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[摘 要]本文运用新技术和提出新思想，其中应用了先进的二维PSD测量和GPS测定仪，并结合单片机系统（或者可以运用DSP软件也可以实现）控制步进电机进行角度旋转，使整个平面的调式全自动化，实现无人操作。
[关键词]太阳方位角；跟踪仪；软件算法
中图分类号：TP32.03 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0328-02
为了克服能源危机，当前涌现了一系列的新能源产品，并广泛的运用于人类生活中，如风能、太阳能、生物能等，由于处于发展期，其新能源的利用率成了最为关注的问题了。本课题是研究的太阳方位跟踪仪，即通过计算机的控制自动跟随太阳光，提高其利用率的一个研究调查。
一、系统流程图
以系统流程的方式来说，太阳光照射在PSD上的信号状态或者GPS传输的信号状态，其中以PSD输出信号为主、GPS输出信号为辅，分别将2组信号通过转换电路进行相应的信号处理，将其转换为计算机所需的数字信号，通过计算机（在次可以应用DSP和单片机）处理，根据主信号PSD的信号得出的角度，得出相应的脉冲数，带动2个步进电机进行角度旋转，同时由步进电机带动有PSD传感器的平台旋转产生的反馈信号再次输入计算机并再次调节平台，从而使太阳光垂直射入平台，得到需要的状态。在此基础上的同时依据一定的比例关系，即PID运算，输出相应的脉冲输，同步来带动另外2个步进电机进行对反射镜的角度旋转，最终达到需要的实验要求。
二、平台结构和硬件原理
1.平台结构
仪器平台结构，整个仪器主要由感光元件、执行元件、传动组件以及控制系统和电源系统组成。其结构图大致如图1：
2.接收主平台的工作原理
太阳光透过二维PSD 传感器的透光孔到达传感器的受光面后，受光面的四个电极就产生电流，这些电信号依次经过前置放大电路、滤波电路以及采样保持电路后，再经过A/D转换器转换成数字量后保存到8051单片机的寄存器Rn中。若入射点光的位置在受光面的中心，则受光面的各个电极的电流均相等，此时入射光线与固定平面垂直。若入射点光的位置不在受光面的中心，受光面的电极电流不相等，可通过下列步骤调整旋转平面：
①通过确定入射点光与受光面中心的相对位置，计算出入射光线与固定平面法线的夹角；
②通过计算出控制水平转动的步进电机和控制竖直转动的步进电机的旋转角度，使入射太阳光线与固定平面法线之间的夹角为0°；
③计算出输出控制脉冲数X和Y，再由单片机根据计算结果发出控制指令，通过单片机与步进电机的接口电路以及多路转换开关来依次选择控制水平和垂直的步进电机，并使它们转动到对应的角度，使太阳光的入射光线与固定平面法线的夹角为0°。（为了节约电能，在步进电机停止转动期间，单片机通过晶闸管关闭步进电机的总电源）
3.实验室平台的工作过程（如图2）
右边为整个仪器的初始状态，当太阳光发生一定角度的偏转后，由单片机处理后的，控制相应的步进电机旋转平台。当太阳光偏转一定角度θ时，PSD平台也相应旋转θ，从而与太阳光垂直，而反光镜平台则只需要相应的旋转θ/2，即可得到输出为水平的反射光线，达到理想的效果。其相关程序和接受主平台原理一样，只不过是改下脉冲数的关系而已，即X/2，Y/2，其他的都一样，在此就不在诉述了。
三、实验软件的算法研究
1.二维PSD传感器
1）PSD测量夹角的工作原理与检测算法
本仪器采用的是二维PSD传感器，应用它来检测太阳光的入射光线与固定平面法线的夹角，安装时，PSD 的遮光罩的顶部平面以及受光面均要与旋转台的固定平板面平行。入射光点的位置坐标为（ a ，b） ，则a ，b 的大小与各个电极的电流之间的关系式如下：
科学的研究方向是为了人类美好的生活服务的--和平、快乐、舒适。
参考文献
[1] 新能源的论述：《全球能源危机条件下的中国经济可持续发展研究》.
[2] 光电位置传感器PSD 特性及其应用 曾超，李锋，徐向东.
[关键词]太阳方位角；跟踪仪；软件算法
中图分类号：TP32.03 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0328-02
为了克服能源危机，当前涌现了一系列的新能源产品，并广泛的运用于人类生活中，如风能、太阳能、生物能等，由于处于发展期，其新能源的利用率成了最为关注的问题了。本课题是研究的太阳方位跟踪仪，即通过计算机的控制自动跟随太阳光，提高其利用率的一个研究调查。
一、系统流程图
以系统流程的方式来说，太阳光照射在PSD上的信号状态或者GPS传输的信号状态，其中以PSD输出信号为主、GPS输出信号为辅，分别将2组信号通过转换电路进行相应的信号处理，将其转换为计算机所需的数字信号，通过计算机（在次可以应用DSP和单片机）处理，根据主信号PSD的信号得出的角度，得出相应的脉冲数，带动2个步进电机进行角度旋转，同时由步进电机带动有PSD传感器的平台旋转产生的反馈信号再次输入计算机并再次调节平台，从而使太阳光垂直射入平台，得到需要的状态。在此基础上的同时依据一定的比例关系，即PID运算，输出相应的脉冲输，同步来带动另外2个步进电机进行对反射镜的角度旋转，最终达到需要的实验要求。
二、平台结构和硬件原理
1.平台结构
仪器平台结构，整个仪器主要由感光元件、执行元件、传动组件以及控制系统和电源系统组成。其结构图大致如图1：
2.接收主平台的工作原理
太阳光透过二维PSD 传感器的透光孔到达传感器的受光面后，受光面的四个电极就产生电流，这些电信号依次经过前置放大电路、滤波电路以及采样保持电路后，再经过A/D转换器转换成数字量后保存到8051单片机的寄存器Rn中。若入射点光的位置在受光面的中心，则受光面的各个电极的电流均相等，此时入射光线与固定平面垂直。若入射点光的位置不在受光面的中心，受光面的电极电流不相等，可通过下列步骤调整旋转平面：
①通过确定入射点光与受光面中心的相对位置，计算出入射光线与固定平面法线的夹角；
②通过计算出控制水平转动的步进电机和控制竖直转动的步进电机的旋转角度，使入射太阳光线与固定平面法线之间的夹角为0°；
③计算出输出控制脉冲数X和Y，再由单片机根据计算结果发出控制指令，通过单片机与步进电机的接口电路以及多路转换开关来依次选择控制水平和垂直的步进电机，并使它们转动到对应的角度，使太阳光的入射光线与固定平面法线的夹角为0°。（为了节约电能，在步进电机停止转动期间，单片机通过晶闸管关闭步进电机的总电源）
3.实验室平台的工作过程（如图2）
右边为整个仪器的初始状态，当太阳光发生一定角度的偏转后，由单片机处理后的，控制相应的步进电机旋转平台。当太阳光偏转一定角度θ时，PSD平台也相应旋转θ，从而与太阳光垂直，而反光镜平台则只需要相应的旋转θ/2，即可得到输出为水平的反射光线，达到理想的效果。其相关程序和接受主平台原理一样，只不过是改下脉冲数的关系而已，即X/2，Y/2，其他的都一样，在此就不在诉述了。
三、实验软件的算法研究
1.二维PSD传感器
1）PSD测量夹角的工作原理与检测算法
本仪器采用的是二维PSD传感器，应用它来检测太阳光的入射光线与固定平面法线的夹角，安装时，PSD 的遮光罩的顶部平面以及受光面均要与旋转台的固定平板面平行。入射光点的位置坐标为（ a ，b） ，则a ，b 的大小与各个电极的电流之间的关系式如下：
科学的研究方向是为了人类美好的生活服务的--和平、快乐、舒适。
参考文献
[1] 新能源的论述：《全球能源危机条件下的中国经济可持续发展研究》.
[2] 光电位置传感器PSD 特性及其应用 曾超，李锋，徐向东.