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时间，传感器会检测到不同光照强度，控制器会根据 传感器所检测的信号，控制系统进行追踪。但是，光 电追踪方式存在着严重的不足，由于一般的传感器 受环境影响比较大，如果是晴朗的天气，系统能够正 常工作，若有乌云对太阳光会产生遮挡，传感器所接 收到的太阳光强度就会发生改变，使系统无法正确 地追踪，使系统的接收率下降。如果是在没有太阳 光的阴天，系统也不能够做出正确的追踪。 1． 2 视日轨迹追踪
摘 要： 随着太阳能的广泛应用，传统的固定式太阳能接收不能够实时有效地接受到最多的太阳能。太阳能 追踪系统就能够弥补这一缺点。由于不同方式和不同控制器的控制追踪效果不同，所以选择一款最合适的太 阳能追踪系统十分重要。首先介绍了三类不同的追踪方式，然后比较了一些常见的基于不同控制器的太阳能 追踪系统，最后通过分析 logo 控制器、PLC 和单片机的优缺点分别得出了一些结论。 关键词： 单片机； PLC； 太阳能追踪系统； 光电检测追踪 中图分类号：TM615 文献标识码：A doi：10． 3969 / j． issn． 1672 － 4305． 2014． 05． 017
/ /中间的 0 号光敏
电阻是否正对光源
else
｛
/ /0 号光敏电阻没
有正对光源，则要根据四周的 4 个光敏电阻来判断电机应运
太阳能追踪系统如果按检测方式来分，主要分 为三大类：第一类是光电检测方式追踪，第二类是视 日轨迹追踪，第三类是光电检测和视日轨迹相结合 的追踪方式。 1． 1 光电检测追踪
光电检测追踪方式是一种闭环的随机系统。主 要是由光电传感器和控制器等构成，由光电传感器 对太阳光进行检测，经过对光信号处理后，转化为电 信号，再由控制器进行处理和控制追踪。在不同的
图 4 追踪部分程序图
设置，这 样 才 能 够 精 确 地 对 太 阳 进 行 追 踪。 BOO3 和 BOO4 能够保证系统在周定时器和模拟量比较器 同时作用在一个上才能发出信号使电机转动。
这套模拟系统能够在一般环境下正常的运行， 但是经常出现系统控制“失灵”情况，在没有太阳的 天气下，容易产生误动，使系统不能够正常追踪。系 统已经将限位开关设计到追踪器中，限位开关能够 在系统产生误动时对系统起到保护作用。
视日轨迹追 踪 方 式 属 于 开 环 控 制 系 统［2］。 视 日追踪方式又可以根据系统的轴数分为单轴和双轴 两种。
单轴追踪是单轴能够转动，能够在南北向或者 东西向转动。当转轴南北布置的时候，太阳能接收 器能够在东西方向的平面内转动，如图 1 所示。根 据当地的太阳角度变化，计算出电机转动的速度，使 接收器尽可能地接收到最多的太阳能。单轴追踪系 统的优点就是结构简单，但是由于系统不能够对太 阳进行全方位追踪，所以单轴追踪方式并不是理想 有效的追踪方式。
1 太阳能追踪系统简介与分类
在世界能源如此紧张的今天，开发和利用新能 源对创建能源节约型、环境友好型社会具有重要意 义。在目前和未来，太阳能的利用和发展是最具有 较好市场前景的。太阳能作为一种取之不尽、用之 不竭的免费能源，具有密度平均、间歇性及强度和方 向不确定等特点，给人类直接使用太阳能增加了很 大的难度［1］。
在没有出现高效率的太阳能吸收材料之前，能 够自动、精确地追踪太阳照射角度的太阳能追踪系 统能够大大地提高对太阳能的接收效率，提高对太 阳能的利用率。
太阳能自动追踪系统不仅仅只是应用在能源发 电传热方面，在气象侦测、高空检测等方面都有广泛 的应用领域。
传统的太阳光热能集热器和光伏发电系统大多 采用的是固定式安装，无法实现每时每刻都接收到
陈子坚，等：基于不同控制器的太阳能追踪系统介绍与比较
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作为控制器是远远不够的。 2． 2 基于单片机的太阳能追踪系统
近几年的研究中，单片机被广泛地使用到太阳 能追踪系统中。无论是从控制的灵活性还是从经济 方面考虑，单片机在所有控制器中占有很大的优势。
使用单片机作为追踪系统的控制器，需要对追 踪系统的各个模块进行设计，主要有：光电信号转换 模块、电机驱动模块、时钟模块、显示模块等等。
复杂的追踪运动过程，是一种较为理想的控制器。
其中追踪部分程序如下：
While（1）
｛
ADZHUAN（ ） ；
/ / 调用 AD 转换
子程序
if（ （ tmp［1］＆＆（ tmp［2］＞ tmp［0］＆＆（ tmp［3］＞ tmp
［0］） ＆＆（ tmp［4］＞ tmp［0］） ）
delayms（60000） ；
天气、云朵遮挡等外界因素的影响，使系统误动，当 追踪系统出现错误追踪时，能够及时地做出调整，这 样就能够大大提高太阳能追踪系统接收太阳能的接 收效率。
2 基于三种不同控制器的太阳能追踪系统
基于不同控制理论与控制器的太阳能追踪系 统，主要实验了三种追踪方式。 2． 1 基于 LOGO！ 的太阳能跟踪系统
图 1 单轴东西追踪
双轴追踪又可以分为两种：极轴式全追踪和高 度 － 方位角式追踪，这两种追踪方式精度都比较高， 结构相对单轴的较复杂。双轴追踪可以对太阳在各 个方位进行追踪，能够对太阳能的接收效率进一步 提高。 1． 3 光电检测和视日轨迹相结合追踪
与光电检测追踪相比较，视日轨迹追踪系统的 稳定性比较 好，这 种 方 式 不 受 天 气、光 线 强 度 的 影 响，都能够正常运转，但是由于各个地方的角度数据 不能够保证十分精确，对系统追踪的精确大打折扣。 如果将光电检测追踪和视日轨迹追踪相结合，取长 补短，这样既能够保证系统的灵活性又能够保证系 统的稳定性。两者相结合起来的追踪系统不会受到
Introduction and comparison of solar tracking system based on different controllers
CHEN Zi － jian，YANG Hua － dong
（ College of Electric and Energy，Tianjin Sino － German Vocational Techniacal College，Tianjin 300350，China）
使用 LOGO！ 作为控制器只能在简单的追踪系 统中使用，在需要精确追踪的情况下，使用 LOGO！
图 6 传感器工作原理
由于单片机的编程比较灵活，所以使用单片机 作为控制器时，能够很容易地实现光电追踪和视日 轨迹追踪相结合。这样即使在太阳光不够强烈，光 敏电阻不能精确检测的时候也能够追踪到太阳的 方向。
图 2 LOGO！ 太阳能发电仿真系统
仿真系统由 LOGO！ 控制器、太阳能电池板、光 电传感器、直流电机等元器件组成。此系统主要采 用光电追踪。光电传感器对两个相反方向的光线进 行检测，由 LOGO！ 控制器控制直流电机，使太阳能 电池板进行追踪。
图 3 所示为太阳能追踪系统的流程图，由此流 程图可以通过 LOGO！ 程序编写出如图 4 所示的程 序图。LOGO！ 控制器能够设定系统的开机时间和 关闭时间，这样就可以避免在夜间由于灯光的影响 使系统误动。图 4 中的 BOO5 为周定时器，能够设 定系统的工作周期和时间，使系统只在设定时间内 工作，AI 代表模拟量输入，BOO1 和 BOO2 为两个模 拟量比较器，AI 的值即为光电传感器所检测到的 值，分别传给两个模拟量比较器进行处理。在程序 设计时，需要对模拟量比较器进行设置，设置不同， 系统检测太阳能的灵敏度就不同。在系统运行之前 需要做大量的实验，找到对模拟量比较器最合理的
钟模块的时间，读取当前位置的经纬度。利用这个
时间和经纬度来计算当时的太阳高度角和太阳方位
角，每隔一段时间读取一次，计算一次太阳角度值，
同时计算出角度差，利用这个角度差来计算电机的
转动时间。
系统在每天早晨开始检测追踪，直到傍晚太阳
落山后，系统自动恢复到早晨初始状态。夜晚系统
自动进入休眠状态。单片机控制的系统能够实现较
ISSN1672 － 4305 CN12 － 1352 / N
实验室科学 LABOＲATOＲY SCIENCE
第 17 卷 第 5 期 2014 年 10 月 Vol. 17 No. 5 Oct. 2014
基于不同控制器的太阳能追踪系统介绍与比较
陈子坚，杨华栋
（ 天津中德职业技术学院 电气与能源学院，天津 300350）
实验系统使用 SIEMENS 的 LOGO！ 作为系统 的控制器。LOGO！ 的主要特点是功能强、易于操 作。LOGO！ 控制器本身集成有显示器，能够显示基 本参数和编程控制，无需外加显示器，还集成了定时 器、数字量和模拟量标志等［3］。
图 2 所示为基于 LOGO！ 控制器开发的太阳能 发电仿真系统。该系统可以简单地模拟太阳能追踪 系统的工作环境以及工作过程，并且能够动态监测 系统各部分的运行状态参数。
使用单片机作为控制器除了程序需要优化设 计，传感器模块的设计也是非常重要的一部分［4 － 5］。 光电传感器采用普通的光敏电阻，这种光敏电阻对 于普通的追踪设计能够实现比较精确的追踪。需要 更精确的追踪可以选择更加灵敏的光电传感器。
传感器模块需要多个光敏电阻组成，如图 5 所 示。必须有一个作为检测白天和黑夜的，一个检测 阴雨天气的，还需要至少五个作为太阳的方位追踪。 增加光敏电阻的数量可以提高追踪的精确度。
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我们首先制定了程序流程图，如图 7 所示，然后 根据流程图运用 C 语言编写了追踪程序。追踪程 序主要是比较 AD 各通道采集的信号，光信号经处 理转化为数字信号，经过程序比较判断，使控制器能 够根据程序的处理结果控制电机运动。
图 7 程序流程图
当系统检测到不是晴天的时候，系统就会进入
视日追踪模式。在这个追踪模式下，系统读取到时
最强的太阳光，系统不能够实现对太阳能的充分利 用。在 1997 年，就有美国人研制出了单轴的太阳能 追踪装置。经过十几年的发展，已经实现了太阳的 全方位追踪。
有研究表明，太阳能接收系统上是否使用追踪 装置，接收太阳能的接受率相差 37． 1% ，精确的太 阳追踪可使集热器或光伏组件的太阳能接受率大大 提 the wide application of solar energy，the traditional fixed solar receiver can not be real － time effective acceptance to the maximum of solar energy． However solar tracking system can compensate for this shortcoming． Due to different methods and different control tracking effect，it is very important to choose the most suitable solar tracking system． First，it describes three different tracking methods，and then compares some common solar tracking systems based on different controllers，finally made some conclusions respectively by analyzing the advantages and disadvantages of logo controllers， PLC and SCM． Key words： SCM； PLC； solar tracking system； photoelectric detection tracking