本發(fā)明涉及太陽能追蹤技術領域，尤其是涉及一種太陽能追蹤混合控制方法。

背景技術：

隨著人口的壓力和傳統(tǒng)能源的過度開發(fā)，新能源的研究開發(fā)已成為全世界的研究課題。太陽能作為一種綠色環(huán)保無污染能源已進入大眾的視線。太陽能追蹤裝置的應用主要是基于太陽高度在不同角度位置時光能吸收平臺是否達到高效運轉。

目前，太陽能追蹤裝置主要是采用的光電轉換，其轉換效率不僅受限于所使用的半導體材料，整個太陽能模塊系統(tǒng)設計對其效率也是有極大的影響。現(xiàn)有的太陽能追蹤系統(tǒng)的控制方法，對于太陽能追蹤系統(tǒng)的控制在夜晚也持續(xù)進行，這種長達全天的控制導致了能源的浪費，同時也大大縮短了太陽能追蹤系統(tǒng)的使用壽命，不適合廣泛推廣。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種太陽能追蹤混合控制方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種太陽能追蹤混合控制方法，用于根據(jù)太陽能追蹤系統(tǒng)的時鐘芯片和光電傳感器對太陽能追蹤系統(tǒng)進行混合控制，所述太陽能追蹤系統(tǒng)包括依次連接的太陽能聚焦平臺、步進電機和MCU主控器，所述太陽能聚焦平臺上設有行程限位開關觸發(fā)桿和行程限位開關，所述MCU主控器內(nèi)設有脈沖計數(shù)器、光電傳感器和時鐘芯片，所述方法包括下列步驟：

1)MCU主控器判斷太陽能追蹤系統(tǒng)是否需要初始標定，若是則進入步驟2)，若否則進入步驟3)；

2)MCU主控器控制太陽能追蹤系統(tǒng)進行初始標定，初始標定完成后進入步驟3)；

3)MCU主控器控制太陽能追蹤系統(tǒng)進入日常校準，日常校準完成后進入步驟4)；

4)MCU主控器控制太陽能追蹤系統(tǒng)進入工作模式，所述工作模式包括太陽能追蹤模式和夜晚節(jié)能模式，工作模式結束后返回步驟3)。

所述步驟2)中的初始標定具體為：

21)在太陽能聚焦平臺處于水平位置時，行程限位開關觸發(fā)桿對行程限位開關進行第一次觸發(fā)，脈沖計數(shù)器清零；

22)MCU主控器控制步進電機帶動太陽能聚焦平臺順時針轉動至行程限位開關觸發(fā)桿對行程限位開關第二次觸發(fā)，存儲此時脈沖計數(shù)器的計數(shù)值N；

23)MCU主控器控制步進電機帶動太陽能聚焦平臺逆時針轉動，脈沖計數(shù)器從零開始計數(shù)，在脈沖計數(shù)器的計數(shù)值達到N時，MCU主控器控制步進電機停止轉動，初始標定完成。

所述步驟3)中的日常校準具體為：

31)MCU主控器控制步進電機帶動太陽能聚焦平臺順時針轉動；

32)行程限位開關觸發(fā)桿觸發(fā)碰觸行程限位開關時，MCU主控器控制步進電機帶動太陽能聚焦平臺逆時針轉動，脈沖計數(shù)器從零開始計數(shù)；

33)脈沖計數(shù)器的計數(shù)值達到N時，MCU主控器控制步進電機停止轉動，日常校準完成。

所述步驟4)具體為：

41)MCU主控器控制讀取時鐘芯片，得到當前時間T(Y：M：D：H：M)，基于當前時間T(Y：M：D)，讀取存儲的太陽位置坐標得到當日太陽的升起時間(H1：M1)和降落時間(H2：M2)；

42)基于步驟41)得到的當日太陽升起時間和降落時間，限定太陽能追蹤系統(tǒng)的工作時間區(qū)間，并計算步進電機運行基準值slope；

43)根據(jù)步驟42)得到的太陽能追蹤系統(tǒng)的工作時間區(qū)間，判斷當前時刻太陽能追蹤系統(tǒng)的工作模式，若為太陽能追蹤模式則進入步驟44)，若為夜晚節(jié)能模式則進入步驟45)；

44)MCU主控器控制太陽能追蹤系統(tǒng)進入太陽能追蹤模式，并在太陽能追蹤模式結束后進入步驟45)；

45)MCU主控器控制太陽能追蹤系統(tǒng)進入夜晚節(jié)能模式，并在夜晚節(jié)能模式結束后返回步驟3)。

所述步進電機運行基準值slope具體為：

$slope=\frac{N}{H2\×60+M2-(H1\×60+M1)}$

其中，N為脈沖計數(shù)器的標定值。

所述太陽能追蹤模式具體為：

441)基于當前時刻T(H：M)和步進電機運行基準值slope，計算得到當前時刻應偏離水平位置的脈沖值MotorPulse_N0；

442)判斷MotorPulse_N0的值是否為正，若為正則MCU主控器控制步進電機帶動太陽能聚焦平臺逆時針轉動，若為負則MCU主控器控制步進電機帶動太陽能聚焦平臺順時針轉動；

443)脈沖計數(shù)器從零開始計數(shù)，當計數(shù)值MotorPulse＝|MotorPulse_N0|時，MCU主控器控制光電傳感器開啟，并根據(jù)光電傳感器修正MotorPulse_N0的值，MCU主控器根據(jù)修正的MotorPulse_N0的值，控制步進電機帶動太陽能聚焦平臺轉動糾偏；

444)記錄上一時刻的時間為T3(H3：M3)，3分鐘后更新時鐘芯片的時間T4(H4：M4)，計算得到當前時刻應偏離水平位置的脈沖值MotorPulse_N1；

445)比較MotorPulse_N0和MotorPulse_N1的大小，MCU主控器控制步進電機帶動太陽能聚焦平臺在MotorPulse_N0大時逆時針轉動，在MotorPulse_N1大時順時針轉動；

446)脈沖計數(shù)器從零開始計數(shù)，當計數(shù)值MotorPulse＝|MotorPulse_N0-MotorPulse_N1|時，MCU主控器控制光電傳感器開啟，并根據(jù)光電傳感器修正MotorPulse_N0的值，MCU主控器根據(jù)修正的MotorPulse_N0的值，控制步進電機帶動太陽能聚焦平臺轉動糾偏。

所述MotorPulse_N0具體為：

MotorPulse_N0＝slope×(12×60+0-(H×60+M))。

所述MotorPulse_N1具體為：

MotorPulse_N1＝slope×(H4×60+M4-(H3×60+M3))。

所述夜晚節(jié)能模式具體為：MCU主控器控制步進電機關閉，太陽能聚焦平臺停止轉動。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)通過時鐘芯片和光電傳感器的值對太陽能追蹤系統(tǒng)進行混合控制，與傳統(tǒng)太陽能追蹤系統(tǒng)相比，既通過時鐘芯片確保了追蹤的大致位置正確，又通過光電傳感器對追蹤位置進行了糾偏，追蹤精度高。

(2)通過對太陽能追蹤系統(tǒng)進行校準，可以讓系統(tǒng)在日常復位工作時更加高效可靠，提高了系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性。

(3)日常校準確保了系統(tǒng)斷電并重新上電后以及從夜晚節(jié)能模式切換為日常工作狀態(tài)時可以找到初始基準位置，確保了系統(tǒng)控制的精準性。

(4)初始標定已經(jīng)寫入后，除太陽能追蹤系統(tǒng)重新組裝等情況下，原則上無需再次操作，提高了使用的簡便程度。

(5)工作模式包含太陽能追蹤模式和夜晚節(jié)能模式，在白頭進入太陽能追蹤模式，在夜晚進入夜晚節(jié)能模式，避免了夜晚沒有太陽卻依舊工作導致資源浪費的情況，節(jié)省了能源，延長了系統(tǒng)的使用壽命。

(6)在太陽能追蹤模式時，系統(tǒng)根據(jù)光電傳感器更新計算值，根據(jù)實際情況修正了轉動的偏離誤差，進一步提高了太陽能追蹤的精確程度。

(7)整個方法只需要根據(jù)脈沖計數(shù)器、時鐘芯片和光電傳感器的計算即可自動實現(xiàn)，復位校準標定方法均操作簡單，便于實現(xiàn)推廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的具體流程圖；

圖2為太陽能追蹤系統(tǒng)的結構示意圖；

圖3為復位、校準和標定的方法示意圖；

圖4為本發(fā)明方法的主體流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

如圖4所示，本實施例提供了一種太陽能追蹤混合控制方法，用于控制太陽能追蹤系統(tǒng)進行太陽能追蹤，該太陽能追蹤系統(tǒng)包括依次連接的太陽能聚焦平臺、步進電機和MCU主控器，太陽能聚焦平臺上設有行程限位開關觸發(fā)桿和行程限位開關，MCU主控器內(nèi)設有脈沖計數(shù)器和時鐘芯片，該方法包括下列步驟：

步驟一：太陽能追蹤系統(tǒng)開機后，MCU主控器根據(jù)Mode0是否為1判斷進入初始標定與否；初始標定的目的為記錄兩次行程限位開關觸發(fā)區(qū)間內(nèi)的步進電機脈沖數(shù)N，同時寫入外部存儲芯片，以便系統(tǒng)進行日常校準；初始標定一經(jīng)寫入后除太陽能追蹤系統(tǒng)重新組裝等情況下原則上無需再次操作；

步驟二：MCU主控器根據(jù)Mode0的值是否為0判斷進入日常校準與否；日常校準的用途為確保系統(tǒng)斷電重新上電后以及從夜晚節(jié)能模式切換為日常工作狀態(tài)時可以找到初始基準位置；

步驟三：太陽能追蹤系統(tǒng)在初始標定獲日常校準后進入日常工作模式；通過讀取時鐘芯片，本實施例中為DS1302時鐘芯片切換夜晚節(jié)能模式還是太陽能追蹤模式；節(jié)能模式下關閉步進電機驅動供電；太陽能追蹤模式下以DS1302時鐘芯片為主導計算步進電機脈沖值，以光電傳感器為輔助，實現(xiàn)太陽能聚焦平臺微調(diào)，以使陽光照射經(jīng)過太陽能聚焦曲面后聚焦軸線在太陽能真空管上，實現(xiàn)對太陽能真空管聚焦；

步驟四：太陽能追蹤模式結束后進入夜晚節(jié)能模式，夜晚節(jié)能模式結束后進入日常校準模式，重復步驟二至步驟三。

初始標定過程中，位于太陽能聚焦平臺的底部和側邊的兩個行程限位開關觸發(fā)桿需要先后碰觸行程限位開關；當太陽能聚焦平臺處于水平位置時行程限位開關第一次觸發(fā)，同時脈沖計數(shù)器MotorPulse清零，步進電機帶動帶動太陽能聚焦平臺順時針轉動，當側邊行程限位開關觸發(fā)桿碰觸行程限位開關時，脈沖計數(shù)器MotorPulse記錄此段時間的脈沖數(shù)N同時把N寫入到存儲空間中保存起來；步進電機帶動帶動太陽能聚焦平臺逆時針轉動，脈沖計數(shù)器MotorPulse從零開始計數(shù)直到N停止MotorPulse＝0，Mode1＝1，初始標定結束，太陽能聚焦平臺位于水平位置，準備進入太陽能追蹤模式。

日常校準為保障系統(tǒng)斷電上電后以及從夜晚節(jié)能模式切換為日常工作狀態(tài)首先由步進電機帶動太陽能聚焦平臺順時針轉動，直至位于側邊的行程限位開關觸發(fā)桿碰觸行程限位開關時步進電機帶動帶動太陽能聚焦平臺逆時針轉動，脈沖計數(shù)器MotorPulse從零開始計數(shù)直到N停止MotorPulse＝0，Mode1＝1，日常校準結束，太陽能聚焦平臺位于水平位置，準備進入太陽能追蹤模式。

日常工作模式中，通過讀取DS1302時鐘芯片得到當前時間T(Y:M:D:H:M)，基于T(Y:M:D)，讀取位于外部存儲芯片的太陽位置角度坐標得到當日(Y:M:D)太陽升起降落時間(H1：M1、H2：M2)，通過計算的到步進電機運行基準值slope(脈沖值/每分鐘)：

$slope=\frac{N}{H2\×60+M2-(H1\×60+M1)}$

同時基于太陽升起降落時間限定太陽能聚焦平臺工作時間區(qū)間以決定當前時刻是位于夜晚節(jié)能模式還是太陽能追蹤模式，此時會有兩種情況：

情況一：此時處于夜晚節(jié)能模式，系統(tǒng)會關閉步進電機驅動供電以作節(jié)能，等待進入太陽能追蹤模式；

情況二：此時位于太陽能追蹤模式(此前時刻為夜晚節(jié)能模式或者統(tǒng)斷電重新上電經(jīng)過日常校準或者經(jīng)過初始校準)，基于當前時刻T(H：M)和slope(脈沖值/每分鐘)計算得出當前時刻應偏離水平位置的脈沖值MotorPulse_N0：

MotorPulse_N0＝slope×(12×60+0-(H×60+M))

當H大于12時即MotorPulse_N0為正時步進電機帶動太陽能聚焦平臺逆時針轉動，當H小于12時即MotorPulse_N0為負時步進電機帶動太陽能聚焦平臺順時針轉動，運動至使聚焦軸線在太陽能真空管上(當MotorPulse＝|MotorPulse_N0|時開啟光電傳感器，MCU主控器控制步進電機轉動，同時基于光電傳感器微調(diào)所引起的脈沖變化更新MotorPulse_N0值)。

此時便為太陽能追蹤系統(tǒng)開啟一天工作的時刻。

記錄上一時刻時間T為T3，3分鐘后更新一次DS1302時鐘芯片的時間T4＝T，計算得出當前時刻偏離水平位置的脈沖值MotorPulse_N1：

MotorPulse_N1＝slope×(H4×60+M4-(H3×60+M3))

此時MotorPulse_N0和MotorPulse_N1進行比較：當MotorPulse_N0大時太陽能聚焦平臺逆時針轉動，MotorPulse_N1大時太陽能聚焦平臺順時針轉動(當MotorPulse＝|MotorPulse_N0-MotorPulse_N1|時開啟光電傳感器，MCU主控器控制步進電機轉動，同時基于光電傳感器微調(diào)所引起的脈沖變化更新MotorPulse_N0值)。此種方法保證了陽光在正午時候自動對焦太陽能真空管此后太陽能追蹤系統(tǒng)基于DS1302時鐘芯片和光電傳感器實現(xiàn)太陽能追蹤模式直到進入夜晚節(jié)能模式，然后進入日常校準模式、太陽能追蹤模式。