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【摘 要】灰尘对太阳能板的利用率的影响很大，设计自动清洗对太阳能板进行清洗。可以提高太能板对阳光的利用率。该装置包括：自动喷洒装置、清洗旋转装置、上下传动装置，通过51单片机进行控制并调速，可以满足不同形式的灰尘进行清洗，通过海绵擦洗减少对太阳能板的损害。
【关键词】太阳能板;自动清洗;速度可调
引言
新疆是重要的能源基地，包括石油、风能、太阳能等，光伏发电的优势为减少了碳的排放排放量，使绿色清洁的能源得到普及[1]。新疆的日照十分丰富，太阳能资源是清洁，但由于新疆的地理位置等原因，一年四季都会有风沙，是太阳能光伏板覆盖上一层泥土，太阳能电池板的理论发电效率是25-30%，实际是20-25%;受污染后发电效率降为10-18%[1]，太阳能的吸收转换是太阳能利用的第一步，影响以后太阳能利用的后续效率，目前太阳能的清洗都依赖人工，表面覆盖泥土等污渍[2]，使劳动强度大，工作效率不高，成本也较高且不易完成，在作业地方潮湿容易发生触电危险[3]。在天气发生变化的时候，按下遥控器启动装置旋转清洗模式，满足不同的清洗要求。
1 总体设计方案与工作原理
1.1总体设计方案
螺杆式传动太阳能清洗机主要构成为上下传动的两个螺杆、单片机、红外线遥控器、变速箱、清洗电机、动力输出电机、12V直流电源。其中上下传动的两个螺杆和清洗电机，组成清洗装置的总体框架，已保证清洗时动力充足。单片机、红外线遥控器构成装置的控制部分，控制时逻辑清析不易发生控制混乱。整个设计装置原理如图1。动力电机带动螺杆左右旋转（转速为1500或3000每分鐘），转速通过继电器的开断控制不同电流来控制电机的转速。螺杆上面带动一条薄片，薄片上面装有电机，当动力电机开始动作的时候，带动薄片开始上下移动，薄片上面的电机开始清洗窗户。控制单片机控制动力电机的正反转，当单片机接收到红外线信号时，单片机和动力输出的电机都放置在下部，旁边为上下传动的螺杆，螺杆上面的为太阳能的清洗部分，引脚输出高低电平控制继电器的开断以达到控制。
1.2工作原理
窗户上面的污渍多种多样，为了使其在清洗的时候能够有效的全部清洗干净，采用旋转清洗的方式进行，直接接触太阳能的清洗装置是由海绵制成，然后将电机固定在上下移动的薄片上面，当按下装置的启动按钮的时候，薄片上面的电机开始旋转将清洗剂的加入，而清洗剂的加入方式。通过水泵将清洗剂送的旋转的清洗机构上面[4]。旋转的清洗加上清洗剂的使用可以使顽固污渍在较短时间清洗掉，清洗时间变短可以减少多玻璃的磨损程度，起到装置的最佳效果。采用螺杆传动轴可以使控制方式灵活多变，可以延长太阳能自净仪的使用寿命。通过步进电机的旋转角度可以使其停在任意位置，对需要清洁的地方做重点清洁。
2硬件的设计
单片机的I/O口的分配，共使用10个引脚来进行控制，其中4个为检测装置和继电器的供电引脚，供电引脚均匀从单片机的供电电源取得。其中用来接收红外线装置集成为一体的，有三个引脚。为保证继电器控器可靠，选用单独两个引脚，继电器通入不同的电流来控制电机转速大小。继电器的接线采用交叉接线，以提高继电器的工作安全性。
3 软件的设计
运用Keil对单片机进行编程，程序如下：
选用红外通信装置一般用红外线发射装置和红外线接收装置两部分组成。其中红外线发射装置常用载波的形式传递二进制信号，载波频率为 38kHz，红外遥控器使用的是 NEC 协议（脉冲宽度调制）0、1时序如图5所示。单片机通过计算高低电平时间来判断接收到的数据是 0 还是1[5]。
NEC发送指令的数据格式为：引导码、地址码、地址反码、控制码、控制反码。命令码和地址码发送两次，在第二次发送时，将所有发送的位取反，用来验证第一次发送消息的是否正确，地址码和命令码都是LSB要先于MSB发送[6]。发送顺序为先低位后高，如图6所示。主要程序如下所示。
void ReadIr（）interrupt 0 读取中断里面的函数值
{delay（700）;
if（IRIN==0）延时7毫秒确认接收的是否为键盘所按下
{e=1000;但不满足条件时，跳出循环避免程序出错时，程序卡住
while（（IRIN==0）&&e>0））
{delay（1）;
err--;
} 如果出现引导码中的9毫秒
if（IRIN==1）{
err=500;
while（（IRIN==1）&&（err>0））{等待引导码中4.5毫秒
delay（1）;
err--;}
系统装置的运行是通过按键进行控制的，当按下对于的按键的时候，会触发中断函数，检测是否按下按键，利用中断控制I/O口的开断，具体程序如下：
void IrInit（）
{ IT0=1;设置下降沿触发
EX0=1;打开中断0
EA=1;打开总中断
IRIN=1;初始化端口
}
主程序是通过中断检测到有信号的输入后，单片机判断输入信号的的类型，通过if函数进行选择。受控制机构包括：给水泵、清洗电机、螺杆电机，这些机构是单片机通过控制I/O电平的高低，继而控制继电器的开断（继电器高电平动作），程序如下图所示：
void main（）
{IrInit（）;检测中断是否响应，是执行下面程序
while（1）
{DisplaData[0]= IrValue[2]/16;将储存在IrValue中红外线数字的数码16进制中的高位，储存在DisplaData[0]中
DisplaData[1]= IrValue[2]%16;将储存在IrValue中红外线数字的数码16进制中的高位，储存在DisplaData[1]中
由于篇幅有限，以上为装置的部分程序，具体功能已注释在后部。
4结论
该设计的核心为单片机，通过NEC红外通信协议传输命令，具有实时自动的清洗效果，可以根据太阳能板上面覆盖不同的灰尘情况，选择不同的工作模式，适用于集中发电的太阳能板，也可以在家庭中使用，使工作效率明显提升，减少工作人员的潮湿地方工作触电的危险。整个清洗装置可以根据不同的环境进行分解组装，便于后期的调整，适合不同的的场景。
参考文献：
[1]高凌云.太阳能电池板除尘新技术[J].现代物理知识，2010，22（05）：52.
[2]康洪波，范虹，赵蕾，龚旭，李晓琪.京津冀环境下太阳电池板清洁方法研究[J].电源技术，2017，41（07）：1045-1047.
[3]周利坤，刘宏昭，李悦.清洗机器人研究现状与关键技术综述[J].机械科学与技术，2014，33（05）：635-642.
[4]周利坤，刘宏昭，李悦.清洗机器人研究现状与关键技术综述[J].机械科学与技术，2014，33（05）：635-642.
[5]周利坤，刘宏昭，李悦.清洗机器人研究现状与关键技术综述[J].机械科学与技术，2014，33（05）：635-642.
[6]严洪立，李永红，梅容芳.NEC协议的红外遥控原理与模拟仿真[J].单片机与嵌入式系统应用，2020，20（11）：63-66.
[7]崔承毅，赵冠男，王开宇，高庆华，李赞.红外电机控制系统在综合设计实验中的应用[J].实验室科学，2018，21（02）：1-3+7.
【关键词】太阳能板;自动清洗;速度可调
引言
新疆是重要的能源基地，包括石油、风能、太阳能等，光伏发电的优势为减少了碳的排放排放量，使绿色清洁的能源得到普及[1]。新疆的日照十分丰富，太阳能资源是清洁，但由于新疆的地理位置等原因，一年四季都会有风沙，是太阳能光伏板覆盖上一层泥土，太阳能电池板的理论发电效率是25-30%，实际是20-25%;受污染后发电效率降为10-18%[1]，太阳能的吸收转换是太阳能利用的第一步，影响以后太阳能利用的后续效率，目前太阳能的清洗都依赖人工，表面覆盖泥土等污渍[2]，使劳动强度大，工作效率不高，成本也较高且不易完成，在作业地方潮湿容易发生触电危险[3]。在天气发生变化的时候，按下遥控器启动装置旋转清洗模式，满足不同的清洗要求。
1 总体设计方案与工作原理
1.1总体设计方案
螺杆式传动太阳能清洗机主要构成为上下传动的两个螺杆、单片机、红外线遥控器、变速箱、清洗电机、动力输出电机、12V直流电源。其中上下传动的两个螺杆和清洗电机，组成清洗装置的总体框架，已保证清洗时动力充足。单片机、红外线遥控器构成装置的控制部分，控制时逻辑清析不易发生控制混乱。整个设计装置原理如图1。动力电机带动螺杆左右旋转（转速为1500或3000每分鐘），转速通过继电器的开断控制不同电流来控制电机的转速。螺杆上面带动一条薄片，薄片上面装有电机，当动力电机开始动作的时候，带动薄片开始上下移动，薄片上面的电机开始清洗窗户。控制单片机控制动力电机的正反转，当单片机接收到红外线信号时，单片机和动力输出的电机都放置在下部，旁边为上下传动的螺杆，螺杆上面的为太阳能的清洗部分，引脚输出高低电平控制继电器的开断以达到控制。
1.2工作原理
窗户上面的污渍多种多样，为了使其在清洗的时候能够有效的全部清洗干净，采用旋转清洗的方式进行，直接接触太阳能的清洗装置是由海绵制成，然后将电机固定在上下移动的薄片上面，当按下装置的启动按钮的时候，薄片上面的电机开始旋转将清洗剂的加入，而清洗剂的加入方式。通过水泵将清洗剂送的旋转的清洗机构上面[4]。旋转的清洗加上清洗剂的使用可以使顽固污渍在较短时间清洗掉，清洗时间变短可以减少多玻璃的磨损程度，起到装置的最佳效果。采用螺杆传动轴可以使控制方式灵活多变，可以延长太阳能自净仪的使用寿命。通过步进电机的旋转角度可以使其停在任意位置，对需要清洁的地方做重点清洁。
2硬件的设计
单片机的I/O口的分配，共使用10个引脚来进行控制，其中4个为检测装置和继电器的供电引脚，供电引脚均匀从单片机的供电电源取得。其中用来接收红外线装置集成为一体的，有三个引脚。为保证继电器控器可靠，选用单独两个引脚，继电器通入不同的电流来控制电机转速大小。继电器的接线采用交叉接线，以提高继电器的工作安全性。
3 软件的设计
运用Keil对单片机进行编程，程序如下：
选用红外通信装置一般用红外线发射装置和红外线接收装置两部分组成。其中红外线发射装置常用载波的形式传递二进制信号，载波频率为 38kHz，红外遥控器使用的是 NEC 协议（脉冲宽度调制）0、1时序如图5所示。单片机通过计算高低电平时间来判断接收到的数据是 0 还是1[5]。
NEC发送指令的数据格式为：引导码、地址码、地址反码、控制码、控制反码。命令码和地址码发送两次，在第二次发送时，将所有发送的位取反，用来验证第一次发送消息的是否正确，地址码和命令码都是LSB要先于MSB发送[6]。发送顺序为先低位后高，如图6所示。主要程序如下所示。
void ReadIr（）interrupt 0 读取中断里面的函数值
{delay（700）;
if（IRIN==0）延时7毫秒确认接收的是否为键盘所按下
{e=1000;但不满足条件时，跳出循环避免程序出错时，程序卡住
while（（IRIN==0）&&e>0））
{delay（1）;
err--;
} 如果出现引导码中的9毫秒
if（IRIN==1）{
err=500;
while（（IRIN==1）&&（err>0））{等待引导码中4.5毫秒
delay（1）;
err--;}
系统装置的运行是通过按键进行控制的，当按下对于的按键的时候，会触发中断函数，检测是否按下按键，利用中断控制I/O口的开断，具体程序如下：
void IrInit（）
{ IT0=1;设置下降沿触发
EX0=1;打开中断0
EA=1;打开总中断
IRIN=1;初始化端口
}
主程序是通过中断检测到有信号的输入后，单片机判断输入信号的的类型，通过if函数进行选择。受控制机构包括：给水泵、清洗电机、螺杆电机，这些机构是单片机通过控制I/O电平的高低，继而控制继电器的开断（继电器高电平动作），程序如下图所示：
void main（）
{IrInit（）;检测中断是否响应，是执行下面程序
while（1）
{DisplaData[0]= IrValue[2]/16;将储存在IrValue中红外线数字的数码16进制中的高位，储存在DisplaData[0]中
DisplaData[1]= IrValue[2]%16;将储存在IrValue中红外线数字的数码16进制中的高位，储存在DisplaData[1]中
由于篇幅有限，以上为装置的部分程序，具体功能已注释在后部。
4结论
该设计的核心为单片机，通过NEC红外通信协议传输命令，具有实时自动的清洗效果，可以根据太阳能板上面覆盖不同的灰尘情况，选择不同的工作模式，适用于集中发电的太阳能板，也可以在家庭中使用，使工作效率明显提升，减少工作人员的潮湿地方工作触电的危险。整个清洗装置可以根据不同的环境进行分解组装，便于后期的调整，适合不同的的场景。
参考文献：
[1]高凌云.太阳能电池板除尘新技术[J].现代物理知识，2010，22（05）：52.
[2]康洪波，范虹，赵蕾，龚旭，李晓琪.京津冀环境下太阳电池板清洁方法研究[J].电源技术，2017，41（07）：1045-1047.
[3]周利坤，刘宏昭，李悦.清洗机器人研究现状与关键技术综述[J].机械科学与技术，2014，33（05）：635-642.
[4]周利坤，刘宏昭，李悦.清洗机器人研究现状与关键技术综述[J].机械科学与技术，2014，33（05）：635-642.
[5]周利坤，刘宏昭，李悦.清洗机器人研究现状与关键技术综述[J].机械科学与技术，2014，33（05）：635-642.
[6]严洪立，李永红，梅容芳.NEC协议的红外遥控原理与模拟仿真[J].单片机与嵌入式系统应用，2020，20（11）：63-66.
[7]崔承毅，赵冠男，王开宇，高庆华，李赞.红外电机控制系统在综合设计实验中的应用[J].实验室科学，2018，21（02）：1-3+7.