记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制方法
【专利摘要】本发明提供一种记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制方法，包括初始化并启动看门狗WDT；选择进入自动模式还是手动模式；选择自动模式下，判断当前时间是否在跟踪时间区间，如当前时间在跟踪时间区间内，进行低压检测，在电源电压处于低压或者断电的情况下，进行低压检测中断；在电源电压正常时进入正常跟踪状态，选择进行光电跟踪或记忆跟踪，并依据实时检测值进行自动切换；该方法能在短时间内迅速使太阳能聚光碟转动到指定位置，解决了传统跟踪存在累积误差的问题，跟踪精度高，可靠性高，采能效率得到大幅提高。
【专利说明】
记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制方法。
【背景技术】
[0002]能源是人类生存与经济发展的物质基础。进入21世纪以来，随着世界经济持续、高速地发展，能源短缺、环境污染、生态恶化等问题逐渐加深，能源短缺已成为当今人类社会面临的重大挑战。太阳能因具有储量的无限性、普遍的存在性、开发利用的清洁性以及运行的经济性等优势，已经成为人们研究的热点。但是太阳能是一种能流密度低，辐射具有间歇性，空间分布又不断变化的能源，与常规能源有很大的区别，这就对太阳能收集和利用提出更高的要求。为了有效的利用太阳能，需采用聚焦、跟踪技术，其关键装置就是太阳能聚光器、跟踪传动机构、自动控制系统。
[0003]目前，常用的跟踪方式:时钟跟踪，光电跟踪。时钟跟踪是根据太阳有迹可循的运动规律，通过计算每个时刻太阳位置来驱动机构实时跟踪太阳。光电跟踪是采用光敏电阻、光敏三极管或硅光电池等元件作为传感元件，光电传感器一般以对称结构安装在太阳能系统固定位置，当阳光入射产生偏离时，光电传感器会因光照度不同而产生不同的电信号，通过传感器放大电路处理后得到相应信号来驱动执行机构动作，调整太阳能装置实现跟踪。第一种方法的优点是跟踪不受天气的影响，缺点是在不同的地理位置需要重新设置跟踪系统参数，而且跟踪存在累计误差。第二种方法的优点是控制参数和地理位置无关，且跟踪没有误差，缺点是易受天气干扰。
[0004]上述问题是在太阳能的利用过程中应当予以考虑并解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制方法，针对第一种跟踪方法会出现的累计误差，改用记忆式跟踪代替，解决了传统跟踪存在累积误差的问题，跟踪精度尚，可靠性尚，米能效率得到大幅提尚，解决现有技术中存在的或存在累计误差或易受天气干扰的问题。
[0006]本发明的技术解决方案是:
[0007]—种记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制方法，包括:
[0008]S1、初始化并启动看门狗WDT;
[0009]S2、根据外部功能选择开关选择进入自动模式还是手动模式，选择手动模式下，SP可手动调节碟式太阳能聚光碟，不往下继续执行;选择自动模式继续执行下一步骤；
[0010]S3、选择自动模式下，判断当前时间是否在跟踪时间区间，如当前时间在跟踪时间区间内，进行低压检测，在电源电压处于低压或者断电的情况下，进行低压检测中断，跟踪系统停止工作；当电源电压正常时需要对之前错过的跟踪通过快速调整跟踪系统进行补偿；
[0011]S4、在电源电压正常时进入正常跟踪状态，在电源电压高于门槛电压的情况下，根据检测光的强度与阀值的比较，选择进行光电跟踪或记忆跟踪，在光的强度达到阈值时，选择光电跟踪;否则，进行记忆跟踪;并依据实时检测值进行自动切换；
[0012]S5、如当前时间不在跟踪时间区间内，进入空闲节能模式；当时间进入到复位时间时，跟踪系统实现复位处理，并在复位完成后，跟踪系统进入空闲节能模式;在处于空闲节能模式时，由看门狗WDT间断的唤醒系统以确定是否已进入跟踪时间区间内。
[0013]进一步地，步骤S4中，在阳光充足时，即光的强度达到阈值时，进行光电跟踪，具体为:太阳光线和跟踪系统的光轴之间的偏差超过设定值时，进行调节实现对太阳的实时跟踪;每间隔设定时间进行记录更新。
[0014]进一步地，每间隔设定时间进行记录更新，具体为:统计该时间段内驱动方位角步进电机和高度角步进电机所走的步数并根据时间先后记录下来，计算单片机控制器的EEPROM扇区的地址，读取所在扇区的数据，修改读出的数据，扇区擦除并重新写入更新后的数据。
[0015]进一步地，步骤S4中，若阳光不足时，即光的强度未达到阈值时，进行记忆跟踪，具体为:按照当前时间每间隔设定时间从储存器中按序读出记录下来的数据信号，送给方位角步进电机驱动电路和高度角步进电机驱动电路接收处理，驱动方位角步进电机和高度角步进电机运作调整聚光碟朝向。
[0016]进一步地，在步骤S4中，检测光的强度与阀值的比较，具体为:根据四象限太阳光探测器获得光强、方位角和高度角检测信号，并将所得检测信号发送给检测信号处理电路；检测信号处理电路将四象限太阳光探测器所得检测信号进行比较处理后，发送给带有EEPROM的单片机控制器;带有EEPROM的单片机控制器依据获得检测信号中的光强，实现对记忆跟踪与光电跟踪的选择，在光的强度达到阈值时，选择光电跟踪，否则选择记忆跟踪。
[0017]进一步地，步骤S3中，低压检测中断具体为:首先对当前的运行数据进行保护，SP把最新数据写入到EEPROM中进行存放；同时设置低压检测标志，当低压接触后系统根据该低压标志来确定是否要进行快速调整跟踪系统，之后清零低压标志位，再次读取低压检测标志位并判断，低压是否结束;若结束，则中断返回;反之，继续查询低压是否解除。
[0018]进一步地，步骤S2中，看门狗WDT具体为:设置看门狗控制寄存器，每隔设定时间喂狗一次，若没有及时喂狗，则看门狗将会强制系统复位后正常工作。
[0019]进一步地，步骤S2中，手动模式是在初次安装或者跟踪系统出现异常时，手动调试使用;在手动模式下，根据外部功能按键，控制聚光碟向东、南、西或北四个方向转动。
[0020]本发明的有益效果是:
[0021 ] 一、本发明对碟式太阳能聚光碟进行光电跟踪控制和记忆跟踪，并实时检测太阳光强度是否超过设定的门槛值，来进行光电跟踪控制和记忆跟踪控制的相互切换，从而使该方法在阳光不充足的情况下仍然可以稳定工作，并增加了手动模式，方便手动调试。
[0022]二、本发明增加低压检测中断，保证在系统断电前，程序对关键数据加以保护。
[0023]三、本发明增加了看门狗WDT控制，防止系统运行过程中遇到干扰而产生程序跑飞的现象，增加了系统可靠性。
[0024]四、本控制方法能在短时间内迅速使太阳能聚光碟转动到指定位置，解决了传统跟踪存在累积误差的问题，跟踪精度高，可靠性高，采能效率得到大幅提高。
【附图说明】
[0025]图1是本发明记忆式碟式太阳能聚光碟的跟踪控制方法的流程示意图。
[0026]图2是实施例中光电跟踪的流程示意图。
[0027]图3是实施例中记忆跟踪的流程示意图。
[0028]图4是实施例中低压检测中断的流程示意图。
[0029]图5是实施例中记忆式碟式太阳能聚光碟的跟踪控制系统的结构示意图。
[0030]图6是实施例中记忆式碟式太阳能聚光碟的跟踪控制系统的说明框图。
[0031]图7是实施例中四象限太阳光探测器的结构示意图。
[0032]其中:1-立柱，2-聚光碟，3-高温保护板，4-光斑开口，5-集热器安装座，6_四象限太阳光探测器，7-托架；
[0033]61-跟踪光敏传感器一，62-跟踪光敏传感器二，63-不透明隔板，64-不透明柱，65-安装底座。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
[0035]实施例的一种记忆式碟式太阳能聚光碟的跟踪控制方法，克服了现有技术的不足，提供了一种在光线突然变弱的情况下仍然可以使太阳光聚光碟保持稳定的跟踪控制方法。
[0036]实施例
[0037]—种记忆式碟式太阳能聚光碟的跟踪控制方法，如图1，包括以下步骤:
[0038]S1、进行初始化，具体包括:A/D转换、系统时钟、中断系统、低压检测标志位、各种变量初始化并启动看门狗。
[0039]S2、根据外部功能选择开关选择进入自动模式还是手动模式。据外部功能选择开关选择进入自动模式还是手动模式。在手动模式下，即可手动调节碟式太阳能聚光碟2。手动模式下，不往下执行。
[0040]其中，步骤S2中，手动模式是在初次安装或者跟踪控制系统出现问题时，手动调试使用。在手动模式下，系统根据外部功能按键，控制聚光碟2向东南西北四个方向转动。手动模式下，程序不执行。
[0041]S3、在自动模式下，如果时间在早上7点到下午17:00之间。进行低压检测，在低压或者断电的情况下，进行低压检测中断，跟踪系统停止工作；当电源正常时需要对之前错过的跟踪进行补偿，快速调整跟踪系统。
[0042]低压检测中断程具体为:当检测到电源进入低压状态时，首先要对电机当前的运行数据进行保护，即把最新数据写入到EEPROM中进行存放。同时设置低压检测标志，当低压接触后系统好根据该标志来决定是否要进行快速调整跟踪系统。之后清零低压标志位，再次读取LVDF标志位并判断，低压是否结束。若结束，则中断返回；反之，继续查询低压是否解除。
[0043]S4、在电源电压正常时进入正常跟踪状态。在电压高于门槛电压的情况下，根据光的强度与阀值的比较确定当前是进行光电跟踪还是进行记忆跟踪。两种跟踪可以自由切换。
[0044]若阳光充足时，进行光电跟踪:太阳光线和跟踪系统光轴之间的偏差超过一定值时，进行调节实现对太阳的实时跟踪;每间隔2分钟进行记录更新，具体为:统计该时间段内驱动方位角步进电机和高度角步进电机所走的步数并根据时间先后记录下来，计算单片机控制器的EEPROM扇区的地址，读取所在扇区的数据，修改读出的数据，扇区擦除并重新写入更新后的数据。
[0045]若阳光不足时，进行记忆跟踪:按照当前时间每间隔2分钟从储存器中按序读出记录下来的数据信号，送给方位角步进电机驱动电路和高度角步进电机驱动电路接收处理，驱动方位角步进电机和高度角步进电机运作调整聚光碟2朝向。
[0046]实施例以光电跟踪为主，记忆跟踪为辅。判断阳光是否充足:如图6，根据四象限太阳光探测器6获得光强、方位角和高度角检测信号，并将所得检测信号发送给检测信号处理电路。检测信号处理电路将四象限太阳光探测器6所得检测信号进行比较处理后，发送给带有EEPROM的单片机控制器。带有EEPROM的单片机控制器依据获得检测信号中的光强，实现对记忆跟踪与光电跟踪的选择，在光强满足设定条件时，选择光电跟踪，否则选择记忆跟足示O
[0047]方位角与高度角的检测是根据四象限太阳光探测器6产生偏差的电信号通过检测信号处理电路传送给带有EEPROM的单片机控制器进行处理判断方位角和高度角是否需要调整，并驱动电机动作。如图7，四象限太阳光探测器6包括两个用于测量方位角和/或光强的跟踪光敏传感器一 61、两个用于测量高度角和/或光强的跟踪光敏传感器二 62，跟踪光敏传感器一 61与跟踪光敏传感器二 62环绕不透明柱64交替间隔设置。相邻的跟踪光敏传感器一61与跟踪光敏传感器二 62间设有不透明隔板63。
[0048]S5、如果时间超出7:00到17:00的范围，为节省系统能耗让系统进入空闲模式，由看门狗WDT间断的唤醒系统以确定是否已进入跟踪时间区间内。当时间进入到晚上20:00时，开始让跟踪系统实现复位处理，以便为第二天早上的太阳跟踪做准备。跟踪完成后，系统继续进入空闲模式以节约能耗。
[0049]空闲节能模式具体为:进入到下午17:00以后，跟踪系统将固定在某一位置，不再需要对光电检测电路进行采样，单片机的A/D转换的电源可以关闭。步进电机驱动器可通过其使能信号端切断电机的相电流。在夜间还可以让系统进入空闲模式以减少单片机系统的功耗。
[0050]实施例对碟式太阳能聚光碟2进行光电跟踪控制和记忆跟踪，并实时检测太阳光强度是否超过设定的门槛值，来进行光电跟踪控制和记忆跟踪控制的相互切换，从而使该方法在阳光不充足的情况下仍然可以稳定工作。该方法能在短时间内迅速使太阳能聚光碟2转动到指定位置，解决了传统跟踪存在累积误差的问题，跟踪精度高，可靠性高，采能效率得到大幅提高。并增加了手动模式，方便手动调试。
[0051]实施例增加了看门狗WDT控制，防止系统运行过程中遇到干扰而产生程序跑飞的现象。看门狗WDT具体如下:设置看门狗控制寄存器，每隔一定的时间喂狗一次。在溢出时间到来之前的喂狗则可保证系统不会由看门狗WDT重新启动，若没有及时喂狗，系统则认为程序跑飞或已经死机，看门狗将会强制系统复位后正常工作。在看门狗还没有让系统复位之前，就重新让其从零开始工作并启动，防止单片机在正常情况下被看门狗复位。
[0052]图2是本发明光电跟踪模式流程图。首先对四个方位的光电传感器电路依次进行数字釆样，之后根据采样值的大小经光强检测电路对太阳光线强弱进行判别。若全部小于一定值，则说明天气状况不好，系统进入到记忆跟踪模式下工作;若任意一路大于设定值，则进入到光电跟踪模式。若东西方位传感器电路采集到的数据差值绝对值超过设定阀值，则对电机进行调整，而电机工作方向则取决于数据差值的的正负；若电机差值的绝对值在设定阀值范围内，则说明跟踪正常，不需对电机进行调整。南北方位传感器电路采集到的数据亦采取同样的处理。
[0053]为了使得在天气不好时，记忆跟踪模式能够以最优的姿态跟踪太阳，需要对在光电跟踪时每隔一段时间就对电机的状态进行记录。具体操作过程如下:设定为每2分钟记录一次，在第I分59秒时进行两组电机脉冲组数数据的记录。如果时间没到则此次不做数据记录更新，若正好时间到，则首先需要根据当前时间计算出现在所应操作的扇区地址。其次，根据扇区地址，读出先前存放在扇区的所有数据，对读出的数据根据时间顺序对相应数据进行修改。再次，对扇区整体擦除。最后，把更新后的数据编程写入该扇区。
[0054]图3是本发明记忆跟踪模式流程图。在这种模式下，首先要读取时钟电路的时间信息，之后根据时间信息确定是否现在要读取数据每隔2分钟读取一次。读取数据的时间点定在2分钟里的第2个59秒进行，在读出的扇区数据中要找到当前所需的数据，找到所需要的数据后，控制电机在两个方向上的调整。
[0055]实施例增加低压检测中断，保证在系统断电前，对关键数据加以保护。图4是低压检测中断程序流程图。当系统检测到电源进入低压状态时，首先要对电机当前的运行数据进行保护，即把最新数据写入到EEPROM中进行存放。同时设置低压标志，当低压接触后系统好根据该标志来决定是否要进行快速调整跟踪系统。之后清零低压标志位，再次读取LVDF标志位并判断，低压是否结束。若结束，则中断返回;反之，继续查询低压是否解除。
[0056]图5是记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制系统的结构图，包括聚光碟2、高温保护板3、记忆式太阳能跟踪控制器，聚光碟2活动连接在立柱I的端部，立柱I还设有托架7，托架7设有高温保护板3、集热器安装座5，高温保护板3的中心开有光斑开口 4，聚光碟2与集热器安装座5分设于高温保护板3的两侧。
[0057]如图6，记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制系统包括四象限太阳光探测器6、检测信号处理电路、带有EEPROM的单片机控制器、跟踪模块，四象限太阳光探测器6设于聚光碟2上，四象限太阳光探测器6通过检测信号处理电路连接带有EEPROM的单片机控制器，带有EEPROM的单片机控制器连接有跟踪模块，跟踪模块包括记忆跟踪单元、光电跟踪单元，跟踪模块分别连接有方位角步进电机驱动电路、高度角步进电机驱动电路，方位角步进电机驱动电路连接有用于调节聚光碟2的方位角步进电机，高度角步进电机驱动电路连接有用于调节聚光碟2的高度角步进电机。
[0058]图7是实施例采用四象限太阳光探测器6的优选示例。如图7，四象限太阳光探测器6，四象限太阳光探测器6由呈十字的4个光敏传感器组成。其中，左右相对的两个跟踪光敏传感器一 61用于测量方位角并与方位角电流信号模块相连，上下相对的两个跟踪光敏传感器二 62用于测量高度角并与高度角电流信号模块相连，而其中跟踪光敏传感器一 61、跟踪光敏传感器二 62都可用于测量光强并与光强检测模块相连。4个光敏传感器之间有不透明隔板63和近似正方不透明柱64进行隔开，并安装在底座65上。
【主权项】
1.一种记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制方法，其特征在于，包括: 51、初始化并启动看门狗WDT; 52、根据外部功能选择开关选择进入自动模式还是手动模式，选择手动模式下，即可手动调节碟式太阳能聚光碟，不往下继续执行;选择自动模式继续执行下一步骤； 53、选择自动模式下，判断当前时间是否在跟踪时间区间，如当前时间在跟踪时间区间内，进行低压检测，在电源电压处于低压或者断电的情况下，进行低压检测中断，跟踪系统停止工作；当电源电压正常时需要对之前错过的跟踪通过快速调整跟踪系统进行补偿； 54、在电源电压正常时进入正常跟踪状态，在电源电压高于门槛电压的情况下，根据检测光的强度与阀值的比较，选择进行光电跟踪或记忆跟踪，在光的强度达到阈值时，选择光电跟踪;否则，进行记忆跟踪;并依据实时检测值进行自动切换； 55、如当前时间不在跟踪时间区间内，进入空闲节能模式；当时间进入到复位时间时，跟踪系统实现复位处理，并在复位完成后，跟踪系统进入空闲节能模式;在处于空闲节能模式时，由看门狗WDT间断的唤醒系统以确定是否已进入跟踪时间区间内。2.如权利要求1所述的记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制方法，其特征在于，步骤S4中，在阳光充足时，即光的强度达到阈值时，进行光电跟踪，具体为:太阳光线和跟踪系统的光轴之间的偏差超过设定值时，进行调节实现对太阳的实时跟踪;每间隔设定时间进行记录更新O3.如权利要求2所述的记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制方法，其特征在于，每间隔设定时间进行记录更新，具体为:统计该时间段内驱动方位角步进电机和高度角步进电机所走的步数并根据时间先后记录下来，计算单片机控制器的EEPROM扇区的地址，读取所在扇区的数据，修改读出的数据，扇区擦除并重新写入更新后的数据。4.如权利要求1-3任一项所述的记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制方法，其特征在于，步骤S4中，若阳光不足时，即光的强度未达到阈值时，进行记忆跟踪，具体为:按照当前时间每间隔设定时间从储存器中按序读出记录下来的数据信号，送给方位角步进电机驱动电路和高度角步进电机驱动电路接收处理，驱动方位角步进电机和高度角步进电机运作调整聚光碟朝向。5.如权利要求1-3任一项所述的记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制方法，其特征在于，在步骤S4中，检测光的强度与阀值的比较，具体为:根据四象限太阳光探测器获得光强、方位角和高度角检测信号，并将所得检测信号发送给检测信号处理电路;检测信号处理电路将四象限太阳光探测器所得检测信号进行比较处理后，发送给带有EEPROM的单片机控制器;带有EEPROM的单片机控制器依据获得检测信号中的光强，实现对记忆跟踪与光电跟踪的选择，在光的强度达到阈值时，选择光电跟踪，否则选择记忆跟踪。6.如权利要求1-3任一项所述的记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制方法，其特征在于，步骤S3中，低压检测中断具体为:首先对当前的运行数据进行保护，即把最新数据写入到EEPROM中进行存放；同时设置低压检测标志，当低压接触后系统根据该低压标志来确定是否要进行快速调整跟踪系统，之后清零低压标志位，再次读取低压检测标志位，并判断，低压是否结束;若结束，则中断返回;反之，继续查询低压是否解除。7.如权利要求1-3任一项所述的记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制方法，其特征在于，步骤S2中，看门狗WDT具体为:设置看门狗控制寄存器，每隔设定时间喂狗一次，若没有及时喂狗，则看门狗将会强制系统复位后正常工作。8.如权利要求1-3任一项所述的记忆式碟式太阳能聚光碟跟踪控制方法，其特征在于，步骤S2中，手动模式是在初次安装或者跟踪系统出现异常时，手动调试使用；在手动模式下，根据外部功能按键，控制聚光碟向东、南、西或北四个方向转动。
【文档编号】G05D3/20GK105892500SQ201610393768
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】吴昊, 郑健, 朱正林
【申请人】南京工程学院