单片机的光源自动跟踪
摘 要随着现代科技的发展，人们对太阳能的开发和利用越来越重视，太阳能作为一种新型清洁能源，具有很大的开发利用价值。本课题设计了一种基于单片机的太阳光线自动跟踪系统，利用该系统，可以自动追踪入射光源，提高太阳能的利用率。该系统在太阳能电池板，太阳能热水器，航空航天方面将有较大的应用前景。本课题介绍了一种以STC12C5A60S2单片机为控制核心的自动追光系统。利用两个分别控制水平方向和竖直方向的步进电机进行方向转动，通过在竖直步进电机上架设一个采光板，分布4个光敏电阻，对入射光进行分块采集对比，然后调动步进电机进行角度调整。
Key words: Solar energy;Auto Tracking;STC12C5A60S2;Stepper motor; Photoresistance 目 录
绪 论 1
课题背景 1
研究现状 1
研究意义 2
第一章 系统设计思路和方案 3
1.1设计思路 3
1.2 总体设计方案选择 3
1.3 主要功能模块选择 4
1.3.1单片机选择 4
1.3.2电机模块选择 5
1.3.3显示器模块选择 6
1.3.4光电开关模块选择 7
1.4传感器的选择 8
1.5本章小结 8
第二章 硬件部分 9
2.1主控模块设计 9
2.1.1 STC12C5A60S2单片机最小系统 9
2.2步进电机模块 10
2.2.1 28BYJ48型减速步进电机原理 10
2.2.2电机驱动 11
2.3光线采集模块 12
2.4 LCD显示模块 12
2.5光电开关模块 14
2.6 本章小结 14
第三章 软件部分 16
3.1软件设计方案 16
3.2 主程序设计方案 16
3.3电机回原点子程序设计 17
3.4电机转动子程序 18
3.5 ADC转换子程序 18
3.6角度读取及显示子程序 1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
9
3.7 LCD1602液晶显示子程序 20
3.8 本章小结 20
第四章 系统调试 22
结束语 23
参考文献 24
附录1硬件原理图 25
附录2硬件实物图 26
附录3部分源程序 27
绪 论
课题背景
随着近些年人类对化石燃料的不断开采，世界能源问题日益严峻，现存的油田气田产量也在逐年减少，能源短缺、能源利用率低下、环境污染等问题进而导致的全球温室效应是如今人类面临的巨大难题。相对于几乎不可能再生的化石能源来说，太阳能可以说是清洁无污染并且取之无尽用之不竭。凭借着其普遍性，清洁性，经济性等特点，太阳能已成为目前理想的替代能源之一。太阳能的开发利用是解决能源问题，实现可持续发展的有效途径之一。
研究现状
太阳能是可再生能源家族中资源量最大，分布最普遍的能源。全球权威能源 机构预测，到本世纪中期太阳能将成为人类能源构成中的重要组成部分，而到本 世纪末太阳能将成为人类能源构成的主要部分。将太阳能直接转换为电能这一能 源高端产品的光伏发电技术已取得突破，有望在30年左右的时段内成为重要的电力能源之一。
各国科研机构对光伏发电技术进行了深入研究，理论上已趋于成熟。目前， 该技术已在世界范围内得到推广。随着光伏发电技术的不断进步，光伏发电成本 的不断降低，各国纷纷出台各种政策支持，使得光伏发电成为最近几年发展最迅 速的产业。美国、欧盟各国、日本、韩国和新加坡等国家都将太阳能发电作为自 己的支柱产业，纷纷建设了大规模的光伏发电电站。各国政府釆用的措施如高价 或平价购买太阳能发电系统所发的电力、补助金、减免税和RPS制度等，RPS制 度是政府规定电力公司有义务购买可再生能源的制度。据国际能源组织最新公布 的统计数据显示，2007年其27个成员国的太阳能发电的总发电量为22.6亿瓦， 其中德国太阳能发电的发电量在世界首次达到10亿瓦，以此为标志，全球太阳能 发电进入了 10亿瓦时代[5L预计到2030年太阳能发电将占世界电力供应的10% 以上，2050年达到20%以上，大规模的开发和利用使太阳能在整个能源供应中将占有一席之地。
国内不少高等院校、科研机构及公司企业也幵展了这方面的研究。1996年，一种步进式太阳能自动跟踪装置在内蒙古自治区投入使用，用来带动30KG重的低倍聚光太阳电池方阵。该装置采用单轴步进式半自动跟踪方案，具有积累误差小，抗干扰能力强，自耗电率小，造假低廉等优点，但存在机械晃量、点击寿命及单轴跟踪的缺点。2003年《太阳能学报》介绍了一种智能型全自动太阳跟踪装置。2008年，中共气象局气象勘测中心研制出一种全自动太阳跟踪器，能实现高精度的全天候太阳自动跟踪。该系统是一套计算机控制的光、机、电一体化的自动太阳跟踪系统，具有太阳运行轨迹跟踪方式和传感器跟踪方式两种可自行平滑切换的工作模式。江苏东升光伏发电设备有限公司自主研发出一种单轴自动跟踪光伏支架，采用连杆驱动，最大风速为42m/s，跟踪范围为60度到60度，系统具有远程群控、远程监视，自动保护和夜间休眠等功能。
研究意义
随着光伏发电技术在太阳能利用领域的迅速发展，太阳能跟踪系统日益向着自动化、智能化方向发展，单轴跟踪系统已不能满足光伏发电的新要求。研究太阳光线双轴智能跟踪系统，可对太阳光线进行精密跟踪，提高太阳光的接收效率，进而提高太阳能的利用率，减少人工干预，降低光伏发电的成本。通过对太阳光线的自动跟踪实现太阳能电池发电功率的最大化，使发电效率增加。随着石油资源的日益紧张，太阳能在光伏发电中的高效利用将具有明显的社会和经济效益。
在光伏发电系统中，跟踪装置的结构刚度低，装置就容易发生变形，引起太阳能电池不能正对太阳光，太阳光接收效率下降，从而导致整个光伏发电系统的能量转换效率下降。同时，为防止自然灾害，主要是大风天气，装置的机械结构应具有较强的抗风能力，在强风的作用下不会发生破坏和大变形，所以装置的机械结构应作合理的设计。此外，如果跟踪控制系统不能保证正常运行，光电转化效率将会大大降低。控制系统的稳定性、精度等性能的好坏直接关系到整个光伏发电的优劣，其中跟踪的精度对整个光伏发电系统的效率会产生很大影响，因此设计一种太阳光线双轴跟踪装置，使其具有高抗风能力，大跟踪范围，结构紧凑，商品化关键零部件，高精度，价格低的特点，并尽快将这一技术转化为生产力，形成技术含量高，生产批量大，使用维护方便的产品，推动太阳能的普及利用，拓宽太阳能的利用领域，具有重要意义。
系统设计思路和方案
1.1设计思路
光线自动追踪就是对光线采集并进行角度分析，将采集到的数据处理后转换为驱动电机转动的信号，通过电机的转动达到跟踪光线的目的。
1.2 总体设计方案选择
本设计是基于单片机的太阳光线自动跟踪系统，自动跟踪系统关键的部分为如何进行光线采集。
方案一
Key words: Solar energy;Auto Tracking;STC12C5A60S2;Stepper motor; Photoresistance 目 录
绪 论 1
课题背景 1
研究现状 1
研究意义 2
第一章 系统设计思路和方案 3
1.1设计思路 3
1.2 总体设计方案选择 3
1.3 主要功能模块选择 4
1.3.1单片机选择 4
1.3.2电机模块选择 5
1.3.3显示器模块选择 6
1.3.4光电开关模块选择 7
1.4传感器的选择 8
1.5本章小结 8
第二章 硬件部分 9
2.1主控模块设计 9
2.1.1 STC12C5A60S2单片机最小系统 9
2.2步进电机模块 10
2.2.1 28BYJ48型减速步进电机原理 10
2.2.2电机驱动 11
2.3光线采集模块 12
2.4 LCD显示模块 12
2.5光电开关模块 14
2.6 本章小结 14
第三章 软件部分 16
3.1软件设计方案 16
3.2 主程序设计方案 16
3.3电机回原点子程序设计 17
3.4电机转动子程序 18
3.5 ADC转换子程序 18
3.6角度读取及显示子程序 1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
9
3.7 LCD1602液晶显示子程序 20
3.8 本章小结 20
第四章 系统调试 22
结束语 23
参考文献 24
附录1硬件原理图 25
附录2硬件实物图 26
附录3部分源程序 27
绪 论
课题背景
随着近些年人类对化石燃料的不断开采，世界能源问题日益严峻，现存的油田气田产量也在逐年减少，能源短缺、能源利用率低下、环境污染等问题进而导致的全球温室效应是如今人类面临的巨大难题。相对于几乎不可能再生的化石能源来说，太阳能可以说是清洁无污染并且取之无尽用之不竭。凭借着其普遍性，清洁性，经济性等特点，太阳能已成为目前理想的替代能源之一。太阳能的开发利用是解决能源问题，实现可持续发展的有效途径之一。
研究现状
太阳能是可再生能源家族中资源量最大，分布最普遍的能源。全球权威能源 机构预测，到本世纪中期太阳能将成为人类能源构成中的重要组成部分，而到本 世纪末太阳能将成为人类能源构成的主要部分。将太阳能直接转换为电能这一能 源高端产品的光伏发电技术已取得突破，有望在30年左右的时段内成为重要的电力能源之一。
各国科研机构对光伏发电技术进行了深入研究，理论上已趋于成熟。目前， 该技术已在世界范围内得到推广。随着光伏发电技术的不断进步，光伏发电成本 的不断降低，各国纷纷出台各种政策支持，使得光伏发电成为最近几年发展最迅 速的产业。美国、欧盟各国、日本、韩国和新加坡等国家都将太阳能发电作为自 己的支柱产业，纷纷建设了大规模的光伏发电电站。各国政府釆用的措施如高价 或平价购买太阳能发电系统所发的电力、补助金、减免税和RPS制度等，RPS制 度是政府规定电力公司有义务购买可再生能源的制度。据国际能源组织最新公布 的统计数据显示，2007年其27个成员国的太阳能发电的总发电量为22.6亿瓦， 其中德国太阳能发电的发电量在世界首次达到10亿瓦，以此为标志，全球太阳能 发电进入了 10亿瓦时代[5L预计到2030年太阳能发电将占世界电力供应的10% 以上，2050年达到20%以上，大规模的开发和利用使太阳能在整个能源供应中将占有一席之地。
国内不少高等院校、科研机构及公司企业也幵展了这方面的研究。1996年，一种步进式太阳能自动跟踪装置在内蒙古自治区投入使用，用来带动30KG重的低倍聚光太阳电池方阵。该装置采用单轴步进式半自动跟踪方案，具有积累误差小，抗干扰能力强，自耗电率小，造假低廉等优点，但存在机械晃量、点击寿命及单轴跟踪的缺点。2003年《太阳能学报》介绍了一种智能型全自动太阳跟踪装置。2008年，中共气象局气象勘测中心研制出一种全自动太阳跟踪器，能实现高精度的全天候太阳自动跟踪。该系统是一套计算机控制的光、机、电一体化的自动太阳跟踪系统，具有太阳运行轨迹跟踪方式和传感器跟踪方式两种可自行平滑切换的工作模式。江苏东升光伏发电设备有限公司自主研发出一种单轴自动跟踪光伏支架，采用连杆驱动，最大风速为42m/s，跟踪范围为60度到60度，系统具有远程群控、远程监视，自动保护和夜间休眠等功能。
研究意义
随着光伏发电技术在太阳能利用领域的迅速发展，太阳能跟踪系统日益向着自动化、智能化方向发展，单轴跟踪系统已不能满足光伏发电的新要求。研究太阳光线双轴智能跟踪系统，可对太阳光线进行精密跟踪，提高太阳光的接收效率，进而提高太阳能的利用率，减少人工干预，降低光伏发电的成本。通过对太阳光线的自动跟踪实现太阳能电池发电功率的最大化，使发电效率增加。随着石油资源的日益紧张，太阳能在光伏发电中的高效利用将具有明显的社会和经济效益。
在光伏发电系统中，跟踪装置的结构刚度低，装置就容易发生变形，引起太阳能电池不能正对太阳光，太阳光接收效率下降，从而导致整个光伏发电系统的能量转换效率下降。同时，为防止自然灾害，主要是大风天气，装置的机械结构应具有较强的抗风能力，在强风的作用下不会发生破坏和大变形，所以装置的机械结构应作合理的设计。此外，如果跟踪控制系统不能保证正常运行，光电转化效率将会大大降低。控制系统的稳定性、精度等性能的好坏直接关系到整个光伏发电的优劣，其中跟踪的精度对整个光伏发电系统的效率会产生很大影响，因此设计一种太阳光线双轴跟踪装置，使其具有高抗风能力，大跟踪范围，结构紧凑，商品化关键零部件，高精度，价格低的特点，并尽快将这一技术转化为生产力，形成技术含量高，生产批量大，使用维护方便的产品，推动太阳能的普及利用，拓宽太阳能的利用领域，具有重要意义。
系统设计思路和方案
1.1设计思路
光线自动追踪就是对光线采集并进行角度分析，将采集到的数据处理后转换为驱动电机转动的信号，通过电机的转动达到跟踪光线的目的。
1.2 总体设计方案选择
本设计是基于单片机的太阳光线自动跟踪系统，自动跟踪系统关键的部分为如何进行光线采集。
方案一
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