太阳光线跟随装置传动系统的设计与制作

第４ｏ卷第５期　

２０１２年５月　林业机械与木工设备　ｖ。１　４０　Ｎｏ．５　

ＦＯＲＥＳＴＲＹ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ＆ＷＯＯＤＷＯＲＫＩＮＧ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　Ｍａｙ　２０　１　２　

基于单片机的太阳伞随动系统设计　

张晓明，潘启明，朱明慧，　郑航　

（东北林业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨１５００４０）　

摘要：给出了一种以单片机为核心的太阳伞随动控制系统设计方案，其包括硬件系统和软件系统的设计。系　

统以时间和经纬度坐标作为输入量，通过一系列运算得出太阳的方位，进而输出控制量控制步进电机来调整太阳　

伞的位置，以达到太阳伞跟随太阳转动的目的。实验结果表明，本设计能够获得比较满意的性能。　

关键词：单片机；太阳伞；随动系统　

中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：２０９５—２９５３（２０１２）０５—００４６—０３　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｓｕｎ　Ｕｍｂｒｅｌｌａ　Ｓｅｒｖｏ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＣＵ　

ＺＨＡＮＧ　Ｘｉａｏ－ｍｉｎｇ，ＰＡＮ　Ｑｉ－ｍｉｎｇ，ＺＨＵ　Ｍｉｎｇ－ｈｕｉ，ＺＨＥＮＧ　Ｈａｎｇ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　１５００４０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ａ　ＳＵＮ　ｕｍｂｒｅｌｌａ　ｓｅｒｖｏ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ＭＣＵ　ａｓ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　

ｏｆ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｗｉｔｈ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｌａｔｉｔｕｄｅ　ａｎｄ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｅ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ　ａｓ　ｉｎｐｕｔ，ｏｂｔａｉｎｓ　ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　

第６期　２０１１年６月　机械设计与制造　

Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　７９　

文章编号：１００１—３９９７（２０１　１）０６—００７９—０３　

一种基于墙体安装的双轴跟踪太阳能热水器设计　

沈金荣　熊志刚　

（　河海大学计算机与信息学院，常州２１３０２２）（　河海大学机电工程学院，常州２１３０２２）　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｓｏｌａｒ－ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｄｕａｌ－ａｘｉｓ　ｗａｔｅｒ　ｈｅａｔｅｒ　ｏｆ　ｗａｌｌ　ｈａｎｇｉｎｇ　ｔｙｐｅ　

ＳＨＥＮ　Ｊｉｎ—ｒｏｎｇ　，ＸＩＯＮＧ　Ｚｈｉ—ｇａｎｇ２　

（　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　２　１　３０２２，Ｃｈｉｎａ）　

（２Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　２　１　３０２２，Ｃｈｉｎａ）　

【摘要】针对普通太阳能热水器一般只能安装屋顶、新型平板太阳能热水器固定安装有效采光　

面积的余弦效应导致太阳能利用效率偏低等问题，提出了一种基于墙体壁挂式安装、全自动跟踪太阳　

能热水器的设计方案，以适应各种楼层用户的使用，且能在较小的面积获得较大的太阳能能量。对基于　

安装方式的跟踪原理、系统的整体设计、安全性设计做了全面详细的介绍。在实验论证的基础上，得出　

该设计方案有效地提高了太阳能的利用效率的结论。　

关键词：壁挂式安装；太阳能光热利用；双轴跟踪，Ｉ热水器　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】／ｔ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ａ　ｎｅｗ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｗａｌｌ　ｈａｎｇｉｎｇ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｓｏｌａｒ－ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｈｅａｔｅｒ　ｓｉｎｃｅ　ｏ　—　

ｎａｒｙ　ｓｏｌａｒ　ｗａｔｅｒ　ｈｅａｔｅｒ　ｃｏｕｌｄ　ｏｎｌｙ　ｂｅ　ｉｎｓｔａｌｌｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｏｏｆ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　ｓｏｌａｒ　ｅｎｅｒｇｙｆｏｒ　

基于AT89C51单片机的太阳自动跟踪系统设计

管建峰;李江涛;王嘉磊

【摘 要】文章设计的自动跟踪系统是根据太阳光线的偏向而发生自动变化的一种随动系统,由光线的偏转触发控制信号,信号经过驱动器的放大驱动步进电机,带动机械机构产生方向上的偏转,实现了自动跟踪,该系统在太阳能应用方面,较好地提高了光能的转化效果.

【期刊名称】《江苏科技信息》

【年(卷),期】2017(000)025

【总页数】3页(P37-39)

【关键词】太阳能;随动系统;跟踪机构

【作 者】管建峰;李江涛;王嘉磊

【作者单位】常熟理工学院,江苏常熟 215500;常熟理工学院,江苏常熟 215500;常熟理工学院,江苏常熟 215500

【正文语种】中 文

人类正在面临资源枯竭的问题，太阳能作为一种新型能源具有可再生、清洁无污染、利用量巨大等优点，但太阳能又存在分散性、不稳定性、间歇性的缺点，这就使目前一系列太阳能光伏光热等设备对太阳能的利用率不高。本文对太阳跟踪系统进行机械设计和自动跟踪系统控制部分设计用以增加太阳能的利用率。

本系统包括机械机构和控制系统，该装置控制机构将分别对水平与垂直方向进行跟踪，控制部分主要有光电转换装置、70BF1-3步进电机、AT89C51系列单片机以及相应的外围电路等。以单片机控制为核心单元，建立系统总体结构框图，如图1所示。

太阳跟踪系统的机械结构，考虑了机械构件的强度、刚度等，与太阳能光热或光伏等设备进行匹配，受光面能在方位和仰角上进行偏转，分析现有立柱转动式跟踪器、陀螺仪式跟踪器等，设计出两个驱动步进电机带动。总体由基石、立柱、受光衬板、偏转机构等组成，具体机械结构简图如图2所示。

2.1 机构结构

电机1安装于固定支架上，电机1的输出端连接小齿轮1，小齿轮1与大齿轮啮合。且大齿轮和支架上的主轴相连接，主轴可以转动。电机2安装在主轴前端的板上，且电机2的输出轴连接小齿轮2，并与齿圈啮合，齿圈可以带动太阳能板转动，转动架安装于主轴上［1］。

浅谈太阳能塔式光热发电定日镜（场）

1. 定日镜的原理及特点

定日镜原理如图1所示，由于太阳在天空中的位置是不断移动的，阳光的照射角度也时刻都在变化，定日镜则通过反射镜的旋转对太阳进行跟踪，使阳光经过反射后能以一定的方向出射，这样就能实现太阳能的大量聚集，改变太阳辐射能流密度低的缺点。

一般的定日镜是由反射镜、镜架及基座、跟踪传动系统、控制系统等组成。单台定日镜的反射面一般为球面或抛物面，这就使得定日镜可以在将阳光反射定位的同时进行聚焦。

图1：定日镜聚光示意图

2. 定日镜组成

定日镜是由反射镜、镜架及基座、跟踪传动系统、控制系统等组成的聚光装置，用于跟踪接收并聚集反射太阳光线进入位于接收塔顶部的集热器内,是塔式太阳能热发电站的主要装置之一。

为确保塔式太阳能热发电站的正常、稳定、安全和高效运行, 定日镜的总体性能应达到如下基本要求: 镜面反射率高、平整度误差小;

整体结构机械强度高、能够抵御8级台风袭击; 运行稳定、聚光定位精度高; 操控灵活、紧急情况可快速撤离;可全天候工作;可大批量生产; 易于安装和维护, 工作寿命长等。

2.1 反射镜

反射镜是定日镜的核心组件。

从镜表面形状上分, 主要有平凹面镜、曲面镜等几种。在塔式太阳能热发电站中, 由于定日镜距位于接收塔顶部的太阳能接收器较远, 为了使阳光经定日镜反射后不致产生过大的散焦, 把95%以上的反射阳光聚集到集热器内, 目前国内外采用的定日镜大多是镜表面具有微小弧度的平凹面镜。

从镜面材料上分, 主要有张力金属膜反射镜、玻璃反射镜等几种。张力金属膜反射镜造价相对较低，但是反射率较低、结构复杂。故目前已建成投产的塔式热电站的定日镜以及待建、拟建的塔式热电项目等均采用玻璃反射镜。

玻璃反射镜结构如图2、3所示，最上层由4～5mm的超白低铁玻璃作为基体（降低铁的含量是为了提高玻璃的透光率），镀一层银层（银反射率可达97%以上）作为反射层。最后加一层铜层作为保护层及过渡层，。有时还会把银层封夹在两层玻璃之间或喷涂上多层漆保护层使其保护性能更好。