向日葵轉(zhuǎn)動(dòng)的原理

1、向日葵向日原理綠色植物向日，實(shí)際上是為了充分地利用陽(yáng)光進(jìn)行光合作用，因此向日性實(shí)際 上是向光性。向日葵從發(fā)芽到花盤盛開(kāi)之前這一段時(shí)間，的確是向日的，其葉子和花盤在白天追隨太陽(yáng)從 東轉(zhuǎn)向西，不過(guò)并非即時(shí)的跟隨，植物學(xué)家測(cè)量過(guò)，其花盤的指向落后太陽(yáng)大約12 度，即48分鐘。太陽(yáng)下山后，向日葵的花盤又慢慢往回?cái)[，在大約凌晨3點(diǎn)時(shí)，又朝向東方等待太陽(yáng)升起。但是，花盤一旦盛開(kāi)后，就不再向日轉(zhuǎn)動(dòng)，而是固定朝向 東方了向日葵能跟著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，主要是因?yàn)樵谒幕ūP下面的莖部，有一種奇妙的“植物生長(zhǎng)素”。這種生長(zhǎng)素有兩個(gè)特點(diǎn)：一是它能刺激向日葵的快速分裂、繁殖，促進(jìn)向日葵的生長(zhǎng)發(fā)育；二是它會(huì)受到光的抑制。所以向日葵

2、背光的那一面，一直長(zhǎng)得比向光面快，莖便托著向日葵的花盤，朝太陽(yáng)的方向彎曲，隨著太陽(yáng)的空中的移動(dòng)，所以向日葵的花就好像老跟著太陽(yáng)轉(zhuǎn)似的!在太陽(yáng)落山后，生長(zhǎng)素重新分布，又使向日葵慢慢地轉(zhuǎn)回起始位置，也就是東方。 1.“向日葵”式太陽(yáng)能接收器現(xiàn)在人們利用太陽(yáng)能，主要是利用太陽(yáng)能接收器，將吸收的光能轉(zhuǎn)化為電能，太陽(yáng)能接收器已經(jīng)大量的應(yīng)用在許多地方?？墒翘?yáng)能接收器有個(gè)缺點(diǎn)，它們都是固定不動(dòng)的，而太陽(yáng)每天都是東升西落，每天正射電池板的時(shí)候很少，也就是很多時(shí)候都不能最大限度的利用太陽(yáng)能。通過(guò)觀察向日葵我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)特點(diǎn)，向日葵每天都是正面朝著太陽(yáng)，如果太陽(yáng)能接收器能夠像向日葵那樣，隨著太陽(yáng)的移動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，那么

3、就能使接收器時(shí)時(shí)和太陽(yáng)正面相對(duì)，這樣吸收的光就會(huì)最多，光電效應(yīng)最明顯。怎樣讓太陽(yáng)能接收器像向日葵那樣隨著太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)呢?我有兩種設(shè)想，第一種：從家里的鬧鐘上好發(fā)條，指針就會(huì)勻速的轉(zhuǎn)動(dòng)，如果在太陽(yáng)能接收器的底部安裝彈簧和發(fā)條，利用鬧鐘的原理，使太陽(yáng)能接收器每天定時(shí)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)請(qǐng)專業(yè)人士通過(guò)計(jì)算和調(diào)試，使接收器轉(zhuǎn)動(dòng)與太陽(yáng)的轉(zhuǎn)動(dòng)同步，保證接收器時(shí)時(shí)刻刻正對(duì)太陽(yáng)。第二種設(shè)想，我從網(wǎng)上了解到向日葵“向光性”即隨著太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的原理，是因?yàn)樘?yáng)光照到向日葵上，使它自身能量產(chǎn)生平衡差異，從而轉(zhuǎn)動(dòng)，我們可以利用這種“仿生原理”來(lái)設(shè)計(jì)接收器，也讓它也能隨著太陽(yáng)的位置，自覺(jué)調(diào)整自己的位置，以保證電池板時(shí)刻和太陽(yáng)正對(duì)。當(dāng)然第

4、一種方法較容易實(shí)現(xiàn)，但需要定時(shí)旋緊發(fā)條，不很方便，而且它不一定十分精確，第二種方法更加理想，但是接收器的轉(zhuǎn)動(dòng)將消耗大量的能量，如果能在底座增加潤(rùn)滑，或者直接將接收器浮于液體，那樣接收器轉(zhuǎn)動(dòng)消耗的能量將大大降低。如果我的設(shè)想能成為現(xiàn)實(shí)，那么“向日葵”式太陽(yáng)能接收器的利用價(jià)值將大大提高，接收器就可以大量的吸收太陽(yáng)光，產(chǎn)生大量的電能，這樣就能為我們的生活帶來(lái)更多的方便，也能夠節(jié)約大量的電能。在本系統(tǒng)中采用光敏電阻作光強(qiáng)感應(yīng)部分，以微處理器及其外圍電路作控制器，結(jié)合雙軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能支架，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能電池板始終朝向太陽(yáng)光照強(qiáng)度最大的方向，使有效發(fā)電量得到了較大幅度的提高。一天跟蹤完成后，自動(dòng)恢復(fù)到等

5、待次日太陽(yáng)升起的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)日循環(huán)運(yùn)行.2閉環(huán)系統(tǒng) 閉環(huán)控制方式就是使用一個(gè)傳感器來(lái)測(cè)定入射太陽(yáng)光線和系統(tǒng)光軸間的偏差，當(dāng)偏差超過(guò)一個(gè)閥值時(shí)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械部分轉(zhuǎn)動(dòng)，減小偏差直到使太陽(yáng)光線與系統(tǒng)光軸重新平行，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)高度角和方位角的跟蹤。其控制原理如下圖所示。常用的傳感器有光電池、光敏電阻、光電管等。閉環(huán)控制能夠克服開(kāi)環(huán)的缺陷，但需要位置檢測(cè)信號(hào)。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮到微型光電池跟光敏電阻、光電管相比, 靈敏度高，線性度好，不易飽和，溫度對(duì)其輸出影響要小，所以采用光電池作為方位和光強(qiáng)檢測(cè)元件。采用閉環(huán)系統(tǒng)后，在陰雨天和多云等不滿足發(fā)電的天氣里，由于光強(qiáng)達(dá)不到檢測(cè)元件設(shè)定好的閥值，從而檢測(cè)元件

6、沒(méi)有信號(hào)，處理器就不會(huì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。在檢測(cè)到光強(qiáng)滿足要求后，再由一系列微型光電池的特殊結(jié)構(gòu)來(lái)跟蹤太陽(yáng)，從而實(shí)現(xiàn)方位的跟蹤。2：設(shè)計(jì)原理2.1任意方位檢測(cè)由于微型光電池的短路電流在很大范圍內(nèi)與光照度成線性關(guān)系，因此檢測(cè)連續(xù)變化的光照度時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量減小負(fù)載電阻，使光電池在接近短路的狀態(tài)工作，也就是把光電池作為電流源來(lái)使用。在光信號(hào)斷續(xù)變化的場(chǎng)合，也可以把光電池作為電壓源使用。其優(yōu)點(diǎn)為調(diào)節(jié)較為精確,電路也比較簡(jiǎn)單。結(jié)構(gòu)上，采用N路微型光電池均勻分布在一個(gè)半圓弧上，當(dāng)太陽(yáng)正對(duì)某一個(gè)微型光電池時(shí)，此時(shí)它的輸出最大,系統(tǒng)就能判斷此時(shí)太陽(yáng)的位置而進(jìn)行跟蹤。當(dāng)太陽(yáng)轉(zhuǎn)到兩個(gè)微型光電池中間時(shí)，此時(shí)由于這兩路光電池

7、輸出相等，也能判斷太陽(yáng)的方位而進(jìn)行跟蹤。由于每2個(gè)微型光電池之間就有一個(gè)中間位置,所以共有N-1個(gè)這樣的位置,這樣N路微型光電池共能判別2N-1個(gè)太陽(yáng)方位.假設(shè)我們需要的跟蹤范圍是150度,那么可識(shí)別的精度則為150/(2N-1)度, 我們可以通過(guò)選擇N的值來(lái)方便調(diào)整需要的精度。這樣太陽(yáng)任何時(shí)間出現(xiàn)在圓弧的任意位置上，只要在可檢測(cè)的那2N-1個(gè)方位上，電池板便可以迅速跟蹤。 處理器檢測(cè)到跟蹤信號(hào)后驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn),無(wú)需在每晚回到初始位置等候太陽(yáng)，避免每天開(kāi)始陰天時(shí)系統(tǒng)多做無(wú)用的跟蹤，而是隨時(shí)根據(jù)那N路微型光電池檢測(cè)太陽(yáng)的方位，從而將系統(tǒng)運(yùn)行功耗降到最低。2.2分級(jí)跟蹤考慮到開(kāi)環(huán)跟蹤系統(tǒng)在多云和陰

8、雨天還進(jìn)行跟蹤會(huì)加大系統(tǒng)運(yùn)行功耗，綜合跟蹤利用效率不高，故我們采用閉環(huán)控制，同時(shí)采用分級(jí)跟蹤。當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到上限值時(shí)，實(shí)行密跟蹤。當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到下限值時(shí)，停止跟蹤。而在中間狀態(tài)時(shí)實(shí)行疏跟蹤。這樣不僅充分利用太陽(yáng)光光照強(qiáng)度大時(shí)的獲得更多的能源。在光照強(qiáng)度一般但還可以發(fā)電時(shí)，放慢跟蹤幅度，這樣可以有效降低系統(tǒng)運(yùn)行功耗而對(duì)輸出功率沒(méi)太大影響。當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到下限值時(shí)，停止跟蹤，這樣就避免無(wú)效的跟蹤從而降低系統(tǒng)運(yùn)行功耗，而當(dāng)光照強(qiáng)度滿足要求時(shí)再迅速檢測(cè)方位并跟蹤。2.3.電路原理與電路實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)框架圖如下圖所示。該系統(tǒng)以TI公司的TMS320LF2407型DSP作為核心處理器，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的自動(dòng)跟蹤、系統(tǒng)保護(hù)、顯示、信號(hào)檢測(cè)與監(jiān)控等功能。啟動(dòng)信號(hào)由5路微型光電池組成?？紤]到系統(tǒng)對(duì)他們差值敏感，所以我采用一個(gè)5通道的模擬開(kāi)關(guān)在DSP的控制下分別傳送這5路信號(hào)，都分時(shí)通過(guò)一路放大和調(diào)理電路，原因是考慮到做5路放大與調(diào)理電路難以保證一致性，比如放大倍數(shù)，(在本設(shè)計(jì)中，5路光電池信號(hào)大小相差很大)溫漂,調(diào)零等。最