基于北斗授时的太阳能跟踪汇集装置

刘奥龙 帅宇杰 沙鑫宽 李奇恩 金永星

（上海电机学院 上海市浦东新区 201306）

基于北斗授时的太阳能跟踪汇集装置

刘奥龙 帅宇杰 沙鑫宽 李奇恩 金永星

（上海电机学院 上海市浦东新区 201306）

随着硅晶技术的发展与日渐成熟，太阳能发电被广泛的应用在商业、农业、生活等各个方面。给我们的生活带来了极大的便利。本文提供了一种基于北斗授时的太阳能跟踪汇集装置，通过北斗的授时定位，控制电机的驱动，让太阳能发电装置能够较好的跟踪太阳光照的方向，从而达到对太阳能的有效利用[1]。

太阳能；北斗授时定位

1 引言

随着近年来硅晶技术的发展与日渐成熟，太阳能发电被广泛的应用于商业、生活等各个方面。但相对于国外来说，国内的太阳能跟踪装置发展相对薄弱。随着将来太阳能发电的大力发展。太阳能的利用率也将会成为一个至关重要的作用。而基于北斗授时的太阳能跟踪汇集装置将在一定程度上较好的提高太阳能的利用率，有着很大的发展空间。

2 系统功能

本文所述基于北斗授时定位的太阳能跟踪汇集装置总体思路是通过嵌入式硬件与北斗模块通讯获取太阳能板所在位置和当前时间，北斗导航系统拥有更高的授时定位精度和更短的授时定位时间且更加安全，再通过太阳定位算法实时计算出太阳方位角和高度角，最终由步进电机驱动器来驱动双轴电机调整太阳能电池板以最大角度接受太阳能，实现追光。

3 系统框架设计

本设计控制方式通过MCU控制模块作为核心，由北斗通讯模块作为方向指挥来控制电动机的转向，就是由北斗模块定位太阳的位置，信号传递给MCU控制模块后，经过计算来将下一步信号分别传递给高度角步进电动机驱动器和方向角步进电动机驱动器，通过驱动电动机完成时刻跟踪太阳位置，达到任何时刻都能接受最大太阳能的目的。北斗授时的太阳能跟踪汇集装置工作流程图如图1所示。

图1 北斗授时的太阳能跟踪汇集装置工作流程图

4 硬件电路设计

本系统以嵌入式系统作为硬件平台，按功能分为电源模块、MCU控制模块、北斗通讯模块及步进电动机驱动模块。

4.1 电源模块

本装置使用交流220V电源供电，经变压器得到18V交流电源供电动机使用，再通过稳流和三端稳压集成电路，LM7805稳压后得到5V供电电压。

4.2 MCU控制模块

MCU控制模块采用天嵌科技公司的TQ2440嵌入式系统，其主要外围电路包括复位电路、时钟电路、JTAJ电路及供电电路。MCU控制模块分别通过UART口和通用I/O端口与北斗通讯模块、步进电动机驱动模块连接。

4.3 北斗通讯模块

本装置使用和芯星通公司UM220芯片[2]，接收北斗卫星的数据信息，获取地理位置和时间信息。采用UM220芯片有以下优点：

（1）同时能支持BD2 B1，GPS L1两个频点；

（2）芯片集成度高，功耗小；

（3）通过芯片内部算法优化，定位精度为3m左右，时间精度为20nm，测速精度为0.1m/s，完全满足系统使用要求。

4.4 步进电动机驱动模块

本装置使用86BYC250A步进电动机。S3C2440通过提供两路脉冲（CLK）、方向（DIR）和使能（EN）信号为配套的86型步进电动机驱动器驱动。

5 结语

本装置使太阳能发电跟踪装置能够较好跟踪太阳光照的方向，让太阳能更加有效、便捷的被利用。使用相同的太阳能追光算法基础上，基于北斗授时的太阳能跟踪汇集装置比较于传统的GPS定位而言，有着更快的响应速度。同时作为中国自主研发的定位系统，核心技术让北斗芯片比GPS拥有更安全、更低价的前景[3]。

课题项目：2015年度上海大学生创新活动计划课题（A1-5701-15-012-01-005）。

[1]赵争鸣，陈剑，孙晓瑛.太阳能光伏发电最大功率点跟踪技术[J].电子工业出版社，2012（4）.

[2]和芯星通科技有限公司.UM220用户手册[EB/OL].[2014-01-13].

[3]杨元喜.北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J].测绘报，2010，39（1）：1～6.

TM914.4

A

1004-7344（2016）01-0302-01

2015-12-20