内，采用透光性比较好的材料为长方形桶做 一个盖子，以防止由于遮光或覆盖灰尘而发出错误 信号 [15] 为检测光斑的4象限运动电路。

定向边坐标方向角的计算步骤如下：陀螺方位角=测线方向值-陀螺北方向值地理方位角=陀螺方位角+仪器常数坐标方位角=地理方位角-子午线收敛角仪器常数可在已知方位角的导线上或三角点测定。3).起始方位角的确定以a点和6点的连线为坐标北方向即α6a=89°11′53.1″然后依据公式α前＝α后－180o＋β左α前＝α后＋180o－β右推算的上表的各坐标方位角4).起始坐标点及a点定为（0，0）点。在中国古代地理学中，把大地分为九州，早期地图的绘制，一般遵循上南下北、左东右西，与今日地图坐标方位恰好相板，其亦是面南 " 俯察地理 " 而得。

nucleus plus 是为实时嵌入式应用而设计的一个抢先式多任务操作系统内核，其95%代码是用ansic写成的，因此非常便于移植并能够支持大多数类型的处理器。《stm32嵌入式系统开发实战指南：freertos与lwip联合移植》以一款轻量级嵌入式实时操作系统为样本，阐述了嵌入式实时操作系统任务管理、时间管理、资源共享、内存管理等机制，介绍了内核及tcp/ip的移植和具体使用方法。deltaos是电子科技大学嵌入式实时教研室和科银公司 (专门从事嵌入式开发) 联合研制开发的全中文的嵌入式操作系统，提供强实时和嵌入式多任务的内核,任务响应时间快速、确定，不随任务负载大小改变,绝大部分的代码由c语言编写，具有很好的移植性。

3.2 应用程序设计 软件设计主要是在移植操作系统的基础上，设 计控制系统的应用程序，其任务是在总体设计和硬 件设计的基础上设计软件功能模块，完成每个模块 功能。主程序是系统后台程序，按照特定顺序完成 系统功能。它首先完成各种初始化，然后进入主功 能模块(图 6(a))。在主程序循环过程中，同时监控 其他功能模块，进行中断响应。程序进入中断响应 后，进入辅助跟踪子程序(图 6(b))，此时输出脉冲 的个数根据实际运行需要确定，由于步进电机的步 距角是一个定值，因此，在软件设计跟踪子程序时， 应充分考虑计算结果与步距角的关系，防止电机往 复运行和引起更大的误差。 初始化 设置参数？ 程控跟踪？ 辅助跟踪 子程序 调用程控跟踪子程序 延时开始 结束 误差修正？ 显示 计算太阳位置开始 计算角度差 换算脉冲个数 输出脉冲 结束 主程序与程控跟踪子程序Fig. trackingcontrol 结论本文介绍了基于ARM微处理器LPC2290 阳能跟踪系统的软硬件设计。ARM处理器丰富的 片内外设和优越的性能适合于应用复杂的多任务 处理场合，且可靠性高、成本低；利用C/OS-II 以提高系统的安全性和可靠性，简化多任务程序的设计，但用户必须对C/OS-II 有深入的了解，才能 编写出有效的程序代码。