太阳追踪器设计

单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计引言：太阳能光伏发电已经成为可再生能源中最受关注的一种技术。

光伏发电效率受到太阳光照的影响，传统的固定光伏发电系统效率较低。

为了优化光伏发电系统的效率，设计了一种单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统，能够根据太阳位置自动调整光伏板的角度，最大限度地提高太阳能的利用效率。

一、系统工作原理：该单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统由光敏电阻、测量电路、控制电路和执行机构组成。

光敏电阻负责感应太阳光照强度，传递给测量电路进行电信号转换。

控制电路接收到转换后的信号，并与事先设定的峰值进行比较。

然后，根据比较结果来控制执行机构，使光伏板按需自动调整角度。

二、光敏电阻的选择：光敏电阻是该系统中最重要的一个元件，因为它直接影响到系统的准确度和稳定性。

在选择光敏电阻时，需要考虑以下因素：光敏电阻的特性曲线、光敏电阻的响应时间、光敏电阻的阻值范围等。

一般建议选择具有较高灵敏度和稳定性的光敏二极管。

三、测量电路设计：测量电路的作用是将光敏电阻的电信号转换为适合控制电路处理的电信号。

测量电路一般由信号放大器、滤波器和模数转换器构成。

信号放大器用于放大光敏电阻产生的微弱电信号，滤波器用于去除噪声和杂散信号，模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号。

在设计过程中，需要合理设置放大系数和滤波参数，以确保测量电路的准确性和稳定性。

四、控制电路设计：控制电路是系统的核心部分，其功能是根据光敏电阻测量电路输出的信号，与事先设定的峰值进行比较，并根据比较结果来控制执行机构进行角度调整。

控制电路一般由比较器、运算放大器和逻辑电路构成。

比较器用于将输入信号与参考信号进行比较，运算放大器用于放大比较结果的差别，逻辑电路用于判断角度调整方向，并控制执行机构的运动。

五、执行机构设计：执行机构是该系统中最关键的部分，其功能是根据控制电路的指令，使光伏板按需自动调整角度。

常见的执行机构有两种：电动执行机构和气动执行机构。

空间高精度太阳跟踪器设计与实现曹倩;石峰;王宇;徐彭梅【摘要】Key technologies of space high precision sun-tracking system applied in GF-5 satellite are researched in this paper. A tracking mechanism supported by two flexural pivots and driven by a voice coil motor is designed. Flexural pivot is one kind of frictionless, stiction-free bearing, ideally suited for high precision tracking mechanism. Voice coil motor has a simple structure without any structure for reversing, and is easy to be controlled. In the system control strategy, an initial tracking is combined with a final tracking, that is, a closed-loop control based on position feedback does the initial sun tracking, and then a closed-loop control based on image information feedback accomplishes the final sun tracking. The system can reach the tracking accuracy of up to 0.065mrad, and the tracking stability of up to 14.2μrad, which is proved by some tests in the end. This method is suitable for many similar tracking and scanning system in space products.%文章通过对"高分五号"卫星大气环境红外甚高光谱探测仪太阳跟踪器的设计,探讨了航天器高精度高稳定度跟踪指向技术,提出了一种挠性枢轴支撑、音圈电机驱动的高精度跟踪机构设计方法.挠性枢轴传动环节无接触摩擦,能够实现较高精度的轴系支撑;音圈电机具有结构简单、便于控制的优点,适用于短行程快响应的高精度闭环伺服控制系统,同时满足航天产品轻质、可靠的设计要求.跟踪控制采用基于位置反馈的闭环控制实现太阳粗跟踪,结合图像信息反馈的闭环控制实现精跟踪.通过仿真分析和试验测试,验证了机构跟踪精度可达0.065mrad、跟踪稳定度可达14.2μrad.该设计方法可为空间相似载荷的跟踪、扫描系统提供借鉴.【期刊名称】《航天返回与遥感》【年(卷),期】2018(039)003【总页数】10页(P70-79)【关键词】跟踪机构;高精度;音圈电机;挠性枢轴;"高分五号"卫星【作者】曹倩;石峰;王宇;徐彭梅【作者单位】北京空间机电研究所,北京 100094;北京空间机电研究所,北京100094;北京空间机电研究所,北京 100094;北京空间机电研究所,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】V476.4随着航天遥感任务需求的不断提升，航天器所携带的载荷设备越来越精密，相应地对航天器指向精度、跟踪稳定度的要求也越来越高。

3分钟⼩实验带孩⼦做出太阳追踪器，测测你家的太阳⾼度⾓细⼼的孩⼦会发现，在⼀天中，被太阳照射到⾝体投下的影⼦在不断地改变着。

第⼀是影⼦的长短在改变。

早晨的影⼦最长，随着时间的推移，影⼦逐渐变短，⼀过中午它⼜重新变长。

第⼆是影⼦的⽅向在改变。

在北回归线以北的地⽅，早晨的影⼦在西⽅，中午的影⼦在北⽅，傍晚的影⼦在东⽅。

国外有⼀个聪明的⼩⼥孩，将⾃⼰冬天和夏天不同时间段的影⼦⽤粉笔在地⾯做了标记，发现每天同样时间影⼦的位置差不多是固定的，影⼦的变化也是有规律的，标记在地⾯上的影⼦就像是⼀个⼤时钟。

⼏千年前古⼈就已经⽤这⼀发现发明了计时⼯具⽇晷[rì guǐ]，早期⽇晷[rì guǐ]就是是太阳的影⼦的意思，也就是太阳的轨迹。

后来被⼈们⽤来命名⼈类古代利⽤⽇影测得时刻的⼀种计时仪器，⼜称“⽇规”。

今天就带孩⼦亲⼿做⼀个⽇晷，看看太阳公公的轨迹是如何被记录下来的吧~-太阳⾼度⾓测量-材料⽴柱/底板/成影板/投影架/指南针⽇晷表/刻度盘/连接杆/空⼼扣/螺丝扣双⾯胶/⽛签/螺丝步骤-第⼀步-将连接板有孔⼀端插⼊投影架-第九步-调整好表盘⾓度后将表盘⾯向正北⽅底座依旧和地⾯保持平⾏将⼦时线对准正上⽅午时线对准正下⽅-第⼗步-⽤⼿机光照模拟夏⾄⽇太阳平稳移动⼿机光照⾓度模拟⼀天中地球在太阳不同的⽅位观察指针投影确定时间原理我们先来了解⼀下本次实验中太阳⾼度⾓测量的⼯作原理。

⾸先我们先认识⼀个概念：太阳⾼度⾓。

对于地球上的某个地点，太阳⾼度⾓是指太阳光的⼊射⽅向和地平⾯之间的夹⾓，专业上讲太阳⾼度⾓是指某地太阳光线与通过该地与地⼼相连的地表切⾯的夹⾓。

太阳⾼度⾓简称⾼度⾓。

当太阳⾼度⾓为90°时，此时太阳辐射强度最⼤；当太阳斜射地⾯时，太阳辐射强度就⼩。

在晨昏线上的各地太阳⾼度为0 °，表⽰正经历昼夜更替；在昼半球上的各地太阳⾼度⼤于0°，表⽰⽩昼；在夜半球上的各地太阳⾼度⼩于0°，表⽰⿊夜。

目录中文摘要 (3)英文摘要 (4)1 引言 (5)1.1 课题研究的背景和意义 (5)1.2 课题研究的现状 (5)1.3 课题研究的主要内容 (6)2 系统的总体设计方案 (7)2.1 跟踪方法 (8)2.1.1太阳轨迹跟踪方法的设计 (8)2.1.2 光电跟踪方法的设计 (10)2.2 机械结构的设计 (13)2.3 充电模块的设计 (14)2.3.1 充电策略的选择 (14)2.3.2 充电控制器的选择 (17)3 系统的硬件设计 (18)3.1 电源模块的设计 (19)3.1.1 24V到5V的转化 (21)3.1.1 24V到负15V的转化 (22)3.1.1 24V到15V的转化 (22)3.1.1 24V到12V的转化 (23)3.1.1 24V到-12V的转化 (23)3.2 光电检测模块的设计 (24)3.2.1 太阳方位检测模块 (24)3.2.2 太阳光强检测模块 (26)3.3 单片机控制模块 (28)3.3.1 单片机的选择 (28)3.3.2 外部时钟电路 (29)3.3.3 步进电机驱动电路 (29)3.4 蓄电池充电模块 (31)3.4.1 DC/DC变换电路 (31)3.4.2 MOSFET驱动电路 (33)3.4.3 电压采样电路 (34)3.4.4 电流采样电路 (35)3.4.5 蓄电池温度检测电路 (35)3.4.6 PWM方波设计 (36)4 电路仿真 (37)4.1 降压（BUCK）电路的仿真 (37)4.2 太阳光强和方位检测电路的放大电路的仿真 (37)结论 (38)致谢 (39)[参考文献] (40)附件1： (44)附件2： (45)太阳自动追踪系统设计摘要：人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，但是太阳能又存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点，这就使目前的一系列太阳能设备对太阳能的利用率不高。