申來(lái)明　楊亞龍

摘 要： 由于單片機(jī)對(duì)追光系統(tǒng)中太陽(yáng)高度角和方位角的計(jì)算公式計(jì)算能力不足等缺點(diǎn)，往往會(huì)導(dǎo)致追光系統(tǒng)不夠精確和穩(wěn)定。該設(shè)計(jì)在處理太陽(yáng)高度角和方位角時(shí)摒棄了單片機(jī)直接套用太陽(yáng)高度角和方位角計(jì)算公式的做法，而是利用計(jì)算機(jī)將某一地點(diǎn)確定月份的太陽(yáng)高度角與方位角進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，得到了其近似擬合函數(shù)，單片機(jī)可根據(jù)此擬合函數(shù)進(jìn)行太陽(yáng)高度角與方位角的近似計(jì)算并進(jìn)行太陽(yáng)跟蹤，在完成近似跟蹤后啟動(dòng)由四象限硅光電池和凸透鏡組成的光電跟蹤系統(tǒng)，完成對(duì)系統(tǒng)的精確調(diào)整。該方法的應(yīng)用解決了單片機(jī)對(duì)天文算法計(jì)算能力不足的缺點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)高效、實(shí)時(shí)、精確的追蹤，對(duì)實(shí)際工程實(shí)踐有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵字： PIC18F6520； 數(shù)據(jù)擬合； 太陽(yáng)高度角與方位角； 四象限硅光電池

中圖分類號(hào)： TN919?34； TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）10?0158?05

Abstract： Since the calculating ability of single?chip microcomputer （SCM） for dealing with the calculational formula in the sun?tracking system for computing sun altitude angle and azimuth angle is insufficient， which often leads to inaccuracy and instability of the spotlight system， the calculation and statistics of the solar altitude angle and azimuth angle in a certain month are made by a computer to obtain their approximate fitting functions when the sun altitude angle and azimuth angle need to be calculated， instead of straightly using the sun altitude angle and azimuth angle calculation formula to calculate the sun altitude angle and azimuth. According to the fitting functions， SCM can be used to approximately calculate the sun altitude angle and azimuth angle， and realize the sun tracking. After fulfilling the approximate tracking， the photoelectric tracking system composed of four quadrant silicon photocell and convex lens is started to complete the precise adjustment of the system. The method overcame the disadvantage of SCM for astronomical algorithm calculation， and at the same time realized the efficient， real?time and accurate tracking to the sun. It has certain guiding significance for the actual engineering application.

Keywords： PIC18F6520； data fitting； solar elevation angle and azimuth angle； four?quadrant silicon photovoltaic cell

0 引 言

太陽(yáng)能的利用是現(xiàn)代能源新的發(fā)展方向，由于太陽(yáng)能與其他能源如煤炭、石油相比有著無(wú)污染、用之不竭等優(yōu)點(diǎn)[1]，太陽(yáng)能的利用在西方國(guó)家已經(jīng)有了很大的發(fā)展，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)起步較晚，但最近幾年發(fā)展較快。在太陽(yáng)能的利用過程中提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化率始終是國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能利用的一個(gè)瓶頸，傳統(tǒng)的做法是把太陽(yáng)能板放在一個(gè)固定朝向的支架上，由于太陽(yáng)一直在不停地運(yùn)動(dòng)，這樣就不能夠保證時(shí)時(shí)刻刻太陽(yáng)能電池板和太陽(yáng)的入射光線處于垂直關(guān)系，太陽(yáng)能電池板也就不能獲得最大的光照值，這樣在很大程度上限制了太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化利用率[2]。基于以上現(xiàn)狀和工程實(shí)際的需要，國(guó)內(nèi)外對(duì)太陽(yáng)追蹤的研究也在不斷深入，但大多設(shè)計(jì)和計(jì)算都比較復(fù)雜，一般的單片機(jī)微處理器很難實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜的天文算法進(jìn)行計(jì)算分析，因此只能用作實(shí)驗(yàn)，而不能工程實(shí)際應(yīng)用。目前，跟蹤太陽(yáng)的方法主要有三種方式：光電跟蹤、視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和光電跟蹤與視日跟蹤相互切換的跟蹤[3]。光電跟蹤是閉環(huán)的隨機(jī)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高，但是易受天氣條件的影響。視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤是開環(huán)的程控系統(tǒng)，其跟蹤過程不受外界環(huán)境干擾，有較高的可靠性，但是跟蹤過程易產(chǎn)生誤差。雖然光電跟蹤與視日跟蹤相互切換的跟蹤方法在一定程度上解決了光電跟蹤易受天氣環(huán)境干擾導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的問題，但是并沒有解決視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤容易產(chǎn)生累積誤差而造成跟蹤精度不高的問題[4?5]。

本設(shè)計(jì)在前人研究的基礎(chǔ)上采用視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合的方法，采用數(shù)據(jù)擬合的方法將復(fù)雜的不斷變化的太陽(yáng)高度角與方位角的計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)化，從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，得到適合單片機(jī)運(yùn)算的簡(jiǎn)單追光公式，解決了跟蹤系統(tǒng)精度不高，易受天氣條件影響，穩(wěn)定性差等問題。成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)的精確追蹤，操作性和實(shí)用性強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能電池板發(fā)電效率的最大化，對(duì)實(shí)際的工程應(yīng)用和太陽(yáng)能的開發(fā)有著極為重要的指導(dǎo)意義。

1 跟蹤系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)采用PIC18單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制芯片，系統(tǒng)在上電之后首先從DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘讀取當(dāng)前的時(shí)間并判斷是否開啟跟蹤系統(tǒng)，如果讀取的時(shí)間在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)（8：00—18：00），則開啟系統(tǒng)跟蹤，否則，不進(jìn)入系統(tǒng)跟蹤模式。系統(tǒng)在開始跟蹤后首先讀取當(dāng)前實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS18B20的時(shí)間信息（年、月、時(shí)），并按相應(yīng)時(shí)間信息調(diào)用提前擬合好的太陽(yáng)高度角與方位角的變化公式進(jìn)行追光跟蹤。系統(tǒng)通過按鍵輸入來(lái)決定單片機(jī)每隔多長(zhǎng)時(shí)間啟動(dòng)一次擬合跟蹤，當(dāng)一次擬合跟蹤完成后再將主控制權(quán)交由光電跟蹤，通過四象限硅光電儀判斷太陽(yáng)和太陽(yáng)能電池板的位置進(jìn)行精確調(diào)整，并將調(diào)整量加載到兩個(gè)直流電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)追光裝置[3]。

2 光電轉(zhuǎn)換儀

光電轉(zhuǎn)換采用對(duì)光特別敏感的四象限硅光電池作為光電轉(zhuǎn)換元器件，同時(shí)用LM358P集成放大器把微弱的電信號(hào)放大，供單片機(jī)判斷追光探頭與太陽(yáng)的位置關(guān)系[2]。工作原理：追光探頭即光電轉(zhuǎn)換模塊由凸透鏡、四象限硅光電池、信號(hào)放大電路組成，其原理示意圖如圖2所示。當(dāng)有太陽(yáng)光照射時(shí)，凸透鏡會(huì)將入射光線匯聚然后照射在硅光電池上，這時(shí)硅光電池就會(huì)有電壓產(chǎn)生，然后再在放大電路LM358P的放大下輸出給單片機(jī)的第21～24控制引腳RA0/AN0，RA1/AN1，RA2/AN2，RA3/AN3進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)經(jīng)過算法分析后輸出PWM脈沖電機(jī)控制量控制直流電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)向。

5.2 軟件設(shè)計(jì)流程圖

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。

在系統(tǒng)上電初始化完成之后追光裝置首先會(huì)回到預(yù)先設(shè)定的初始位置，然后單片機(jī)通過讀取DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間值來(lái)判斷當(dāng)前的時(shí)間是否在日出后與日落前（8：00～18：00，可按當(dāng)?shù)貢r(shí)間設(shè)定），如果在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，單片機(jī)再次讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘的當(dāng)前時(shí)間值，并判斷是否應(yīng)該啟動(dòng)視日軌跡太陽(yáng)跟蹤（按鍵是用來(lái)設(shè)置每隔多長(zhǎng)時(shí)間啟動(dòng)一次），如果是就啟動(dòng)視日軌跡跟蹤，如果不是就一直判斷當(dāng)前時(shí)間值，直到啟動(dòng)視日軌跡跟蹤。

圖6 系統(tǒng)軟件控制流程圖

啟動(dòng)視日軌跡跟蹤后調(diào)用相應(yīng)的計(jì)算太陽(yáng)高度角與方位角的擬合公式并計(jì)算當(dāng)前太陽(yáng)高度角與方向角，然后通過相應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)追光裝置的高度角與方位角，當(dāng)完成第一次調(diào)節(jié)之后，再將控制權(quán)轉(zhuǎn)交光電跟蹤，由光電傳感器再次進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，當(dāng)光電調(diào)節(jié)完成之后釋放控制權(quán)，系統(tǒng)開始再次循環(huán)讀取當(dāng)前的時(shí)間值來(lái)決定是否啟動(dòng)下一次跟蹤過程[11]。

6 結(jié) 語(yǔ)

太陽(yáng)高度角與方位角的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)獲得是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板精確追蹤太陽(yáng)的重要前提。本文采用簡(jiǎn)化方法得到了適合單片機(jī)運(yùn)算的實(shí)時(shí)太陽(yáng)高度角與方位角計(jì)算公式。但是這種方法的弊端就是在經(jīng)緯度一定的條件下，才能實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)的高精度追蹤，如果追蹤裝置在地面上放置位置發(fā)生較大變化，系統(tǒng)提供的擬合追光公式將不再適用，需要重新對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。

參考文獻(xiàn)

[1] 李永紅，劉天野.自動(dòng)追光系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2012，172（3）：119?120.

[2] 賀曉雷，于賀軍，李建英，等.太陽(yáng)方位角的公式求解及其應(yīng)用[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2008，29（1）：69?73.

[3] 呂文華，賀曉雷.全自動(dòng)太陽(yáng)跟蹤器的研制和應(yīng)用[J].光學(xué)精密工程，2008，16（12）：2544?2549.

[4] 劉京誠(chéng)，任松林.智能型雙軸太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2008，27（9）：69?70.

[5] 郭文川，周超超.基于ARM920T的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)追光系統(tǒng)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29（1）：56?58.

[6] 張瑜，路博.一種高精度的太陽(yáng)跟蹤方法[J].可再生能源，2012，30（2）：103?106.

[7] 李建英，呂文華，賀曉雷，等.一種智能型全自動(dòng)太陽(yáng)跟蹤裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)[J].太陽(yáng)能報(bào)，2003，24（3）：330?333.

[8] 胖瑩，王振臣.太陽(yáng)能智能追光裝置設(shè)計(jì)[J].水電能源科學(xué)，2011，29（8）：207?210.

[9] HOSSAIN E， MUHIDA R， ALI A. Efficiency improvement of solar cell using compound parabolic concentrator and sun tracking system [C]// Proceedings of IEEE Electrical Power & Energy Conference. Vancouver， BC： IEEE， 2008： 1?8.

[10] Seme S， Stumberger G， Vorsic J. Maximum efficiency trajectories of a two?axis sun tracking system determined considering tracking system consumption [J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2011， 26（4）： 1280?1290.

[11] 沈潔，丁瑋.基于PLC的太陽(yáng)能追光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2011，24（11）：113?114.

[12] 杜偉巍，鄒麗新，尤金正，等.基于COMS圖像傳感器的太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（11）：125?128.

1 跟蹤系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)采用PIC18單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制芯片，系統(tǒng)在上電之后首先從DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘讀取當(dāng)前的時(shí)間并判斷是否開啟跟蹤系統(tǒng)，如果讀取的時(shí)間在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)（8：00—18：00），則開啟系統(tǒng)跟蹤，否則，不進(jìn)入系統(tǒng)跟蹤模式。系統(tǒng)在開始跟蹤后首先讀取當(dāng)前實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS18B20的時(shí)間信息（年、月、時(shí)），并按相應(yīng)時(shí)間信息調(diào)用提前擬合好的太陽(yáng)高度角與方位角的變化公式進(jìn)行追光跟蹤。系統(tǒng)通過按鍵輸入來(lái)決定單片機(jī)每隔多長(zhǎng)時(shí)間啟動(dòng)一次擬合跟蹤，當(dāng)一次擬合跟蹤完成后再將主控制權(quán)交由光電跟蹤，通過四象限硅光電儀判斷太陽(yáng)和太陽(yáng)能電池板的位置進(jìn)行精確調(diào)整，并將調(diào)整量加載到兩個(gè)直流電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)追光裝置[3]。

2 光電轉(zhuǎn)換儀

光電轉(zhuǎn)換采用對(duì)光特別敏感的四象限硅光電池作為光電轉(zhuǎn)換元器件，同時(shí)用LM358P集成放大器把微弱的電信號(hào)放大，供單片機(jī)判斷追光探頭與太陽(yáng)的位置關(guān)系[2]。工作原理：追光探頭即光電轉(zhuǎn)換模塊由凸透鏡、四象限硅光電池、信號(hào)放大電路組成，其原理示意圖如圖2所示。當(dāng)有太陽(yáng)光照射時(shí)，凸透鏡會(huì)將入射光線匯聚然后照射在硅光電池上，這時(shí)硅光電池就會(huì)有電壓產(chǎn)生，然后再在放大電路LM358P的放大下輸出給單片機(jī)的第21～24控制引腳RA0/AN0，RA1/AN1，RA2/AN2，RA3/AN3進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)經(jīng)過算法分析后輸出PWM脈沖電機(jī)控制量控制直流電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)向。

5.2 軟件設(shè)計(jì)流程圖

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。

在系統(tǒng)上電初始化完成之后追光裝置首先會(huì)回到預(yù)先設(shè)定的初始位置，然后單片機(jī)通過讀取DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間值來(lái)判斷當(dāng)前的時(shí)間是否在日出后與日落前（8：00～18：00，可按當(dāng)?shù)貢r(shí)間設(shè)定），如果在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，單片機(jī)再次讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘的當(dāng)前時(shí)間值，并判斷是否應(yīng)該啟動(dòng)視日軌跡太陽(yáng)跟蹤（按鍵是用來(lái)設(shè)置每隔多長(zhǎng)時(shí)間啟動(dòng)一次），如果是就啟動(dòng)視日軌跡跟蹤，如果不是就一直判斷當(dāng)前時(shí)間值，直到啟動(dòng)視日軌跡跟蹤。

圖6 系統(tǒng)軟件控制流程圖

啟動(dòng)視日軌跡跟蹤后調(diào)用相應(yīng)的計(jì)算太陽(yáng)高度角與方位角的擬合公式并計(jì)算當(dāng)前太陽(yáng)高度角與方向角，然后通過相應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)追光裝置的高度角與方位角，當(dāng)完成第一次調(diào)節(jié)之后，再將控制權(quán)轉(zhuǎn)交光電跟蹤，由光電傳感器再次進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，當(dāng)光電調(diào)節(jié)完成之后釋放控制權(quán)，系統(tǒng)開始再次循環(huán)讀取當(dāng)前的時(shí)間值來(lái)決定是否啟動(dòng)下一次跟蹤過程[11]。

6 結(jié) 語(yǔ)

太陽(yáng)高度角與方位角的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)獲得是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板精確追蹤太陽(yáng)的重要前提。本文采用簡(jiǎn)化方法得到了適合單片機(jī)運(yùn)算的實(shí)時(shí)太陽(yáng)高度角與方位角計(jì)算公式。但是這種方法的弊端就是在經(jīng)緯度一定的條件下，才能實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)的高精度追蹤，如果追蹤裝置在地面上放置位置發(fā)生較大變化，系統(tǒng)提供的擬合追光公式將不再適用，需要重新對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。

參考文獻(xiàn)

[1] 李永紅，劉天野.自動(dòng)追光系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2012，172（3）：119?120.

[2] 賀曉雷，于賀軍，李建英，等.太陽(yáng)方位角的公式求解及其應(yīng)用[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2008，29（1）：69?73.

[3] 呂文華，賀曉雷.全自動(dòng)太陽(yáng)跟蹤器的研制和應(yīng)用[J].光學(xué)精密工程，2008，16（12）：2544?2549.

[4] 劉京誠(chéng)，任松林.智能型雙軸太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2008，27（9）：69?70.

[5] 郭文川，周超超.基于ARM920T的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)追光系統(tǒng)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29（1）：56?58.

[6] 張瑜，路博.一種高精度的太陽(yáng)跟蹤方法[J].可再生能源，2012，30（2）：103?106.

[7] 李建英，呂文華，賀曉雷，等.一種智能型全自動(dòng)太陽(yáng)跟蹤裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)[J].太陽(yáng)能報(bào)，2003，24（3）：330?333.

[8] 胖瑩，王振臣.太陽(yáng)能智能追光裝置設(shè)計(jì)[J].水電能源科學(xué)，2011，29（8）：207?210.

[9] HOSSAIN E， MUHIDA R， ALI A. Efficiency improvement of solar cell using compound parabolic concentrator and sun tracking system [C]// Proceedings of IEEE Electrical Power & Energy Conference. Vancouver， BC： IEEE， 2008： 1?8.

[10] Seme S， Stumberger G， Vorsic J. Maximum efficiency trajectories of a two?axis sun tracking system determined considering tracking system consumption [J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2011， 26（4）： 1280?1290.

[11] 沈潔，丁瑋.基于PLC的太陽(yáng)能追光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2011，24（11）：113?114.

[12] 杜偉巍，鄒麗新，尤金正，等.基于COMS圖像傳感器的太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（11）：125?128.

1 跟蹤系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)采用PIC18單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制芯片，系統(tǒng)在上電之后首先從DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘讀取當(dāng)前的時(shí)間并判斷是否開啟跟蹤系統(tǒng)，如果讀取的時(shí)間在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)（8：00—18：00），則開啟系統(tǒng)跟蹤，否則，不進(jìn)入系統(tǒng)跟蹤模式。系統(tǒng)在開始跟蹤后首先讀取當(dāng)前實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS18B20的時(shí)間信息（年、月、時(shí)），并按相應(yīng)時(shí)間信息調(diào)用提前擬合好的太陽(yáng)高度角與方位角的變化公式進(jìn)行追光跟蹤。系統(tǒng)通過按鍵輸入來(lái)決定單片機(jī)每隔多長(zhǎng)時(shí)間啟動(dòng)一次擬合跟蹤，當(dāng)一次擬合跟蹤完成后再將主控制權(quán)交由光電跟蹤，通過四象限硅光電儀判斷太陽(yáng)和太陽(yáng)能電池板的位置進(jìn)行精確調(diào)整，并將調(diào)整量加載到兩個(gè)直流電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)追光裝置[3]。

2 光電轉(zhuǎn)換儀

光電轉(zhuǎn)換采用對(duì)光特別敏感的四象限硅光電池作為光電轉(zhuǎn)換元器件，同時(shí)用LM358P集成放大器把微弱的電信號(hào)放大，供單片機(jī)判斷追光探頭與太陽(yáng)的位置關(guān)系[2]。工作原理：追光探頭即光電轉(zhuǎn)換模塊由凸透鏡、四象限硅光電池、信號(hào)放大電路組成，其原理示意圖如圖2所示。當(dāng)有太陽(yáng)光照射時(shí)，凸透鏡會(huì)將入射光線匯聚然后照射在硅光電池上，這時(shí)硅光電池就會(huì)有電壓產(chǎn)生，然后再在放大電路LM358P的放大下輸出給單片機(jī)的第21～24控制引腳RA0/AN0，RA1/AN1，RA2/AN2，RA3/AN3進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)經(jīng)過算法分析后輸出PWM脈沖電機(jī)控制量控制直流電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)向。

5.2 軟件設(shè)計(jì)流程圖

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。

在系統(tǒng)上電初始化完成之后追光裝置首先會(huì)回到預(yù)先設(shè)定的初始位置，然后單片機(jī)通過讀取DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間值來(lái)判斷當(dāng)前的時(shí)間是否在日出后與日落前（8：00～18：00，可按當(dāng)?shù)貢r(shí)間設(shè)定），如果在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，單片機(jī)再次讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘的當(dāng)前時(shí)間值，并判斷是否應(yīng)該啟動(dòng)視日軌跡太陽(yáng)跟蹤（按鍵是用來(lái)設(shè)置每隔多長(zhǎng)時(shí)間啟動(dòng)一次），如果是就啟動(dòng)視日軌跡跟蹤，如果不是就一直判斷當(dāng)前時(shí)間值，直到啟動(dòng)視日軌跡跟蹤。

圖6 系統(tǒng)軟件控制流程圖

啟動(dòng)視日軌跡跟蹤后調(diào)用相應(yīng)的計(jì)算太陽(yáng)高度角與方位角的擬合公式并計(jì)算當(dāng)前太陽(yáng)高度角與方向角，然后通過相應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)追光裝置的高度角與方位角，當(dāng)完成第一次調(diào)節(jié)之后，再將控制權(quán)轉(zhuǎn)交光電跟蹤，由光電傳感器再次進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，當(dāng)光電調(diào)節(jié)完成之后釋放控制權(quán)，系統(tǒng)開始再次循環(huán)讀取當(dāng)前的時(shí)間值來(lái)決定是否啟動(dòng)下一次跟蹤過程[11]。

6 結(jié) 語(yǔ)

太陽(yáng)高度角與方位角的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)獲得是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板精確追蹤太陽(yáng)的重要前提。本文采用簡(jiǎn)化方法得到了適合單片機(jī)運(yùn)算的實(shí)時(shí)太陽(yáng)高度角與方位角計(jì)算公式。但是這種方法的弊端就是在經(jīng)緯度一定的條件下，才能實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)的高精度追蹤，如果追蹤裝置在地面上放置位置發(fā)生較大變化，系統(tǒng)提供的擬合追光公式將不再適用，需要重新對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。

參考文獻(xiàn)

[1] 李永紅，劉天野.自動(dòng)追光系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2012，172（3）：119?120.

[2] 賀曉雷，于賀軍，李建英，等.太陽(yáng)方位角的公式求解及其應(yīng)用[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2008，29（1）：69?73.

[3] 呂文華，賀曉雷.全自動(dòng)太陽(yáng)跟蹤器的研制和應(yīng)用[J].光學(xué)精密工程，2008，16（12）：2544?2549.

[4] 劉京誠(chéng)，任松林.智能型雙軸太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2008，27（9）：69?70.

[5] 郭文川，周超超.基于ARM920T的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)追光系統(tǒng)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29（1）：56?58.

[6] 張瑜，路博.一種高精度的太陽(yáng)跟蹤方法[J].可再生能源，2012，30（2）：103?106.

[7] 李建英，呂文華，賀曉雷，等.一種智能型全自動(dòng)太陽(yáng)跟蹤裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)[J].太陽(yáng)能報(bào)，2003，24（3）：330?333.

[8] 胖瑩，王振臣.太陽(yáng)能智能追光裝置設(shè)計(jì)[J].水電能源科學(xué)，2011，29（8）：207?210.

[9] HOSSAIN E， MUHIDA R， ALI A. Efficiency improvement of solar cell using compound parabolic concentrator and sun tracking system [C]// Proceedings of IEEE Electrical Power & Energy Conference. Vancouver， BC： IEEE， 2008： 1?8.

[10] Seme S， Stumberger G， Vorsic J. Maximum efficiency trajectories of a two?axis sun tracking system determined considering tracking system consumption [J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2011， 26（4）： 1280?1290.

[11] 沈潔，丁瑋.基于PLC的太陽(yáng)能追光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2011，24（11）：113?114.

[12] 杜偉巍，鄒麗新，尤金正，等.基于COMS圖像傳感器的太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（11）：125?128.