一维自动位置校准的光伏电池控制装置设计

赵爱明　谢淑莲　李长青

摘要：从光电转换效率角度．提出基于PCII6F57微控制器和步进电机的一维自动校准光伏电池位置控制器装置方案．

关键词：光伏电池PCII6F57微控制器步进电机

中图分类号:TM571文献标识码B文章编号：1002-2422(2007)03-0015-2

1一维自动校准的位置控制器设计方案

根据生产要求和市场因素等诸多原因考虑，本系统主要满足低成本，高可靠性和低功耗的要求。为此选择了Microchip公司的廉价微型控制器PICl6F57，选择廉价的光敏电阻作为光敏传感器。

1．1系统基本设计方案

光敏传感器一整形电路，指示白天与黑夜；位置开关1一步进电机启动位置行程开关；位置开关2一步进电机停止位置行程开关。

1．2PICl6F57微控制器说明

PICl6F57微控制器是低成本、高性能、8位、全静态和基于闪存的CMOS单片机。它采用的RISC构架仅有33条单字／单周期指令。除需要两个周期的程序跳转指令之外，所有指令都是单周期指令。它的性能大大高于同等价位的其他产品。12位宽的指令具有高度的对称性，与同类的8位单片机相比，其代码压缩了两倍。易于使用和记忆的指令集，大大缩短了开发时间。

2工作流程及校准原理

2．1几何模型

图2中XOY平面为电池组所在平面，Z轴为太阳光线，假定太阳在YOZ旋转平面运行，控制器可以控制电池组平面XOY以X为轴线旋转。控制器基本要求就是保证太阳能电池组平面XOY在Y轴与太阳光线z轴始终保持同步。如果太阳开始升起时，初始调整平面XOY与太阳光线OZ垂直，当太阳绕OX在YOZ平面内旋转时，保持OY轴在平面ZOY内与太阳同步运动。所以在整个电池组工作的工程中，电池组平面与太阳光线基本保持在垂直位置。从而最大程度地提高了太阳能转化效率。

2．2工作步骤

高效率是设计的基本要求，整个系统中，步进电机的能量消耗相对最大，所以工作在最高效率下是设计的首要问题，其次就是介绍工作时间，增加系统休眠时间。

步进电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是步进电机诸多动态曲线中最重要的，也是步进电机选择的根本依据。混合式步进电机的典型运行矩频特性如图3所示。图3表明，在低频段(一般2kHz左右)，混合式电机有较高的输出力矩，且矩频特性较硬。当频率大于2kHz后，输出力矩随频率的增高快速下降。

所以，要维持步进电机保持最大的力矩和最高的功率输出，必须运行在一定的频率下，假定电机运行的理想角频率为ω，电机旋转的角位移为θ，设运行时间为τ，那么：τ=θ／ω，很显然τ远远小于实际运行时间，所以电机就只能工作在间歇模式。即如下流程按照如下节奏运行：运行S₁步-停止t₁秒-运行s₁步------停止t₁秒，如此往复运动，直到结束。

2．3

校准原理

设电机运行步数为s，每次运行的时间为t。，每次运行步数为S₁，总共运行的时间为t₁，实际上，根据前面介绍，当步进电机选定后，就已知了，当太阳能电池的齿轮支撑机构确定后，s也是确定的、已知的，校准问题成了求解方程的整数解的过程。由于HCl6F57程序存储空间少，并且只有33条RISC指令，要完成这样的运算几乎是不可能的，只能再考虑使用定点加减算法来实现，从这个角度来重新分析。把公式变形。那么有：

公式(4)和公式(5)就是本论文自动位置校准的原理。公式(4)表示白天光伏电池一遇到太阳光，步进电机从位置开关l开始正转，每走k步，时间自加一次，步数也自加一次，直至无太阳光照射为止，记下相应的时间t₁。和相应的步长s₁，(步进电机弧长)。当运行到位置开关2时，步进电机就停止了，等第二天再遇到太阳光时步进电机又开始工作，即反转。此时根据第一天记录的时间t。和步数s₁作为间隔，每走t₁步计时器加1，每走s₁。步计数器加1，直至K次后步进电机就遇到位置停止开关2结束，这过程可由公式(5)得知。

3结束语

本文所介绍的控制系统，在伊春已经通过实际使用。证明具有较好的实用价值和指导意义。