[發明專利]高空氣球電池標定用太陽跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201410179399.4
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN104007769A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 劉福才;趙陽;溫銀堂
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12;H02S50/15
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 李合印

技術領域

本發明涉及一種高空氣球電池標定用太陽跟蹤控制方法。

背景技術

當前的太陽自動跟蹤系統主要采用地面固定方式，只能適應地面環境和固定載體上運行，而運行在高空極端環境和搭載在移動氣球上的太陽自動跟蹤系統則研究較少，因此當前的太陽跟蹤系統在機械結構、使用環境、控制方法等方面不能夠滿足高空氣球太陽能電池標定試驗的科研需要。

發明內容

本發明的目的是克服現有太陽自動跟蹤系統技術中的不足，提供一種高空氣球電池標定用太陽跟蹤控制方法，其能夠在高空極端環境和移動氣球載體上實現太陽自動跟蹤，完成太陽能電池標定試驗。

為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：一種高空氣球電池標定用太陽跟蹤控制方法，太陽跟蹤控制系統主要由二維機械平臺、方位步進電機、俯仰步進電機、STM32控制板、四象限傳感器、跟蹤狀態檢測傳感器、電子羅盤、GPS和上下限位開關組成；

控制方法具體過程如下：

a.太陽跟蹤控制系統采用四象限傳感器跟蹤和視日運動算法軌跡跟蹤兩種跟蹤方式，以四象限傳感器跟蹤為主，視日運動軌跡算法跟蹤為輔；當四象限傳感器出現故障無法工作時，可通過地面控制指令，切換到視日運動軌跡算法跟蹤方式，以確保跟蹤控制系統正常工作；

b.四象限傳感器跟蹤方式過程是，通過四象限傳感器檢測太陽光強，其光電信號經由STM32控制板采集并處理，計算出太陽相對于標定板位置坐標，STM32控制板依據坐標發出方向和脈沖信號，控制方位和俯仰步進電機執行相應動作，最終達到動態追蹤太陽的目的；

c.視日運動算法軌跡跟蹤方式過程是，通過電子羅盤接口電路獲取太陽能電池標定板朝向角度，通過GPS獲取系統當前的經度、緯度、海拔及時間信息，STM32控制板通過視日運動軌跡算法計算出太陽高度角及方位角，發出控制信號，調節方位及俯仰步進電機，達到追蹤太陽的目的；

d.太陽跟蹤控制系統除設有主程序外，還設有自動搜尋太陽子程序、跟蹤點附近防抖動子程序、高速返回三圈子程序，以保證高空太陽跟蹤的精度及可靠性；

e.太陽跟蹤控制系統通過無線電進行遠程遙控，通過其發出命令控制太陽跟蹤控制系統啟動和停止；同時地面可接收跟蹤狀態檢測傳感器信號，判斷太陽跟蹤情況，依此對太陽跟蹤控制系統跟蹤方式進行選擇；

f.通過CR1000采集并存儲跟蹤狀態檢測傳感器及被標定太陽能電池的輸出信號、環境溫度、濕度、氣壓、吊籃內溫度等信號。

附圖說明

圖1是本發明高空氣球電池標定用太陽跟蹤控制系統結構圖；

圖2是本發明太陽跟蹤控制板電路示意圖；

圖3是太陽跟蹤控制系統控制方法流程圖；

圖4是四象限傳感器跟蹤流程圖；

圖5是視日運動算法跟蹤流程圖；

圖6是自動搜尋太陽程序流程圖；

圖7是跟蹤點附近防抖動程序流程圖；

圖8是高速返回三圈程序流程圖；

圖9是本發明實施例氣球平飛階段跟蹤狀態檢測信號隨時間變化曲線。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述：

如圖1所示是本發明高空氣球電池標定用太陽跟蹤控制系統結構圖，太陽跟蹤控制系統主要由二維機械平臺、方位步進電機、俯仰步進電機、STM32控制板、四象限傳感器、跟蹤狀態檢測傳感器、電子羅盤、GPS和上下限位開關組成。二維機械平臺包括水平承載板和太陽能電池標定板，其對各種元器件起到支撐固定作用。四象限傳感器檢測太陽光強，跟蹤狀態檢測傳感器檢測太陽跟蹤過程中跟蹤狀況；電子羅盤和GPS為視日運動算法軌跡跟蹤提供數據信息；STM32控制板為太陽跟蹤控制系統的核心，采集各傳感器信號并接收和發出控制指令；方位和俯仰步進電機為系統執行機構，通過STM32控制板發出信號，調節方位和俯仰角度；上下限位開關限定了俯仰角度的范圍，能夠有效防止機械結構極限位置卡死。