摘要
太阳能体系功率的凹凸在很大程度上取决于设备与太阳照耀光线的对准程度。而太阳主动盯梢设备可有用进步太阳能体系的功率，然后下降光伏体系的本钱。本文依据此原理，使用PSoC芯片规划了一款太阳主动盯梢与操控体系，经过PSoC对步进电机的精确操控，可使光伏体系主动盯梢太阳。本转置选用双轴结构，可在水平缓竖直方向上主动盯梢太阳。本体系运转安稳牢靠、盯梢差错小、本钱低价，可广泛使用于太阳能电池板、太阳能热水器等太阳能设备上。
1 导言
太阳能作为一种清洁无污染的可再生能源，越来越广泛的使用在咱们日常日子中。近年来怎么进步太阳能体系的使用功率正遭到越来越多的重视。而太阳能体系功率的凹凸在很大程度上取决于设备与太阳照耀光线的对准程度。太阳能主动盯梢转置操控光伏体系以主动对准太阳，可有用进步太阳能体系的功率，然后下降光伏体系的本钱。
本文规划了一种依据PSoC芯片的太阳主动盯梢与操控体系，经过PSoC对电机的精确操控，可使光伏体系主动盯梢太阳。本转置将选用双轴结构，可主动检测太阳的高度角和方位角，并操控步进电机带动光伏体系盯梢太阳。
2 操控根本原理
现在较盛行的太阳能盯梢器首要有时钟式和比较操控式两类[1-3]，时钟操控式其操控办法是守时法：依据太阳在天空中每分钟的运动视点，核算出太阳光接纳器每分钟应滚动的视点，然后确认出电动机的转速，使得太阳光接纳器依据太阳的方位而相应变东。该办法尽管电路简略，但因为时钟累计差错不断增多，体系的盯梢精度很低。
本方案咱们选用比较操控的办法来操控光伏阵列盯梢太阳。使用光敏电阻在光照时阻值的改变制作成能够检测太阳方位的传感器，结构如图1所示，使用光敏电阻在光照时阻值发生改变的原理，将五只光敏电阻呈十字形摆放。R固定在聚光板的指日棒上，RV1、RV2、RH1、RH2对称散布在指日棒两边。RV1、RV2勘探太阳高度角的改变，RH1、RH2勘探太阳方位角的改变，太阳光线与太阳能集能器的平面法线不平行时，传感器就能检测出误差信号。R勘探太阳辐照度的改变，当太阳的辐照度低于或高于作业照度时就输出发动或复位信号。
体系操控阵列随光滚动原理框图如图2所示，当太阳光线发生歪斜时，两对光敏电阻检测到阳光的歪斜信号，该信号经扩大滤波后由操控单元开端核算并确认整个设备需求滚动的方向及巨细，宣布调整信号然后操控并驱动步进电机滚动，调整光伏阵列直到光伏阵列对准太阳。
3全体规划方案
3.1 体系结构
整个体系由光照度传感器以及毛病检测传感器部分(传感器单元)、操控单元、驱动履行组织三部分组成。体系完好框图如图3所示，传感器单元首要由光敏电阻及用于毛病检测的风大、雨水、振荡等传感器及其外围电路组成，首要完成将光照度、风力改换以雨水检测等信号转化为相应的信号供PSoC芯片进行处理;PSoC芯片作为操控中心首要完成对传感器部分中光敏电阻传送过来的信号进行剖析处理、然后操控整个设备的滚动、以及电机驱动三大功用，一起，该操控中心还将传感器单元传送的毛病检测信号进行剖析并发动相应的维护程序以维护整个设备的安全;驱动履行单元由步进电机和简略机械结构组成，用来完成电机驱动与旋转，并经过机械传动组织带动光伏电池阵列滚动。
传感器检测天亮和天亮、以及是否有云等信息，操控部分决议是否发生开关信号以发动体系盯梢检测功用，在整个设备发动后，操控部分经过核算确认整个设备应滚动的方向和巨细，然后宣布指令操控驱动履行组织带动光伏阵列滚动。一起，在设备滚动到预订的方位后，操控部分还将检测此时光伏阵列是否垂直于太阳光的照耀，以确认光伏阵列是否盯梢上太阳的方位。而维护信号是确保体系在外界以及其他非人为因素情况下所履行的一种操作指令，以确保体系不受损坏，然后进步整个体系的牢靠性。
3.2 硬件部分完成
操控部分选用Cypress公司出产的PSoC芯片，PSoC可装备片上体系是该公司在2001年末推出的具有全新理念的可编程微操控器。与传统的微操控器不同，PSoC 因可动态编程装备而具有传统微操控器所短缺的高度灵活性和使用广泛性。因而，PSoC能够习惯非常杂乱的实时操控需求，使用它进行产品开发能够大大进步开发功率，下降体系开发的杂乱性和费用，一起增强体系的牢靠性和抗干扰才能，它适用于各种操控和主动化范畴
3.2.1 信号处理部分：
该部分首要用于处理由外部的传感器包含光敏电阻、风大传感器、雨水传感器以及掉电传感器等传过来的信号用今后级的程序断定。各个传感器传过来的信号处理如下图所示：
(1)光敏电阻信号部分：
经由A/D转化后的数字信号用于后级核算滚动方向及视点，并作为电机滚动巨细及方向的基准。
(2)风大传感器，雨水传感器等发生的信号经由继电器后衔接到PSoC芯片的管脚，当相应管脚检测到高电平时，则发动相应的维护程序，将设备滚动到相应的安全方位。
(3)掉电维护，原理同(2)，不同的是当相应管脚检测到高电平时，体系宣布报警信号。
操控部分：
操控部分首要包含可视化界面以及电机在收到指令之后怎么滚动的程序部分。
(1)可视化界面部分：
该部分首要由Visual C++完成，首要担任长时间监控整个滚动设备的滚动是否正常，PC是否接纳到了PSoC芯片传输过来的毛病信号，并进行剖析是哪种毛病，以可视化的方式供应用户进行剖析。
(2)电机滚动部分以及毛病信号检测部分：
该部分首要由前级的光敏电阻信号触发，在收到触发信号之后，PSoC芯片将启用贮存在其内部的滚动程序进行剖析，然后滚动到相应的方位。一起，PSoC芯片还将不断的检测毛病信号，在收到毛病信号之后履行相应的指令。
该部分功用首要由软件完成。流程图如图5所示。
3.2.3电机驱动部分：
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环操控元件。在非超载的情况下，电机的转速、中止的方位只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载改变的影响，能够经过操控脉冲个数来操控角位移量，然后到达精确认位的意图。本体系选用步进电机操控太阳能器材滚动以朝向太阳，具有操控简略、精度高的长处。
电机驱动使用PSoC输出，其硬件结构如下图所示：
本步进电机驱动部分采纳的是以PSoC为中心处理器的斩波恒流形式，斩波恒流驱动操控技能是现在步进电机操控的干流技能之一，斩波电路的呈现是为了补偿凹凸压驱动电路波形呈凹形的缺点，使电机的输出转矩的平均值根本安稳。一起电机的高频呼应得以进步，共振现象削弱。斩波驱动中，尽管电路较杂乱，可是因为驱动电压较高，电机绕组回路又没有串入电阻，整个体系功耗下降许多，所以电流上升快。当到达所需求的电流时，因为取样电阻的反馈作用，使绕组电流根本安稳，然后确保在很大的频率范围内电动机的输出转矩根本安稳。而输出转矩是步进电机的一个重要功用指标，当咱们使电机的绕组电流安稳在一个较高的数值时，就可提高电机的输出转矩。
4 机械驱动部分
归纳考虑本钱，操控精度及制作难易程度，盯梢器规划成立柱滚动式。其结构如图7所示，大齿轮衔接于主轴，滚动架及支架安装在主轴上，主轴相关于支撑架能够滚动，小齿轮与大齿轮啮合，小齿轮衔接在马达的输出轴上，马达1固定在底座上。使用小齿轮副动，带动大齿轮滚动，完成对太阳方位角的盯梢。支架安装在滚动架，马达2安装在支架上，马达2的输出轴衔接在接纳器上，操控接纳器盯梢太阳的高度角。
5 总结
本文依据PSoC为操控中心，规划了一种主动盯梢太阳高度角与方位角滚动的主动太阳盯梢体系，经过PSoC对步进电机的精确操控，可使光伏体系主动盯梢太阳。该体系盯梢精确、本钱低、牢靠性高、体系功用安稳，且具有多重维护功用，可广泛使用于太阳能灶、太阳能热水器，太阳能光伏阵列等各种太阳能集能设备上，关于大型的光伏发电体系也具有必定的指导意义。
