一維自動(dòng)位置校準(zhǔn)的光伏電池控制裝置設(shè)計(jì)

趙愛(ài)明　謝淑蓮　李長(zhǎng)青

摘要：從光電轉(zhuǎn)換效率角度．提出基于PCII6F57微控制器和步進(jìn)電機(jī)的一維自動(dòng)校準(zhǔn)光伏電池位置控制器裝置方案．

關(guān)鍵詞：光伏電池PCII6F57微控制器步進(jìn)電機(jī)

中圖分類號(hào):TM571文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào)：1002-2422(2007)03-0015-2

1一維自動(dòng)校準(zhǔn)的位置控制器設(shè)計(jì)方案

根據(jù)生產(chǎn)要求和市場(chǎng)因素等諸多原因考慮，本系統(tǒng)主要滿足低成本，高可靠性和低功耗的要求。為此選擇了Microchip公司的廉價(jià)微型控制器PICl6F57，選擇廉價(jià)的光敏電阻作為光敏傳感器。

1．1系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)方案

光敏傳感器一整形電路，指示白天與黑夜；位置開關(guān)1一步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)位置行程開關(guān)；位置開關(guān)2一步進(jìn)電機(jī)停止位置行程開關(guān)。

1．2PICl6F57微控制器說(shuō)明

PICl6F57微控制器是低成本、高性能、8位、全靜態(tài)和基于閃存的CMOS單片機(jī)。它采用的RISC構(gòu)架僅有33條單字／單周期指令。除需要兩個(gè)周期的程序跳轉(zhuǎn)指令之外，所有指令都是單周期指令。它的性能大大高于同等價(jià)位的其他產(chǎn)品。12位寬的指令具有高度的對(duì)稱性，與同類的8位單片機(jī)相比，其代碼壓縮了兩倍。易于使用和記憶的指令集，大大縮短了開發(fā)時(shí)間。

2工作流程及校準(zhǔn)原理

2．1幾何模型

圖2中XOY平面為電池組所在平面，Z軸為太陽(yáng)光線，假定太陽(yáng)在YOZ旋轉(zhuǎn)平面運(yùn)行，控制器可以控制電池組平面XOY以X為軸線旋轉(zhuǎn)。控制器基本要求就是保證太陽(yáng)能電池組平面XOY在Y軸與太陽(yáng)光線z軸始終保持同步。如果太陽(yáng)開始升起時(shí)，初始調(diào)整平面XOY與太陽(yáng)光線OZ垂直，當(dāng)太陽(yáng)繞OX在YOZ平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，保持OY軸在平面ZOY內(nèi)與太陽(yáng)同步運(yùn)動(dòng)。所以在整個(gè)電池組工作的工程中，電池組平面與太陽(yáng)光線基本保持在垂直位置。從而最大程度地提高了太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率。

2．2工作步驟

高效率是設(shè)計(jì)的基本要求，整個(gè)系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的能量消耗相對(duì)最大，所以工作在最高效率下是設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題，其次就是介紹工作時(shí)間，增加系統(tǒng)休眠時(shí)間。

步進(jìn)電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是步進(jìn)電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是步進(jìn)電機(jī)選擇的根本依據(jù)。混合式步進(jìn)電機(jī)的典型運(yùn)行矩頻特性如圖3所示。圖3表明，在低頻段(一般2kHz左右)，混合式電機(jī)有較高的輸出力矩，且矩頻特性較硬。當(dāng)頻率大于2kHz后，輸出力矩隨頻率的增高快速下降。

所以，要維持步進(jìn)電機(jī)保持最大的力矩和最高的功率輸出，必須運(yùn)行在一定的頻率下，假定電機(jī)運(yùn)行的理想角頻率為ω，電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角位移為θ，設(shè)運(yùn)行時(shí)間為τ，那么：τ=θ／ω，很顯然τ遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，所以電機(jī)就只能工作在間歇模式。即如下流程按照如下節(jié)奏運(yùn)行：運(yùn)行S₁步-停止t₁秒-運(yùn)行s₁步------停止t₁秒，如此往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直到結(jié)束。

2．3

校準(zhǔn)原理

設(shè)電機(jī)運(yùn)行步數(shù)為s，每次運(yùn)行的時(shí)間為t。，每次運(yùn)行步數(shù)為S₁，總共運(yùn)行的時(shí)間為t₁，實(shí)際上，根據(jù)前面介紹，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)選定后，就已知了，當(dāng)太陽(yáng)能電池的齒輪支撐機(jī)構(gòu)確定后，s也是確定的、已知的，校準(zhǔn)問(wèn)題成了求解方程的整數(shù)解的過(guò)程。由于HCl6F57程序存儲(chǔ)空間少，并且只有33條RISC指令，要完成這樣的運(yùn)算幾乎是不可能的，只能再考慮使用定點(diǎn)加減算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，從這個(gè)角度來(lái)重新分析。把公式變形。那么有：

公式(4)和公式(5)就是本論文自動(dòng)位置校準(zhǔn)的原理。公式(4)表示白天光伏電池一遇到太陽(yáng)光，步進(jìn)電機(jī)從位置開關(guān)l開始正轉(zhuǎn)，每走k步，時(shí)間自加一次，步數(shù)也自加一次，直至無(wú)太陽(yáng)光照射為止，記下相應(yīng)的時(shí)間t₁。和相應(yīng)的步長(zhǎng)s₁，(步進(jìn)電機(jī)弧長(zhǎng))。當(dāng)運(yùn)行到位置開關(guān)2時(shí)，步進(jìn)電機(jī)就停止了，等第二天再遇到太陽(yáng)光時(shí)步進(jìn)電機(jī)又開始工作，即反轉(zhuǎn)。此時(shí)根據(jù)第一天記錄的時(shí)間t。和步數(shù)s₁作為間隔，每走t₁步計(jì)時(shí)器加1，每走s₁。步計(jì)數(shù)器加1，直至K次后步進(jìn)電機(jī)就遇到位置停止開關(guān)2結(jié)束，這過(guò)程可由公式(5)得知。

3結(jié)束語(yǔ)

本文所介紹的控制系統(tǒng)，在伊春已經(jīng)通過(guò)實(shí)際使用。證明具有較好的實(shí)用價(jià)值和指導(dǎo)意義。