一維自動位置校準的光伏電池控制裝置設計

趙愛明　謝淑蓮　李長青

摘要：從光電轉換效率角度．提出基于PCII6F57微控制器和步進電機的一維自動校準光伏電池位置控制器裝置方案．

關鍵詞：光伏電池PCII6F57微控制器步進電機

中圖分類號:TM571文獻標識碼B文章編號：1002-2422(2007)03-0015-2

1一維自動校準的位置控制器設計方案

根據(jù)生產要求和市場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公司的廉價微型控制器PICl6F57，選擇廉價的光敏電阻作為光敏傳感器。

1．1系統(tǒng)基本設計方案

光敏傳感器一整形電路，指示白天與黑夜；位置開關1一步進電機啟動位置行程開關；位置開關2一步進電機停止位置行程開關。

1．2PICl6F57微控制器說明

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。它采用的RISC構架僅有33條單字／單周期指令。除需要兩個周期的程序跳轉指令之外，所有指令都是單周期指令。它的性能大大高于同等價位的其他產品。12位寬的指令具有高度的對稱性，與同類的8位單片機相比，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)時間。

2工作流程及校準原理

2．1幾何模型

圖2中XOY平面為電池組所在平面，Z軸為太陽光線，假定太陽在YOZ旋轉平面運行，控制器可以控制電池組平面XOY以X為軸線旋轉。控制器基本要求就是保證太陽能電池組平面XOY在Y軸與太陽光線z軸始終保持同步。如果太陽開始升起時，初始調整平面XOY與太陽光線OZ垂直，當太陽繞OX在YOZ平面內旋轉時，保持OY軸在平面ZOY內與太陽同步運動。所以在整個電池組工作的工程中，電池組平面與太陽光線基本保持在垂直位置。從而最大程度地提高了太陽能轉化效率。

2．2工作步驟

高效率是設計的基本要求，整個系統(tǒng)中，步進電機的能量消耗相對最大，所以工作在最高效率下是設計的首要問題，其次就是介紹工作時間，增加系統(tǒng)休眠時間。

步進電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關系的曲線稱為運行矩頻特性，這是步進電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是步進電機選擇的根本依據(jù)?；旌鲜讲竭M電機的典型運行矩頻特性如圖3所示。圖3表明，在低頻段(一般2kHz左右)，混合式電機有較高的輸出力矩，且矩頻特性較硬。當頻率大于2kHz后，輸出力矩隨頻率的增高快速下降。

所以，要維持步進電機保持最大的力矩和最高的功率輸出，必須運行在一定的頻率下，假定電機運行的理想角頻率為ω，電機旋轉的角位移為θ，設運行時間為τ，那么：τ=θ／ω，很顯然τ遠遠小于實際運行時間，所以電機就只能工作在間歇模式。即如下流程按照如下節(jié)奏運行：運行S₁步-停止t₁秒-運行s₁步------停止t₁秒，如此往復運動，直到結束。

2．3

校準原理

設電機運行步數(shù)為s，每次運行的時間為t。，每次運行步數(shù)為S₁，總共運行的時間為t₁，實際上，根據(jù)前面介紹，當步進電機選定后，就已知了，當太陽能電池的齒輪支撐機構確定后，s也是確定的、已知的，校準問題成了求解方程的整數(shù)解的過程。由于HCl6F57程序存儲空間少，并且只有33條RISC指令，要完成這樣的運算幾乎是不可能的，只能再考慮使用定點加減算法來實現(xiàn)，從這個角度來重新分析。把公式變形。那么有：

公式(4)和公式(5)就是本論文自動位置校準的原理。公式(4)表示白天光伏電池一遇到太陽光，步進電機從位置開關l開始正轉，每走k步，時間自加一次，步數(shù)也自加一次，直至無太陽光照射為止，記下相應的時間t₁。和相應的步長s₁，(步進電機弧長)。當運行到位置開關2時，步進電機就停止了，等第二天再遇到太陽光時步進電機又開始工作，即反轉。此時根據(jù)第一天記錄的時間t。和步數(shù)s₁作為間隔，每走t₁步計時器加1，每走s₁。步計數(shù)器加1，直至K次后步進電機就遇到位置停止開關2結束，這過程可由公式(5)得知。

3結束語

本文所介紹的控制系統(tǒng)，在伊春已經(jīng)通過實際使用。證明具有較好的實用價值和指導意義。