嵌入式定日镜控制装置及镜场网络系统研究

摘要

近年来，随着煤、石油、天然气等能源的日益枯竭，新能源被大力发展。塔式太阳能光热发电以其高效率、高发电质量、零污染等优点成为当前新能源的重要发展方向。本文在了解了国内外塔式太阳能聚热发电系统中重要部件定日镜后，详细分析了大型定日镜镜场方案与小型定日镜镜场方案的优缺点，重点针对小型定日镜镜场方案，阐述了采用嵌入式定日镜控制器的意义与必要性。结合定日镜控制系统的功能需求与控制要求，确定了控制器的设计方案。设计了嵌入式定日镜控制装置的检测、运算、驱动、通信等硬件系统。创造性地解决了定日镜镜面角度检测问题，实现了高精度、低成本的检测。同时编写了各个模块的控制算法、通信服务等程序。另外，本文还结合镜场网络通讯的功能需求，针对其特点设计了三级镜场网络结构，并设计了针对镜场网络的专用通讯协议。提高了镜场网络数据传输的可靠性与实时性，提高了镜场的自动化水平，并降低了线路铺设成本。最后，本文模拟塔式太阳能聚热发电系统镜场环境，搭建了实验平台。通过实验验证了本方案的可行性，实验结果表明，本文设计的嵌入式定日镜控制装置达到了控制精度要求，并且显著地降低了控制成本，有利于塔式太阳能聚热发电系统的推广。

目录

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摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 定日镜在塔式聚热发电系统中的作用

1．3 塔式太阳能研究现状

1．3．1 大型定日镜镜场方案

1．3．2 小型定日镜镜场方案

1．4 本文的研究目的与意义

1．5 本文的主要研究工作

2 嵌入式定日镜控制器的方案设计

2．1 定日镜的功能需求与控制要求

2．1．1 定日镜系统的功能需求

2．1．2 定日镜系统的控制要求

2．2 控制方案的设计

2．3 太阳位置信息的计算

2．4 定日镜镜面角度的计算

2．5 电机驱动方案

2．6 镜面角度检测

2．6．1 俯仰角度检测

2．6．2 旋转角度检测

2．7 小结

3 定日镜控制器的硬件实现

3．1 主控制器硬件设计

3．1．1 电机驱动

3．1．2 通信部分

3．1．3 人机交互

3．1．4 电源

3．2 镜面角度检测模块硬件设计

3．2．1 镜面俯仰角度检测硬件设计

3．2．2 镜面旋转角度检测硬件设计

3．3 小结

4 定日镜控制器的软件实现

4．1 主控制器程序设计

4．1．1 自动跟踪主程序设计

4．1．2 自动跟踪子程序设计

4．2 角度检测模块程序设计

4．2．1 角度检测模块主程序设计

4．2．2 ModBus通讯服务程序设计

4．3 小结

5 镜场网络结构与专用通讯协议设计

5．1 镜场网络结构设计

5．1．1 镜场网络的功能需求

5．1．2 镜场网络数据通讯特点

5．1．3 三级镜场网络结构

5．2 镜场网络专用通讯协议设计

5．2．1 定日镜控制系统的网络通讯变量

5．2．2 镜场通信协议设计

5．3 小结

6 控制效果、结论与展望

6．1 硬件实物展示

6．1．1 主控制器

6．1．2 角度检测模块

6．2 控制效果展示

6．2．1 实验环境介绍

6．2．2 控制效果展示

6．3 结论

6．4 展望

致谢

参考文献