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其结构复杂，制造和文护成本较高，实际中较少应用。
单轴跟踪系统只要求入射光线位于含有主光轴和焦线的平面就行了[1]
。单轴跟踪装
置有 3 种布置方式：倾斜布置，东西跟踪；焦线南北水平布置，东西跟踪；焦线东西水
平布置，南北跟踪[17]
。槽式系统中大多是水平布置。 槽式聚焦太阳能集热器的设计 15
学院 城市建设和安全工程学院 毕业论文
本文中的跟踪控制系统采用传感器定位和太阳运行轨迹定位相结合的方式，太阳传
感器测定太阳在一天内的不断变化的位置，然后由机械控制系统带动整个槽式抛物面转
动，使聚光器始终与太阳保持一个最佳角度，把太阳光聚焦在集热器上。同时为了消除
太阳传感器由于天气原因带来的误跟踪，采用日历时钟芯片根据太阳在某地的运行规律
事先设定的运行轨迹， 控制机械结构的运动，直到太阳传感器能对太阳重新定位。该系
统其逻辑机构，主要由太阳传感器、信号处理电路、单片机、驱动电路和步进电机组成。
单片机将检测到的太阳位置数据进行计算处理，并给出控制指令，控制步进电机进行跟
踪。
2.4.2 太阳传感器
自动跟踪系统的关键在于传感器技术。传感器跟踪是利用探测器检测太阳光是否垂
直入射太阳能集热器，当太阳光偏离集热器法线时，传感器发出偏差信号，经控制执行
机构使太阳能集热器重新正对太阳。
传感器是与人的感觉器官相对应的元件。国家标准CB-7665-87对传感器的定义是：
“能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由
敏感原件和转换元件组成” 。 敏感元件， 是指传感器中能直接感受或响应被测量 （输入量）
的部分；转换元件，是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传
输和（或）测量的电信号的部分[17]
。
图2-6为传感器组成方块图，此图也说明了传感器的基本组成和工作原理。
图 2-6 传感器组成方块图
光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器。光电传感器具有结构简单、精
度高、响应速度快、非接触等优点。因此，在检测和控制系统中得到广泛应用。常见的
光电传感器有光敏电阻、光敏晶体管、光电耦合器、电荷耦合器件、颜色传感器等。
基于低成本和高精度考虑，选择光电二极管作为光电转换元件。因为光电二极管光
电流小，与光敏电阻和电光三极管相比输出特性线性度好，响应时间快，多用于频率响
应高的电路中。由于感光元件随元件与光线夹角的变大敏感度降低，使并联的两个敏感
元件轴线夹角成 20 度对称的布在步进电机轴线的两侧。这可以保证传感器在 20 度的范 槽式聚焦太阳能集热器的设计 16
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围内有很高的精度，又可以保证在这个范围内输出值的近似线性。另外用两个光电二极
管做两路光电开关电路，分别布置在传感器电路板的两侧。当太阳位置不在20度的范围
内时，可以根据这两路开关量信号确定太阳的位置在传感器的哪一侧，进而确定电机的
转动方向，使太阳能大致正对传感器[18]
。
2.4.3 信号处理电路
传感器检测到的各种信号，经过信号处理电路后，把光信号转换成了电信号，同时
把电信号送给单片机进行判断和计算处理后，再发出控制指令，控制步进电机工作。
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