一種智能可折疊太陽能光伏板系統(tǒng)

劉云龍　劉健　侯俊　陳英杰　孫凱　王圳

摘 要：本文介紹的是一能感知不利于發(fā)電或對光伏板有損害的天氣，并且實現太陽能光伏板在以上天氣情況下自動收縮，在適合發(fā)電的天氣情況下伸出光伏板的裝置。在處理傳感器收集到的數據時，采集大量的數據，對平均后的多組數據進行比較，選取最優(yōu)的數據。采用PID算法進行控制光伏板進出收容箱，通過把連續(xù)的數學積分離散化，計算機和傳感器就可以進行數據計算。

關鍵詞：折疊；PID算法控制；防抖動

本智能太陽能光伏板折疊系統(tǒng)不同于現存的太陽能發(fā)電裝置，該系統(tǒng)能抵抗外部不利自然條件，克服天氣、地形地貌的影響，減少管理人員配置，提高智能管理水平，主要分為兩大體系：太陽能光伏板折疊機械體系和太陽能光伏板折

1 雨的感知

加入雨傳感器的目的是讓光伏板在下雨的情況下收縮進收容箱。本結構采用一種可以反饋兩種信號的雨滴傳感器，它可以向單片機傳遞模擬信號和數字信號，該傳感器引出四路接口，分別是GND，VCC，DO，AO，其中GND直接接單片機負極，VCC接5V正極。模擬信號接口返回的數據范圍是0.1023，模擬信號的數據準確和詳細，因為它的數據是連續(xù)性的，所以它能反映各種天氣，也方便數據的采集與處理，綜上所述，采用模擬信號接口。

關于雨傳感器的程序，本結構采用防抖動的設計，即先采集一次數據，算出一個數據量，然后隔一定時間再采集一次數據，算出另一個數據量，年后數據進行比較，看二者的誤差是否在設定的范圍內，數據若滿足誤差則說明傳感器的信號是穩(wěn)定的，可以采用第一個數據量代表的天氣情況，否則棄置該數據再重復上述動作。這樣是為了保證在采集這兩次數據的時間內天氣情況穩(wěn)定的，能夠排除一些意外情況導致的數據驟變，這樣的處理方式能增強抗外界干擾能力。

2 雪的感知

加入雪傳感器的目的是讓光伏板在下雪的情況下收縮進入收容箱。本結構采用的雪量傳感器是雨量傳感器和發(fā)熱電阻絲共同組成的，雨量傳感器與前文的是相同的，在其的表面布設一層發(fā)熱電阻絲，在采集雪的數據的時候先讓發(fā)熱電阻絲工作一段時間，若其表面有雪，則在這一段時間內，雪就會融化成水，雨滴傳感器就會感知水的存在，這樣就把感知雪的問題轉化成了上文感知雨的問題，這樣進行數據采集，數據處理的方式同上文雨滴傳感器。

3 光的感知

加入光強傳感器的目的是讓光伏板在晚上或光強度不適合發(fā)電的時候收縮光進收容箱。本結構采用的也是可以返回DO和AO信號的傳感器，同雨滴傳感器，為了能夠更準確的反映光強數據，采用AO信號，為了排除有異物瞬間遮擋傳感器的可能，數據處理也采用防抖動處理，第一組數據與第二組數據相隔一定時間，再比對這兩組數據的誤差是否在允許范圍內。

4 電機結合超聲波測距用PID算法精確控制太陽能光伏板進出收納箱

光伏板進出收容箱需要精確控制，在伸展光伏板階段，如若有部分光伏板留在收容箱內，會導致整體光伏板無法完全展開，這就會使發(fā)電效率降低。在收縮光伏板階段，如若有部分光伏板遺留在收容箱外，則這部分光伏板就會在一次次收縮時都會遺留在外面，分光伏板就會有很大的損傷，因此，控制光伏板進出收容箱的算法必須要非常精確，本結構中我們采用位置式PID控制算法[1]控制。PID 控制器是一種將偏差的比例、積分和微分通過線性組合構成控制量，用這一控制量對被控對象進行控制。

由于計算機是一種采樣控制，不能進行連續(xù)控制，只能采用離散計算的方式來處理數據的，因此上述表達式的積分項和微分項不能被計算機直接使用，必須對上式進行離散化處理，首先要確定傳感器的采樣周期T，采樣序號為K，則采樣時間KT對應著上式的連續(xù)采樣時間t，用矩形數值法近似代替積分，用一階后向差代替微分，做近似變換后得下式，即離散表達式：

本結構中，光伏板進出收容箱是通過電機驅動的，電機的速度可以在初始運行時求出，但是電機的的速度是會發(fā)生改變的，這是由于光伏板進出收容箱時不同的時刻折疊狀態(tài)不同，光伏板與軌道之間的摩擦力也不同，故光伏板做變加速運動，由于速度的改變帶來的偏差可由上式離散化的微分來提前預測，然后矯正，這樣一來，我們就只需要確定電機運行的時間，通過上式我們的出uk，它就是電機運行的時間，通過一次次的判斷，一次次的計算，最終光伏板會準確進出收容箱。

5 結論

本文研究的系統(tǒng)能夠極大地保護太陽能板，延長其使用壽命。基于折疊并收容的設計，本系統(tǒng)的適用性更廣，對運行的地形環(huán)境要求不高，在有坡度的地形中也可以使用。另外，本系統(tǒng)使用的電源是外部電源，整個系統(tǒng)沒有接入太陽能發(fā)電板的電池，如果把本系統(tǒng)接入太陽能電池，通過程序對電池的工作狀況及電量進行即時監(jiān)測，更加的人性化，整個系統(tǒng)將會更加協(xié)調。

參考文獻：

[1]鮑旭紅.位置式PID控制算法在城軌ATO系統(tǒng)中的應用[J].長沙理工大學學報（自然科學版），2017，14（03）：84.89.

[2]李梅，金力.《智能車PID算法的設計》實驗綜述[J].電腦知識與技術，2013，9（16）：3826.3829.