太阳能自动跟踪器的研究与设计
太阳能自动跟踪器的研究与设计[20191223160247]
摘要
太阳能电池的发电效率，和太阳入射角之间存在很大的关系。大量实验数据表明，当太阳光线垂直照射到太阳能电池板上时，其发电效率最高。
本论文就如何提高光伏转换效率的问题，提出并采用自动跟踪系统的观点，使其对太阳光线入射角作出实时判断，使太阳能电池板和太阳光线始终保持垂直，从而大大提高太阳能的吸收率和转化率。设计要求结构简单、成本低廉，太阳能电池板能实时自动追踪太阳光线，充分利用太阳能。
本设计选用AT89S51单片机作为控制中心，光敏电阻收集光线，运放LM358对收集的光线做处理，将数据传给单片机，单片机将数据进一步处理后传输给电机驱动系统，电机驱动系统控制两路电机调节电池板。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:自动跟踪单片机运放LM358
目 录
1.引言 1
1.1太阳能自动跟踪器的发展现状 1
1.2课题研究的目的和意义 1
1.3课题设计思路方法 1
2.单片机的选用 3
2.1单片机概述 3
2.2定时与中断 3
2.3 AT89S51概述 5
3.寻光电路设计 7
3.1寻光元件 7
3.2电压比较器概述 7
3.2.1 LM358概述 8
3.2.2 LM358特性 8
3.3光电检验原理 9
3.4寻光电路设计 10
4.驱动电路设计 12
4.1继电器概述 12
4.2电机驱动电路设计 12
5.供电系统设计 15
5.1 LM7805概述 15
5.2供电系统电路设计及工作原理 15
6.系统调试 18
6.1硬件调试 18
6.2软件调试 19
总结 20
参考文献 21
致谢 22
附录1 23
附录2 28
1.引言
1.1太阳能自动跟踪器的发展现状
近年来，能源短缺成为备受关注的世界性难题。太阳能因其具有清洁、无污染等优点，开发前景十分广阔。如何高效利用太阳能也就成为当下各国研究的一个热点。
当前市场上使用的太阳能自动跟踪系统，按照驱动装置分，可分为单轴和双轴两种跟踪系统。单轴系统只能在一个方向跟踪太阳，其在高度上需人为进行调节；而双轴系统可以在水平和高度两个方向上追踪太阳光线。从主控单元类型上还可将太阳能自动跟踪系统分为PLC控制和单片机控制系统；按控制方式可将系统分为传感器跟踪和视日运动轨迹跟踪[1]。
1.2课题研究的目的和意义
在我国，尽管太阳能可开发利用资源丰富，但由于它有一定的分散性、方向性和不稳定性，又由于我国光伏发电产业起步较晚，以及技术条件的限制，当前光伏发电的转换效率并不高，太阳能发电并未得到发展和普及。在没有研制出高效的光伏电池材料之前，设计出成本低、精度高的太阳能自动跟踪系统,是促进太阳能发展和普及的主要途径之一。
本论文就如何提高光伏转换效率的问题，提出并采用自动跟踪系统的观点，使其对太阳光线入射角作出实时判断，使太阳能电池板和太阳光线始终保持垂直，从而大大提高太阳能的吸收率和转化率。
1.3课题设计思路方法
实践证明，太阳能电池的发电效率，和太阳入射角之间存在很大的关系。大量实验数据表明，当太阳光线垂直照射到太阳能电池板上时，其发电效率最高[2]。
本论文就如何提高光伏转换效率的问题，提出并采用自动跟踪系统的观点，使其对太阳光线入射角作出实时判断，使太阳能电池板和太阳光线始终保持垂直，从而大大提高太阳能的吸收率和转化率。设计要求结构简单、成本低廉，太阳能电池板能实时自动追踪太阳光线，充分利用太阳能。
本设计选用AT89S51单片机作为控制中心，光敏电阻收集光线，运放LM358对收集的光线做处理，将数据传给单片机，单片机将数据进一步处理后传输给电机驱动系统，电机驱动系统控制两路电机调节电池板。
设计中，寻光系统采用AT89S51单片机作为主控芯片，光敏和运放LM358组成光信号采集模块，继电器控制电机的正反转进行电池板的微调。具体控制框图如图1-1所示：
图1-1 系统控制框图
2.单片机的选用
2.1单片机概述
单片机是一块集成了了中央处理器、只读存储器、随机存储器、中断系统、定时器/计数器以及I/O接口电路等主要微型机部件的芯片。虽然，单片机只是一块小小的芯片，但从其功能和组成上看，它已具备了计算机系统的属性，因此，称它为单片微型计算机SCMC（Single chip micro computer），简称单片机[3]。
根据控制应用的需要，可以将单片机分成为通用型和专用型两种类型。 通用型单片机是一种基本芯片，其内部资源较丰富，性能全面且适用性强，能覆盖多种应用需要。用户可以根据需要设计成各种不同应用的控制系统，即通用单片机有一个在设计的过程，通过用户的进一步设计，才能组建成一个以通用单片机芯片为核心再配以其它外围电路的应用控制系统。然而在单片机的控制应用中，有许多时候是专门针对某个特定产品的，例如电度表和 IC 卡读写器上的单片机等。这种应用的最大特点是针对性强而且数量巨大，为此厂家常与芯片制造商合作，设计和生产专用的单片机芯片。由于专用单片机芯片是针对一种产品或一种控制应用而专门设计的，设计时已经对系统结构的最简化，软硬件资源利用的最优化[4]。
2.2定时与中断
中断实质上是一种资源共享技术，采用中断技术可以使多项任务共享一个资源。 中断源是指向CPU发出中断请求的来源。MCS-51是一个多中断源的单片机，以80C51为例，有三类共五个中断源，分别是外部中断两个，定时中断两个和串行中断一个[5]。
外部中断：外部中断是由外部信号引起的，共有两个中断源，即外部中断“0”和外部中断“1”。它们的中断请求信号分别由引脚INT0（P3.2）和INT1（P3.3）引入。 外部中断请求有两种信号方式，即电平方式和脉冲方式，可通过有关控制位进行定义。
定时中断：定时中断是为满足定时或计数的需要而设置的。
串行中断：串行中断是为串行数据传送的需要而设置的。
中断控制：这里所说的中断控制是指提供给用户使用的中断控制手段，实际上就是一些专用寄存器。在MCS-51单片机中，用于此目的的控制寄存器共有四个，即定时器控制寄存器、中断允许控制寄存器、中断优先控制寄存器以及串行口控制寄存器。
定时器控制寄存器（TCON）：该寄存器用于保存外部中断请求和以及定时器的计数溢出。寄存器地址88H，位地址8FH～88H，寄存器位地址见表2-1。
表2-1 寄存器位地址表1
位地址 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88
位符号 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0
此寄存器既有定时器/计数器的控制功能又有中断控制功能，其中与中断有关的控制位共六位：IE0和IE1 、IT0和IT1 以及TF0和TF1 。
中断允许控制寄存器（IE）：寄存器地址A8H，位地址AFH～A8H，寄存器位地址见表2-2。
表2-2 寄存器位地址表2
位地址 AF AE AD AC AB AA A9 A8
位符号 EA - - ES ET1 EX1 ET0 EX0
其中与中断有关的控制位共六位：EA、EX0和EX1 、ET0和ET1 、ES。
中断优先级控制寄存器（IP）：MCS-51的中断优先级控制只定义了高、低两个优先级。各中断源的优先级由优先寄存器（IP）进行设定。IP寄存器地址B8H，位地址为BFH～B8H。寄存器的内容及位地址见表2-3：
表2-3 寄存器位地址表3
位地址 BF BE BD BC BB BA B9 B8
位符号 - - - PS PT1 PX1 PT0 PX0
其中PX0外部中断0优先级设定位；PT0 定时中断0优先级设定位；PX1 外部中断1优先级设定位；PT1 定时中断1优先级设定位；PS 串行中断优先级设定位；为0的位优先级为低，为1的位优先级为高。
定时器/计数器的控制寄存器：与定时器/计数器应用有关的控制寄存器有：
（1）定时器控制寄存器（TCON） TCON寄存器既参与中断控制又参与定时控制。其中有关定时的控制位共有四位：TF0和TF1 、TR0和TR1 。
（2）工作方式控制寄存器（TMOD） TMOD寄存器是一个专用寄存器，用于设定两个定时器/计数器的工作方式。但TMOD寄存器不能位寻址，只能用字节传送指令设置其内容。
摘要
太阳能电池的发电效率，和太阳入射角之间存在很大的关系。大量实验数据表明，当太阳光线垂直照射到太阳能电池板上时，其发电效率最高。
本论文就如何提高光伏转换效率的问题，提出并采用自动跟踪系统的观点，使其对太阳光线入射角作出实时判断，使太阳能电池板和太阳光线始终保持垂直，从而大大提高太阳能的吸收率和转化率。设计要求结构简单、成本低廉，太阳能电池板能实时自动追踪太阳光线，充分利用太阳能。
本设计选用AT89S51单片机作为控制中心，光敏电阻收集光线，运放LM358对收集的光线做处理，将数据传给单片机，单片机将数据进一步处理后传输给电机驱动系统，电机驱动系统控制两路电机调节电池板。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:自动跟踪单片机运放LM358
目 录
1.引言 1
1.1太阳能自动跟踪器的发展现状 1
1.2课题研究的目的和意义 1
1.3课题设计思路方法 1
2.单片机的选用 3
2.1单片机概述 3
2.2定时与中断 3
2.3 AT89S51概述 5
3.寻光电路设计 7
3.1寻光元件 7
3.2电压比较器概述 7
3.2.1 LM358概述 8
3.2.2 LM358特性 8
3.3光电检验原理 9
3.4寻光电路设计 10
4.驱动电路设计 12
4.1继电器概述 12
4.2电机驱动电路设计 12
5.供电系统设计 15
5.1 LM7805概述 15
5.2供电系统电路设计及工作原理 15
6.系统调试 18
6.1硬件调试 18
6.2软件调试 19
总结 20
参考文献 21
致谢 22
附录1 23
附录2 28
1.引言
1.1太阳能自动跟踪器的发展现状
近年来，能源短缺成为备受关注的世界性难题。太阳能因其具有清洁、无污染等优点，开发前景十分广阔。如何高效利用太阳能也就成为当下各国研究的一个热点。
当前市场上使用的太阳能自动跟踪系统，按照驱动装置分，可分为单轴和双轴两种跟踪系统。单轴系统只能在一个方向跟踪太阳，其在高度上需人为进行调节；而双轴系统可以在水平和高度两个方向上追踪太阳光线。从主控单元类型上还可将太阳能自动跟踪系统分为PLC控制和单片机控制系统；按控制方式可将系统分为传感器跟踪和视日运动轨迹跟踪[1]。
1.2课题研究的目的和意义
在我国，尽管太阳能可开发利用资源丰富，但由于它有一定的分散性、方向性和不稳定性，又由于我国光伏发电产业起步较晚，以及技术条件的限制，当前光伏发电的转换效率并不高，太阳能发电并未得到发展和普及。在没有研制出高效的光伏电池材料之前，设计出成本低、精度高的太阳能自动跟踪系统,是促进太阳能发展和普及的主要途径之一。
本论文就如何提高光伏转换效率的问题，提出并采用自动跟踪系统的观点，使其对太阳光线入射角作出实时判断，使太阳能电池板和太阳光线始终保持垂直，从而大大提高太阳能的吸收率和转化率。
1.3课题设计思路方法
实践证明，太阳能电池的发电效率，和太阳入射角之间存在很大的关系。大量实验数据表明，当太阳光线垂直照射到太阳能电池板上时，其发电效率最高[2]。
本论文就如何提高光伏转换效率的问题，提出并采用自动跟踪系统的观点，使其对太阳光线入射角作出实时判断，使太阳能电池板和太阳光线始终保持垂直，从而大大提高太阳能的吸收率和转化率。设计要求结构简单、成本低廉，太阳能电池板能实时自动追踪太阳光线，充分利用太阳能。
本设计选用AT89S51单片机作为控制中心，光敏电阻收集光线，运放LM358对收集的光线做处理，将数据传给单片机，单片机将数据进一步处理后传输给电机驱动系统，电机驱动系统控制两路电机调节电池板。
设计中，寻光系统采用AT89S51单片机作为主控芯片，光敏和运放LM358组成光信号采集模块，继电器控制电机的正反转进行电池板的微调。具体控制框图如图1-1所示：
图1-1 系统控制框图
2.单片机的选用
2.1单片机概述
单片机是一块集成了了中央处理器、只读存储器、随机存储器、中断系统、定时器/计数器以及I/O接口电路等主要微型机部件的芯片。虽然，单片机只是一块小小的芯片，但从其功能和组成上看，它已具备了计算机系统的属性，因此，称它为单片微型计算机SCMC（Single chip micro computer），简称单片机[3]。
根据控制应用的需要，可以将单片机分成为通用型和专用型两种类型。 通用型单片机是一种基本芯片，其内部资源较丰富，性能全面且适用性强，能覆盖多种应用需要。用户可以根据需要设计成各种不同应用的控制系统，即通用单片机有一个在设计的过程，通过用户的进一步设计，才能组建成一个以通用单片机芯片为核心再配以其它外围电路的应用控制系统。然而在单片机的控制应用中，有许多时候是专门针对某个特定产品的，例如电度表和 IC 卡读写器上的单片机等。这种应用的最大特点是针对性强而且数量巨大，为此厂家常与芯片制造商合作，设计和生产专用的单片机芯片。由于专用单片机芯片是针对一种产品或一种控制应用而专门设计的，设计时已经对系统结构的最简化，软硬件资源利用的最优化[4]。
2.2定时与中断
中断实质上是一种资源共享技术，采用中断技术可以使多项任务共享一个资源。 中断源是指向CPU发出中断请求的来源。MCS-51是一个多中断源的单片机，以80C51为例，有三类共五个中断源，分别是外部中断两个，定时中断两个和串行中断一个[5]。
外部中断：外部中断是由外部信号引起的，共有两个中断源，即外部中断“0”和外部中断“1”。它们的中断请求信号分别由引脚INT0（P3.2）和INT1（P3.3）引入。 外部中断请求有两种信号方式，即电平方式和脉冲方式，可通过有关控制位进行定义。
定时中断：定时中断是为满足定时或计数的需要而设置的。
串行中断：串行中断是为串行数据传送的需要而设置的。
中断控制：这里所说的中断控制是指提供给用户使用的中断控制手段，实际上就是一些专用寄存器。在MCS-51单片机中，用于此目的的控制寄存器共有四个，即定时器控制寄存器、中断允许控制寄存器、中断优先控制寄存器以及串行口控制寄存器。
定时器控制寄存器（TCON）：该寄存器用于保存外部中断请求和以及定时器的计数溢出。寄存器地址88H，位地址8FH～88H，寄存器位地址见表2-1。
表2-1 寄存器位地址表1
位地址 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88
位符号 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0
此寄存器既有定时器/计数器的控制功能又有中断控制功能，其中与中断有关的控制位共六位：IE0和IE1 、IT0和IT1 以及TF0和TF1 。
中断允许控制寄存器（IE）：寄存器地址A8H，位地址AFH～A8H，寄存器位地址见表2-2。
表2-2 寄存器位地址表2
位地址 AF AE AD AC AB AA A9 A8
位符号 EA - - ES ET1 EX1 ET0 EX0
其中与中断有关的控制位共六位：EA、EX0和EX1 、ET0和ET1 、ES。
中断优先级控制寄存器（IP）：MCS-51的中断优先级控制只定义了高、低两个优先级。各中断源的优先级由优先寄存器（IP）进行设定。IP寄存器地址B8H，位地址为BFH～B8H。寄存器的内容及位地址见表2-3：
表2-3 寄存器位地址表3
位地址 BF BE BD BC BB BA B9 B8
位符号 - - - PS PT1 PX1 PT0 PX0
其中PX0外部中断0优先级设定位；PT0 定时中断0优先级设定位；PX1 外部中断1优先级设定位；PT1 定时中断1优先级设定位；PS 串行中断优先级设定位；为0的位优先级为低，为1的位优先级为高。
定时器/计数器的控制寄存器：与定时器/计数器应用有关的控制寄存器有：
（1）定时器控制寄存器（TCON） TCON寄存器既参与中断控制又参与定时控制。其中有关定时的控制位共有四位：TF0和TF1 、TR0和TR1 。
（2）工作方式控制寄存器（TMOD） TMOD寄存器是一个专用寄存器，用于设定两个定时器/计数器的工作方式。但TMOD寄存器不能位寻址，只能用字节传送指令设置其内容。
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