一种用于线性菲涅耳太阳能聚光发电系统的跟踪控制器技术方案

一种用于线性菲涅耳太阳能聚光发电系统的跟踪控制器，属太阳能应用领域。包括单片机、时钟日历芯片、键盘显示芯片、LED显示板、反向放大器和用于输入当地时间、日期、经度和纬度信息、集热器相对高度、镜面距集热器垂直中心距离信息的键盘。时钟日历芯片与单片机相连，将时钟信号传送给单片机。单片机通过键盘显示芯片与键盘和LED显示板建立通信，单片机根据键盘的键入信息和时钟信息计算太阳角及镜面转角并送至LED显示板显示。单片机与反向放大器相连接控制步进电机的旋转。外接步进电机模块，实现系统对太阳的线性跟踪。本发明专利技术结构简单，精度高，体积小，不受时间，空间的限制而方便的进行与线性菲涅耳太阳能聚光发电系统相关的研究。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种用于线性菲涅耳太阳能聚光发电系统的跟踪控制器，属太阳能应用领域。包括单片机、时钟日历芯片、键盘显示芯片、LED显示板、反向放大器和用于输入当地时间、日期、经度和纬度信息、集热器相对高度、镜面距集热器垂直中心距离信息的键盘。时钟日历芯片与单片机相连，将时钟信号传送给单片机。单片机通过键盘显示芯片与键盘和LED显示板建立通信，单片机根据键盘的键入信息和时钟信息计算太阳角及镜面转角并送至LED显示板显示。单片机与反向放大器相连接控制步进电机的旋转。外接步进电机模块，实现系统对太阳的线性跟踪。本专利技术结构简单，精度高，体积小，不受时间，空间的限制而方便的进行与线性菲涅耳太阳能聚光发电系统相关的研究。【专利说明】—种用于线性菲涅耳太阳能聚光发电系统的跟踪控制器
本专利技术涉及一种用于线性菲涅耳太阳能聚光发电系统的跟踪控制器，所实现的跟踪精度能够满足太阳能工程计算的精确性要求，特别适合从事太阳能聚光发电领域的工作人员使用。
技术介绍
由于能源危机及大气污染，世界各国加大了对太阳能研究开发的投入，太阳能热水、太阳能建筑、太阳能光伏发电、太阳能热发电等项目发展迅速，规模逐渐扩大。太阳能的利用技术正在日益成熟。太阳能热发电系统主要有4种类型:槽式、塔式、碟式、线性菲涅耳型。目前，常规槽式系统是利用抛物柱面反射镜将太阳光反射聚焦至管状集热器上，并将管内工质加热产生动力来推动发电设备发电。由于太阳光入射方向是随时间、空间不断变化的，所以常规槽式系统必需不断进行太阳跟踪才能利用，同时，与聚光器连接的管状集热器也必需同步运动。当集热管内流动工质(如油)时,管内产生高温、高压,在运动过程中还需与固定发电设备保持密封连接，这就造成了工程应用中的巨大困难。而线性菲涅耳型太阳能发电系统一改这种抛物柱面反射镜聚焦方式，而是将曲镜面分成相等或不等小的平面镜面，平置与水平面，根据不同时刻的太阳高度角，使小平面镜绕轴旋转，使太阳入射光反射至集热器，达到线聚光的效果。此时，由于没有抛物柱面的焦距的限制，故管状集热器可以固定在一定高度的水平面内，以此解决集热器活动连接密封难题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于线性菲涅耳太阳能聚光发电系统的跟踪控制器。该控制器可以方便的获得任意地点、任意时间的太阳高度角，任意线性菲涅耳太阳能聚光发电系统聚光镜元的转角，并可进行实时显示。外接步进电机模块，可通过步进电机驱动，调整聚光镜元的转角，使太阳入射光反射至线性固定的集热器，从而尽可能多的收集太阳能。本专利技术是一种控制器，该控制器可进行计算太阳角度及任意线性菲涅耳太阳能聚光镜元的转角并将其实时显示，外接步进电机模块可驱动聚光镜实现太阳入射光反射至集热器的目的。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案:一种用于线性菲涅耳太阳能聚光发电系统的跟踪控制器，其包括有单片机、时钟日历芯片、键盘显示芯片、LED显示板、反向放大器和用于输入当地时间、日期、经度和纬度，集热器相对高度，镜面距集热器垂直中心距离信息的键盘以及步进电机驱动系统；其中:时钟日历芯片与单片机相连，将实时时钟信号传送给单片机；单片机通过键盘显示芯片与键盘和LED显示板相连，单片机根据键盘的键入信息和时钟信息计算出太阳高度角及相应镜面转角并送至LED显示板显示；单片机与反向放大器相连接，单片机根据计算的相应镜面转角通过反向放大器来控制步进电机的旋转。本专利技术的核心部件单片机接收键盘信号，可以通过键盘调整求解太阳角度及镜面转角的初始条件(包括当地时间、日期、当地经度、当地纬度、集热器相对高度、镜面距集热器垂直中心距离)，单片机在数据初始化后做出相应的反应，经过内部数据处理，通过I2C总线与时钟日历芯片和键盘显示芯片进行数据传输，得到实时显示的太阳角度及镜面转角。本专利技术设置有步进电机模块外接口，可以与步进电机模块建立联系，能够控制步进电机按要求旋转。本专利技术在地平坐标系下能够实现线性菲涅耳太阳能聚光镜元的反射跟踪，不仅提高了跟踪精度，而且可以根据太阳角及镜面转角来控制步进电机驱动模块；同时还具有结构简单、体积小等优点。【专利附图】【附图说明】图1本专利技术的原理示意图图2本专利技术的主程序框图图3本专利技术的步进电机模块流程图图4本专利技术的电路原理图图5分立镜元转角计算示意图【具体实施方式】下面结合图1?4对本专利技术作进一步说明:如图1所示，本实施例包括有单片机和与单片机相连的反向放大器、时钟日历芯片、键盘显示芯片，键盘显示芯片还与键盘和LED显示板相连。本实例通过键盘设定初始条件(当地经度、当地纬度、当地时间、日期、集热器相对高度、镜面距集热器垂直中心距离)，得到确认信号以后单片机开始进行数据处理，计算太阳角度及镜面转角，并通过LED显示板将镜元旋转角显示出来，便于数据的读取和监控。如图4所示，本实施例采用的是I2C总线的串行通信方法。本实施例采用单片机为主控制器，辅以低功耗的CMOS实时时钟/日历芯片和键盘接口芯片，驱动键盘及LED驱动器来实现所需太阳角度的调整和实时显示，可以方便通过I2C总线进行快速地读写操作而只占用单片机的两个I/O端口。I2C总线包括一条串行数据线(SDA)和一条串行时钟线(SCL)。将SDA数据线和SCL串行时钟线通过上拉电阻连接到电源VCC上，再将其它I2C主从器件的SDA和SCL针脚连接在SDA数据线和SCL串行时钟线上。AT89C51RC是通过它通用I/O 口实现I2C总线串行接口操作的。本实施例中将AT89C51RC的引脚Pl.1与SCL时钟线相连，引脚Pl.0与SDA数据线相连用以模拟I2C总线。AT89C51RC为本专利技术I2C总线上的主器件，ZLG7290和PCF8563T为从器件，通过程序实现I2C的通信协议从而进行主从器件之间的数据交换。本实施例的主程序框图如图2所示，在初始化过程后，经过按键处理调整后，得到了计算太阳角所需数据，再经过读取PCF8563T的时钟数据以及计算太阳角这两个过程后，根据线性菲涅耳太阳能聚光系统的特点，计算镜元倾角，最后将镜元倾角在led显示板上显示出来；该程序主要包括以下几个步骤:第一步按键中断处理。当有按键被按下时，跳转至按键处理模块，并根据键功能进行数据调整，直至确定键被按下后跳出按键处理模块。AT89C51RC将调整后的初始条件写入PCF8563T 中；第二步建立AT89C51RC与PCF8563T之间的I2C通信，以AT89C51RC为主器件，以PCF8563为从器件将初始数据写入PCF8563中，经时钟芯片处理后得到一个实时的时钟数据，并将实时时间数据返回到单片机内；第三步在AT89C51RC内部进行数据处理，按太阳轨道的相关公式计算，得到的太阳角度及聚光系统镜元倾角的具体数值；具体计算公式:太阳赤纬角δ可由Cooper方程近似地计算:【权利要求】1.一种用于线性菲涅耳太阳能聚光发电系统的跟踪控制器，其特征在于:其包括有单片机、时钟日历芯片、键盘显示芯片、LED显示板、反向放大器和用于输入当地时间、日期、经度和纬度，集热器相对高度，镜面距集热器垂直中心距离信息的键盘以及步进电机驱动系统；其中: 时钟日历芯片与单片机相连，将实时时钟信号传送给单片机； 单片机通过键盘显示芯片与键盘和LED显示板相连，单片机根据键本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于线性菲涅耳太阳能聚光发电系统的跟踪控制器,其特征在于：其包括有单片机、时钟日历芯片、键盘显示芯片、LED显示板、反向放大器和用于输入当地时间、日期、经度和纬度，集热器相对高度，镜面距集热器垂直中心距离信息的键盘以及步进电机驱动系统；其中：时钟日历芯片与单片机相连，将实时时钟信号传送给单片机；单片机通过键盘显示芯片与键盘和LED显示板相连，单片机根据键盘的键入信息和时钟信息计算出太阳高度角及相应镜面转角并送至LED显示板显示；单片机与反向放大器相连接，单片机根据计算的相应镜面转角通过反向放大器来控制步进电机的旋转。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜春旭，吴玉庭，马重芳，郭航，张业强，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11