stm32的太阳能智能追光器的设计【字数：11898】
太阳能是清洁与可再生能源，资源丰富且分布广泛，具有非常广阔的应用前景。 然而，太阳能的利用率低下这个问题一直影响和阻碍了太阳能技术的有效应用。在本文中，针对太阳能利用率低的问题，设计开发了一款基于STM32的太阳能智能追光器。采用Keil uVision5 by ARM软件开发，程序的烧录使用的是PL2303下载器，选择了STM32F103C8T6芯片、ULN003电机驱动模块、步进电机。追光器的工作方式为运行在微处理器里面的控制程序，根据入射光的强度，产生的光电传感器的信号，控制步进电机驱动太阳能电池板旋转。经测试，设计制作的太阳能智能追光器很好地实现了太阳能电池板根据光的角度旋转，使太阳光的入射角最大，有效地提高太阳能电池系统的整体工作效率，具有较广阔的应用前景。
目录
1. 引言 1
1.1课题来源与背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3拟采用的技术路线 2
1.4论文结构安排 3
2. 方案的设计与选择 4
2.1控制方案的确定 4
2.2控制方式的选择 4
2.2.1单片机芯片的选择 4
2.2.2电机驱动模块的选择 5
2.2.3电机模块的选择 6
3. 硬件电路的设计 7
3.1系统的功能分析及体系结构设计 7
3.1.1系统功能分析 7
3.1.2系统总体结构 7
3.2模块电路的设计 7
3.2.1单片机核心电路设计 7
3.2.2步进电机驱动电路设计 10
3.3光照检测电路设计 12
3.4系统整体硬件工作原理图 13
4. 系统软件设计 14
4.1编程语言选择 14
4.2单片机程序开发环境 14
4.3ARM软件开发流程 15
4.4程序烧录软件介绍 16
4.5串口程序烧写模块介绍 17
4.6程序流程图 18
4.7重要代码 19
5. 系统组装与调试 23
5.1电路焊接 23
5.2系统调 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
试 23
5.2.1硬件测试 23
5.2.2系统程序调试 24
5.3实物测试 25
6. 结语 26
参考文献 27
致谢 29
引言
课题来源与背景
当今世界，能源危机愈发严重，数据表明[1]，天然气、石油等传统消耗性能源在地球储量告急。根据当前对石油等传统能源的利用率，数十年后，已探测到的剩余矿物能源将被消耗殆尽。因此，能源危机对人类生活的影响已经到了刻不容缓的地步。
太阳能既是清洁能源，又是可再生能源。太阳能对环境无污染，资源丰富，免费使用，无运输。使用太阳能可以大大减缓传统能源对环境的压力，创造一个更加美好和清洁的新世界。但是由于太阳能本身的缺点，现在对太阳能的利用率普遍较低，并且目前已有的智能追光器也有着各种各样的缺点[2]。现在国内太阳能发电普遍有以下不足之处：大多数使用电池板固定的方式安装，对能源的利用率较低；少数使用传感器与蜗轮蜗杆技术，但这种追光产品的可靠性差，且价格较高。因此，研究和实现提高太阳能的有效利用率具有重要意义。
太阳能智能追光器，能提高太阳能收集效率。在不同光强的环境中，太阳能电池板会自动调整角度，并且跟踪太阳的角度。
国内外研究现状
市场上，主流的太阳能自动化追光系统可以分为两大类：利用电子操控的追光系统和机械化的追光系统。前者可以分为通过利用光电感应的自动化趋光系统和利用太阳轨迹变化的趋光系统。后者原理采用压差进行趋光跟踪。
(1)压差式追光系统
该系统的基本工作原理是:当太阳光线与系统感应界面存在偏角时，即太阳光线斜向映射到系统感应界面处，由于不同侧光照强度的差异，系统内部两侧封闭空间内介质进而会表现出对应的物理性状，两侧压力存在落差，破坏平衡。由于这种压力落差，自动化追光系统将会智能化地自主移动，调整感应角度，直至两侧压力趋于平衡。这时，系统感应界面两侧感光强度大小相等，系统感应界面与太阳步调协同。根据系统内部封闭空间中介质差异，可以分为重力差式、液压差式、气压差式等压差式太阳能追光系统。
这种智能追光系统结构简单，成本低廉。是一种呆板式机械追光系统，因此它不需要外接电源和额外自动化控制装置。但是，使用该系统限制因素也有很多，一般只能用于单轴的追光系统，追光的准确性十分低下。所以，该系统仅满足一般用户的普通需要。
(2)视日运动轨迹智能追光系统
由于系统轴数差异，可以分为单轴跟踪和双轴跟踪等两种视日变化轨迹自动化追光系统。
单轴追光一般采用三种布置类型：追光系统倾斜一定角度放置或将其焦线南北水平放置，这两种类型均属于东西跟踪；第三种布置类型将追光系统焦线东西水平放置，属于南北跟踪。这三种追光方式都是单轴旋转，工作方法是一样的。在采用该套追光系统时，调整单轴（或焦线）方位，使其处于东西向。在使用前，预先推算一天中太阳光线入射角度的轨迹，即跟踪入射光线，从而使太阳能板绕单轴进行或仰或俯的角度调整。采用这种追光方式，当正午时，太阳光线呈90度映射到太阳能收集板，此时接受到的热量最大，而其他时刻太阳光线斜向映射，会损失部分热量。单轴追光优点系统结构简单方便，但缺点也很突出，由于入射光线斜向映射到太阳能面板时，会损失部分热量，因此其性能还是不够优越。
在上述几种智能追光系统中，由于跟踪太阳的目的是为了提高太阳能的利用率，如果精度低，跟踪利用率比较低，那么为了提高利用率，有必要添加其它设备，并增加了成本。纯机械式的智能追光器精度较低，不适合普通用户的高需求使用。所述的光电传感式太阳智能追光系统具有高精度，但仍存在许多问题。如果想提高太阳能的利用率，我们需要进一步的研究和讨论，制订一个切实可行的，高精度，低成本的太阳能智能追光器，并进一步研究。
目录
1. 引言 1
1.1课题来源与背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3拟采用的技术路线 2
1.4论文结构安排 3
2. 方案的设计与选择 4
2.1控制方案的确定 4
2.2控制方式的选择 4
2.2.1单片机芯片的选择 4
2.2.2电机驱动模块的选择 5
2.2.3电机模块的选择 6
3. 硬件电路的设计 7
3.1系统的功能分析及体系结构设计 7
3.1.1系统功能分析 7
3.1.2系统总体结构 7
3.2模块电路的设计 7
3.2.1单片机核心电路设计 7
3.2.2步进电机驱动电路设计 10
3.3光照检测电路设计 12
3.4系统整体硬件工作原理图 13
4. 系统软件设计 14
4.1编程语言选择 14
4.2单片机程序开发环境 14
4.3ARM软件开发流程 15
4.4程序烧录软件介绍 16
4.5串口程序烧写模块介绍 17
4.6程序流程图 18
4.7重要代码 19
5. 系统组装与调试 23
5.1电路焊接 23
5.2系统调 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
试 23
5.2.1硬件测试 23
5.2.2系统程序调试 24
5.3实物测试 25
6. 结语 26
参考文献 27
致谢 29
引言
课题来源与背景
当今世界，能源危机愈发严重，数据表明[1]，天然气、石油等传统消耗性能源在地球储量告急。根据当前对石油等传统能源的利用率，数十年后，已探测到的剩余矿物能源将被消耗殆尽。因此，能源危机对人类生活的影响已经到了刻不容缓的地步。
太阳能既是清洁能源，又是可再生能源。太阳能对环境无污染，资源丰富，免费使用，无运输。使用太阳能可以大大减缓传统能源对环境的压力，创造一个更加美好和清洁的新世界。但是由于太阳能本身的缺点，现在对太阳能的利用率普遍较低，并且目前已有的智能追光器也有着各种各样的缺点[2]。现在国内太阳能发电普遍有以下不足之处：大多数使用电池板固定的方式安装，对能源的利用率较低；少数使用传感器与蜗轮蜗杆技术，但这种追光产品的可靠性差，且价格较高。因此，研究和实现提高太阳能的有效利用率具有重要意义。
太阳能智能追光器，能提高太阳能收集效率。在不同光强的环境中，太阳能电池板会自动调整角度，并且跟踪太阳的角度。
国内外研究现状
市场上，主流的太阳能自动化追光系统可以分为两大类：利用电子操控的追光系统和机械化的追光系统。前者可以分为通过利用光电感应的自动化趋光系统和利用太阳轨迹变化的趋光系统。后者原理采用压差进行趋光跟踪。
(1)压差式追光系统
该系统的基本工作原理是:当太阳光线与系统感应界面存在偏角时，即太阳光线斜向映射到系统感应界面处，由于不同侧光照强度的差异，系统内部两侧封闭空间内介质进而会表现出对应的物理性状，两侧压力存在落差，破坏平衡。由于这种压力落差，自动化追光系统将会智能化地自主移动，调整感应角度，直至两侧压力趋于平衡。这时，系统感应界面两侧感光强度大小相等，系统感应界面与太阳步调协同。根据系统内部封闭空间中介质差异，可以分为重力差式、液压差式、气压差式等压差式太阳能追光系统。
这种智能追光系统结构简单，成本低廉。是一种呆板式机械追光系统，因此它不需要外接电源和额外自动化控制装置。但是，使用该系统限制因素也有很多，一般只能用于单轴的追光系统，追光的准确性十分低下。所以，该系统仅满足一般用户的普通需要。
(2)视日运动轨迹智能追光系统
由于系统轴数差异，可以分为单轴跟踪和双轴跟踪等两种视日变化轨迹自动化追光系统。
单轴追光一般采用三种布置类型：追光系统倾斜一定角度放置或将其焦线南北水平放置，这两种类型均属于东西跟踪；第三种布置类型将追光系统焦线东西水平放置，属于南北跟踪。这三种追光方式都是单轴旋转，工作方法是一样的。在采用该套追光系统时，调整单轴（或焦线）方位，使其处于东西向。在使用前，预先推算一天中太阳光线入射角度的轨迹，即跟踪入射光线，从而使太阳能板绕单轴进行或仰或俯的角度调整。采用这种追光方式，当正午时，太阳光线呈90度映射到太阳能收集板，此时接受到的热量最大，而其他时刻太阳光线斜向映射，会损失部分热量。单轴追光优点系统结构简单方便，但缺点也很突出，由于入射光线斜向映射到太阳能面板时，会损失部分热量，因此其性能还是不够优越。
在上述几种智能追光系统中，由于跟踪太阳的目的是为了提高太阳能的利用率，如果精度低，跟踪利用率比较低，那么为了提高利用率，有必要添加其它设备，并增加了成本。纯机械式的智能追光器精度较低，不适合普通用户的高需求使用。所述的光电传感式太阳智能追光系统具有高精度，但仍存在许多问题。如果想提高太阳能的利用率，我们需要进一步的研究和讨论，制订一个切实可行的，高精度，低成本的太阳能智能追光器，并进一步研究。
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