太阳能增强磁动型 8051内核追捕面板

　　摘要：在世界能源短缺和传统动力转型的大背景下，太阳能是一种重要的清洁能源，目前制约太阳能发电的最大瓶颈是太阳利用率低。传统新型磁感STC太阳能跟踪装置虽在一定程度上提高了太阳能的利用率，但均存在着适用性和局限性。“新型磁感STC太阳能跟踪装置”，安装了增强型51内核芯片(STC12C5412AD)单片机控制电路，并以磁传感器进行电路驱动，具有加密性好、超强抗干扰、高抗静电、性能稳定和超低功耗等优点。因而，此装置具有很大的应用潜力，如果成功进军市场，将大大提高新型磁感STC太阳能跟踪装置的供给质量，更好的满足广大人民群众的需要，有效促进供给侧改革。

　　关键词：太阳能;跟踪;磁感;能源

　　一、国内外概况

　　近年来,在国民经济持续发展的带动下,随着人们对电力需求的快速增长,能源短缺成为了各国面临的重大问题, 由于火力发电、核能发电等发电方式均消耗自然不可再生资源，这些资源用完了就不复存在了或者还需等待上亿年时间再生，人类等不起，人类更用不起。

　　据统计，20世纪90年代，全球煤炭和石油的发电量每年增长1%，而太阳能发电每年增长达20%，风力发电的年增长率更是高达26%。太阳能作为一种清洁的可再生能源,受到广泛关注。提高太阳能利用率一直是太阳能利用关注的焦点,保持太阳能电池板被太阳光垂直照射能够有效提高太阳能利用率,因此进行太阳能自动跟踪系统的研究具有重要的意义。

　　太阳能论文范例：太阳能吸附式空气取水研究现状

　　科学家们研究了太阳光照角度与太阳能接受率 关系，理论分析表明：太阳的跟踪与非跟踪，能量的接受率相差37.7%，精确的跟踪太阳可使接收器的热接收率大大提高，进而提高了太阳能装置的太阳能利用率，拓宽了太阳能的利用领域。在太阳能跟踪方面，国外的发展早于我们，技术上也更加的成熟。美国Biackace，在1997年研制了单轴太阳跟踪器;1998年美国加州成功的研究了ATM两轴跟踪器，并在太阳能面板上装有集中阳光的涅耳透镜;

　　2002年2月美国亚利桑那大学推出了新型新型磁感STC太阳能跟踪装置，该装置利用控制电机完成跟踪，大大拓宽了跟踪器的应用领域……尽管外国的太阳能跟踪技术起步早，发展迅速，但是其也仅能提高15%左右的 利用率，无法到达他们理论上所说的37.7%，再加上国外的发达国家更加注重能源的清洁问题，因此，太阳能跟踪技术的市场在国外也是十分广阔的。

　　二、发展趋势

　　国内相关企业通过引进囯外先进技术产品及合作伙伴，加上自主研发，太阳能跟踪技术和产品得到了一定的发展，并通过与高效组件、逆变器等产品的科学结合，太阳能发电跟踪系统产业已趋向智能化发展，也使得跟踪系统的应用普及成为可能。随着国家不断下调光伏补贴，并逐步退出补贴机制，加快了实现平价上网的步伐，企业都在努力通过不断优化发电系统成本，来降低发电成本，提高有限的土地资源的利用率，而跟踪系统的应用则能明显提高发电量，并快速降低发电度电成本，是电力行业的首选。但我国普遍采用的太阳能跟踪技术有光电跟踪和根据视日运动轨迹跟踪两种，这两种技术都不够完善，存在着无法避免的缺点，因此，此时推出我们的产品，很有可能引爆市场。三、项目方案

　　本项目自2017年便开始准备、设计、筹划，现已具有初步的成果。在前期准备中，主要包括技术准备、人员准备、市场准备和资金准备。

　　3.1技术准备

　　目前团队的技术已经趋向成熟，仅有一些后续细节需要继续处理，主要装置已经可以逐渐向市场过度，大约需要半年的时间就可以全部完成。软硬件准备如下详述。(核心资料不便披露敬请见谅。)

　　3.1.1硬件设计

　　整个硬件电路分成三块：1、电机驱动电路;2、接近开关电路;3、单片机控制电路(包含时钟显示部分)。

　　(一)电机驱动电路

　　电机驱动电路采用L298N直流电机\步进电机两用驱动器

　　驱动器尺寸：宽42mm、长78mm、最大高度23mm

　　主要元件：恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N、光电耦合器TLP521-1

　　工作电压方式：直流

　　工作电压：信号端 4~6V、控制端 5~36V

　　调速方式：直流电动机采用PWM信号平滑调速。

　　特点：

　　1、可实现电机正反转及调速。

　　2、启动性能好，启动转矩大。

　　3、工作电压可达到36V，4A。

　　4、可同时驱动两台直流电机。

　　5、适合应用于机器人设计及智能小车的设计中。

　　(二、)接近开关电路

　　接近开关采用车载装置中使用的传感器，可以在条件恶劣的环境下进行稳定的工作控制。

　　(三、)单片机控制电路

　　单片机选择增强型51内核芯片(STC12C5412AD)，内部集成10路AD转换，共28脚。体积小，性价比高、可靠性好。时间显示采用数码管显示方式，配用芯片74LS595。电路主要实现对电机驱动电路的控制和对接近开关电路采集信号的处理

　　特点：

　　1、 加密性好。

　　2、 超强抗干扰：

　　①高抗静电(ESD保护);

　　②4KV快速脉冲干扰;

　　③宽电压不怕电源抖动;

　　④宽温度范围负40摄氏度到85度。

　　3、一个时钟机器周期，可用低频晶振，大幅度降低EMI。

　　4、超低功耗：

　　①掉电模式典型功耗小于0.1uA.;

　　②空闲模式典型功耗1.8mA;

　　③正常工作模式典型功耗2.7——7mA。

　　④掉电模式可由外部中断唤醒，适用于电池供电系统，如水表、气表、便携设备等。

　　3.1.2软件设计

　　软件方面主要是对三个信号的控制处理：1、对驱动电路中桥芯片L298N的控制;2、对接近开关感应信号的处理;3对时钟显示的控制。三信号的紧密配合是此装置无碍运行的基础。

　　转轴上对每个控制的感应信号通过接近开关传输给单片机，结合时间信号来判断是否转动转轴。这是一个单独模块，是使用车载装置传感器，性能稳定。

　　整体逻辑：追踪器一个工作周期分成18个时间段即：起点 7：00—8：00AM、8：00—8：30AM、8:30—9：00AM、9：00—9：30AM，9：30—10：00AM、3：30—5：00PM 、回到起点。每个点有相应的信号监控(接近开关)。转轴的转动是要得到两个信号的确定(时钟信号和传感器器每点的接收信号)必须两个条件同时满足才能转动。反之停止。

　　(一)对驱动电路中桥芯片L298N的控制

　　一个电机控制分为4个端口，输出电压控制端口(VSS)、电机转向控制端口(IN1/IN2/IN3/IN4)、电机调速端口(PWM1/PWM2)、电机使能端口控制(ENA/ENB)。电机的驱动电压为24V所以输出电压段的控制电压也应为24V。

　　(二)对接近开关感应信号的处理

　　转轴上对每个控制的感应信号通过接近开关传输给单片机，结合时间信号来判断是否转动转轴。这是一个单独模块，是使用车载装置传感器，性能稳定。

　　(三)对时钟显示的控制

　　时钟显示是提供正常的时间计时和对传感器信号的配合使用。有时分秒的键控操作功能。按键采用防抖程序，时间采用定时/计数器操作。

　　作者：毛红凯 宁尚卿 韦明钦 李伟嘉 吴冬丽 李晓晓