向日葵转动的原理

向日葵向日原理绿色植物向日，实际上是为了充分地利用阳光进行光合作用，因此向日性实际上是向光性。向日葵从发芽到花盘盛开之前这一段时间，的确是向日的，其叶子和花盘在白天追随太阳从东转向西，不过并非即时的跟随，植物学家测量过，其花盘的指向落后太阳大约12度，即48分钟。太阳下山后，向日葵的花盘又慢慢往回摆，在大约凌晨3点时，又朝向东方等待太阳升起。但是，花盘一旦盛开后，就不再向日转动，而是固定朝向东方了向日葵能跟着太阳转，主要是因为在它的花盘下面的茎部，有一种奇妙的“植物生长素”这种生长素有两个特点：一是它能刺激向日葵的快速分裂、繁殖，促进向日葵的生长发育；二是它会受到光的抑制。所以向日葵背光的那一面，一直长得比向光面快，茎便托着向日葵的花盘，朝太阳的方向弯曲，随着太阳的空中的移动，所以向日葵的花就好像老跟着太阳转似的!在太阳落山后，生长素重新分布，又使向日葵慢慢地转回起始位置，也就是东方。1.“向日葵”式太阳能接收器现在人们利用太阳能，主要是利用太阳能接收器，将吸收的光能转化为电能，太阳能接收器已经大量的应用在许多地方。可是太阳能接收器有个缺点，它们都是固定不动的，而太阳每天都是东升西落，每天正射电池板的时候很少，也就是很多时候都不能最大限度的利用太阳能。通过观察向日葵我发现了一个特点，向日葵每天都是正面朝着太阳，如果太阳能接收器能够像向日葵那样，随着太阳的移动而转动，那么就能使接收器时时和太阳正面相对，这样吸收的光就会最多，光电效应最明显。怎样让太阳能接收器像向日葵那样随着太阳转动呢？我有两种设想，第一种：从家里的闹钟上好发条，指针就会匀速的转动，如果在太阳能接收器的底部安装弹簧和发条，利用闹钟的原理，使太阳能接收器每天定时旋转，同时请专业人士通过计算和调试，使接收器转动与太阳的转动同步，保证接收器时时刻刻正对太阳。第二种设想，我从网上了解到向日葵“向光性”即随着太阳转动的原理，是因为太阳光照到向日葵上，使它自身能量产生平衡差异，从而转动，我们可以利用这种“仿生原理”来设计接收器，也让它也能随着太阳的位置，自觉调整自己的位置，以保证电池板时刻和太阳正对。当然第一种方法较容易实现，但需要定时旋紧发条，不很方便，而且它不一定十分精确，第二种方法更加理想，但是接收器的转动将消耗大量的能量，如果能在底座增加润滑，或者直接将接收器浮于液体，那样接收器转动消耗的能量将大大降低。如果我的设想能成为现实，那么“向日葵”式太阳能接收器的利用价值将大大提高，接收器就可以大量的吸收太阳光，产生大量的电能，这样就能为我们的生活带来更多的方便，也能够节约大量的电能。在本系统中采用光敏电阻作光强感应部分，以ARM7微处理器及其外围电路作控制器，结合双轴结构设计的太阳能支架，实现了太阳能电池板始终朝向太阳光照强度最大的方向，使有效发电量得到了较大幅度的提咼。一天跟踪完成后，自动恢复到等待次日太阳升起的状态，实现日循环运行2.6太阳能跟踪系统太阳能跟踪系统是能够保持太阳能电池板随时正对太阳，使太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能够显著提高太阳能光伏组件的发电效率二最大限度的提高太阳跟踪精度，完美实现适时跟踪，最大限度提高太阳光能利用率=C2）光强控制方法「在高度角和方位角跟踪时分别利用两只光敏电池作为太阳位置的敏感元件M只光敏电池安装在一个透光的玻璃试管中*如图1所示，每对光敏电池被中间隔板隔开，对称地放在隔板两侧。当电池板对准太阳时，太阳光平行于隔板，两只光敏电池的感光量相等，输出电压相同［讥当太阳光略有偏移时,隔板的阴影落在其中一只光敏电池上，使两只光敏电池的感光量不等，输岀电压也不相等。根据输岀电压的变化來进行太阳能跟踪控制。该方法的特点是测量精度高、电路简单、易于实现，但在多左和阴天环境下会岀现无法跟踪的问题C逡光板 4个光最电池图1光强控制方式示意图.2闭环系统闭环控制方式就是使用一个传感器来测定入射太阳光线和系统光轴间的偏差，当偏差超过一个阀值时，通过电机驱动机械部分转动，减小偏差直到使太阳光线与系统光轴重新平行，实现对太阳高度角和方位角的跟踪。其控制原理如下图所示。常用的传感器有光电池、光敏电阻、光电管等。闭环控制能够克服开环的缺陷，但需要位置检测信号。在本系统设计中，考虑到微型光电池跟光敏电阻、光电管相比，灵敏度高，线性度好，不易饱和，温度对其输出影响要小，所以采用光电池作为方位和光强检测元件。采用闭环系统后，在阴雨天和多云等不满足发电的天气里，由于光强达不到检测元件设定好的阀值，从而检测元件没有信号，处理器就不会驱动电机转动。在检测到光强满足要求后，再由一系列微型光电池的特殊结构来跟踪太阳，从而实现方位的跟踪。2：设计原理2.1任意方位检测由于微型光电池的短路电流在很大范围内与光照度成线性关系，因此检测连续变化的光照度时，应当尽量减小负载电阻，使光电池在接近短路的状态工作，也就是把光电池作为电流源来使用。在光信号断续变化的场合，也可以把光电池作为电压源使用。其优点为调节较为精确，电路也比较简单。结构上，采用N路微型光电池均匀分布在一个半圆弧上，当太阳正对某一个微型光电池时，此时它的输出最大,系统就能判断此时太阳的位置而进行跟踪。当太阳转到两个微型光电池中间时，此时由于这两路光电池输出相等，也能判断太阳的方位而进行跟踪。由于每2个微型光电池之间就有一个中间位置，所以共有N-1个这样的位置,这样N路微型光电池共能判别2N-1个太阳方位■假设我们需要的跟踪范围是150度，那么可识别的精度则为150/(2N-1)度，我们可以通过选择N的值来方便调整需要的精度。这样太阳任何时间出现在圆弧的任意位置上，只要在可检测的那2N-1个方位上，电池板便可以迅速跟踪。处理器检测到跟踪信号后驱动电机正反转,无需在每晚回到初始位置等候太阳，避免每天开始阴天时系统多做无用的跟踪，而是随时根据那N路微型光电池检测太阳的方位，从而将系统运行功耗降到最低。2.2分级跟踪考虑到开环跟踪系统在多云和阴雨天还进行跟踪会加大系统运行功耗，综合跟踪利用效率不高，故我们采用闭环控制，同时采用分级跟踪。当光照强度达到上限值时，实行密跟踪。当光照强度达到下限值时，停止跟踪。而在中间状态时实行疏跟踪。这样不仅充分利用太阳光光照强度大时的获得更多的能源。在光照强度一般但还可以发电时，放慢跟踪幅度，这样可以有效降低系统运行功耗而对输出功率没太大影响。当光照强度达到下限值时，停止跟踪，这样就避免无效的跟踪从而降低系统运行功耗，而当光照强度满足要求时再迅速检测方位并跟踪。2.3.电路原理与电路实现控制系统框架图如下图所示。该系统以TI公司的TMS320LF2407型DSP作为核心处理器，实现对太阳的自动跟踪、系统保护、显示、信号检测与监控等功能。启动信号由5路微型光电池组成。考虑到系统对他们差值敏感，所以我采用一个5通道的模拟开关在DSP的控制下分别传送这5路信号，都分时通过一路放大和调理电路，原因是考虑到做5路放大与调理电路难以保证一致性，比如放大倍数，(在本设计中，5路光电池信号大小相差很大)温漂,调零等。最后将这5路信号送到dsp中进行比较处理，作出相应的光强和方位的判断并决定是否驱动电机和正反转。还有电池板的温度、输出电压、电流和环境温度的检测，并将这些信息都在LCD上显示出来。

2.4光电检测模块光电检测模块主要由一个四象限光敏二极管探测器组成。四象限光嫩二极管2CU301是在同一芯片上制做4个二极管单片（它们之间有十字沟槽间隔），光敏血如图4所示.单元的性能参数基本相同,一致性较好。4个二极管单元相当于直角坐标系中的4个象限，每个象限的二极管有自己的输出。当照射在4个象限光嫩二极管上的光斑图像位于十字形划线的中心时，代表4个象限的光敏二极管各自的输出相等，经过运算放大器对信号处理后，输出为零.当光斑产生相对于十字形划分线的任何位移时，都会使4个象限光嫩二极管的输出随之变化，运算放大器的输出也随之产生相对位移方向上的正负变化，从而可以确定物体在2维方向上的位移卩»为减小环境光的干扰和提高检测单元的敏感度，4象限光敏二极管探测器可以放置