单片机的太阳光自动追踪系统设计(附件)
在能源危机和生态环境恶化的双重压迫下，太阳能作为一种无污染的可再生能源受到了广泛的关注，但是太阳能技术一直以来普及度都不高，究其原因是太阳能的利用率太低。以提高其利用率为目标，本设计进行了基于单片机的太阳光自动追踪系统的研究。 本设计以STC89C52RC单片机作为核心控制器，由光电传感器采集光照强度信息，利用两个步进电机进行双轴追踪。将信息反馈到单片机，单片机进行数据处理，通过对水平步进电机和俯仰步进电机进行驱动，调整太阳能采光板的方向，从而实现自动追踪。设计出实物模型，完成制作并通电运行成功后，进行实物检测。通过系统调试，结果是该系统能够实现对太阳光的自动追踪，验证了方案的可行性，具有一定的实用价值。关键词 太阳光自动跟踪，光电检测，两自由度控制，光电追踪
目录
1绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2国内外研究现状 2
1.3课题研究的目的及意义 3
2总体设计 4
2.1系统设计任务要求 4
2.2太阳追踪方式的选择 4
2.3太阳追踪机构的选择 5
2.4系统电路设计 6
3系统硬件设计 8
3.1单片机的最小系统 8
3.2时钟电路 11
3.3光电检测模块 12
3.4 A/D模块 14
3.5步进电机驱动模块 15
3.6显示模块 16
3.7按键模块 18
4系统软件设计 18
4.1主程序设计 19
4.2光电检测模块程序设计 19
4.3 数据采集模块程序设计 20
4.4 显示模块程序设计 21
5 调试结果 23
结 论 26
致 谢 27
参考文献 28
附录 30
附录A：硬件原理图 30
附录B：软件程序 31
绪论
目前，人类进入21世纪发展的新时期，人类社会的发展离不开对能源的使用。当前，石油、煤炭、天然气等不可再生的矿物燃料是人们使用的主要能源。由于能源的需求量巨大，但矿物燃料的总量是有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
限的，加之矿物燃料的燃烧会造成环境的污染，所以很多国家都在积极寻找方案解决能源问题，用可再生能源来代替化石能源是目前最可行和有效的方法。在多种可再生能源中，太阳能作为一种清洁能源，无疑受到各国的普遍重视。太阳能取之不尽，用之不竭。科学家们认为太阳能将是人类未来主要能源之一[1]。因此，用可再生的太阳能代替化石能源具有重大的意义。太阳能绿色无污染且方便获得，在环境污染越来越严重的今天，开发利用太阳能是势在必行的。
1.1 课题研究背景
众所周知，能源与人类发展息息相关，是人类生存和发展的基础。当前，人们大规模使用的是石油、天然气和煤炭等化石燃料。但是，人口数量在增加，生活水平在提高，时代在加速发展，人们对于能源的需求也就越来越多[2]。但化石能源总量是有限的，且具有不可再生性，终有一天会走向衰竭。因此，寻找新能源和可再生能源来代替化石能源就显得越发紧迫。
根据能源专家预测，地球上可供开采的油气资源总量已十分稀少[3]，并且有的地区地理位置比较复杂，根本没办法去开采它。煤炭资源虽相对较多，但毕竟是有限的，照现在的开发使用情况，煤炭将在二百年内开采完毕。水力资源是比较常见的，但水资源的利用开发形式单一并且对自然因素要求较高，而且水资源利用率的上限已经很高[4]，很难再继续向上提升。核能是一种比较清洁的能源，但它的使用也存在很大的安全隐患， 2011年日本福岛核泄漏事故的影响至今仍然存在。资源的种类是有很多种，但它们面临的问题也很多。如何解决这些问题还得花很长时间去研究。但是对不可再生的能源，总量一旦耗尽，就会从世界上消失，这是人为无法解决的，靠技术也不可能解决[5]。
与此同时，由于传统矿物燃料的燃烧，排放出大量的二氧化碳、一氧化碳、含硫气体，造成大气污染，其中包括温室效应、热污染、酸雨等。矿石燃料燃烧中产生的 废气严重污染了空气质量，全球空气质量最差的二十个城市中，中国占了一半[6]。环境的破坏不仅难以修复，而且会严重影响人类和动植物的健康。这样的后果是我们不想遇到和发生的。
新能源是指利用新技术加以开发利用的可再生能源，主要包括太阳能、生物质能、水能、风能、沼气、甲醇等[7]，这其中太阳能与其他新型能源相比有非常显著的优势[8]。
1.2 国内外研究现状
为了提高太阳能的利用率，众多科学家和工程人员投入到太阳光追踪系统的研究中其中，国外的研情况究如下：
首先是美国，按照时间发展顺序，先后研制出了单轴追踪器,双轴追踪器以及对电机进行控制的追踪器。单轴追踪器在东西方向上自动转动,南北方向手动转动，然后双轴追踪器可以接受更多的太阳能，对电机进行控制的追踪器可以调节电机的转速和电机转动的角度[9，10]。其次是日本，通过采集太阳光推出了“向日葵”光纤照明系统。2006年2月，西班牙在太阳能追踪系统方面有了新的突破，研制出的装置能够有效的提高太阳能的利用效率[11]。捷克从另一个研究方向出发，对系统的材料做了研究和改进，但这种装置技术难度较大，所以应用度不高。
目前，我国也对自动追光系统进行了深入的研究。我国太阳能自动跟踪主要有控放式、压差式、比较控制式、时钟式太阳跟踪器。一般时钟式的机电跟踪器和纯机械式的跟踪器精度偏低，采用光敏电阻控制的双轴太阳跟踪的控制方式精度较高。在九十年代初期，我国主要研制了两种自动追光装置。一种是单轴自动追光装置，另一种是太阳灶自动追踪系统。1999年11月，张耀明院士获江苏省科技厅支持，对全自动跟踪太阳的采光装置进行立项研究[12]，目前取得的成果非常显著，使太阳能的利用从室外走向了室内。2007年，经过研究测试，太阳能自动跟踪系统应用于发电取得了成功[13]。图1.1为在2008年北京奥运会中将使用此系统的报道。该装置安装在沙滩排球馆东北角，人们称它为“追日型”太阳能发电系统，该系统长十一米，宽七米，由两个大功率的并联电站组成。它的最大优点是无污染、省资源、省资金，性价比非常高。将此装置应用于比赛场馆，说明太阳能追踪系统使用范围的进一步扩大。该装置上的太阳能电池板可以随着太阳光线的转移变换角度，上下左右旋转可达到270度，且发电效率也得到了进一步提高。在那个时候，即使放眼全世界，其转换效率也是名列前茅。到目前依旧可以使用[14]。
目录
1绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2国内外研究现状 2
1.3课题研究的目的及意义 3
2总体设计 4
2.1系统设计任务要求 4
2.2太阳追踪方式的选择 4
2.3太阳追踪机构的选择 5
2.4系统电路设计 6
3系统硬件设计 8
3.1单片机的最小系统 8
3.2时钟电路 11
3.3光电检测模块 12
3.4 A/D模块 14
3.5步进电机驱动模块 15
3.6显示模块 16
3.7按键模块 18
4系统软件设计 18
4.1主程序设计 19
4.2光电检测模块程序设计 19
4.3 数据采集模块程序设计 20
4.4 显示模块程序设计 21
5 调试结果 23
结 论 26
致 谢 27
参考文献 28
附录 30
附录A：硬件原理图 30
附录B：软件程序 31
绪论
目前，人类进入21世纪发展的新时期，人类社会的发展离不开对能源的使用。当前，石油、煤炭、天然气等不可再生的矿物燃料是人们使用的主要能源。由于能源的需求量巨大，但矿物燃料的总量是有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
限的，加之矿物燃料的燃烧会造成环境的污染，所以很多国家都在积极寻找方案解决能源问题，用可再生能源来代替化石能源是目前最可行和有效的方法。在多种可再生能源中，太阳能作为一种清洁能源，无疑受到各国的普遍重视。太阳能取之不尽，用之不竭。科学家们认为太阳能将是人类未来主要能源之一[1]。因此，用可再生的太阳能代替化石能源具有重大的意义。太阳能绿色无污染且方便获得，在环境污染越来越严重的今天，开发利用太阳能是势在必行的。
1.1 课题研究背景
众所周知，能源与人类发展息息相关，是人类生存和发展的基础。当前，人们大规模使用的是石油、天然气和煤炭等化石燃料。但是，人口数量在增加，生活水平在提高，时代在加速发展，人们对于能源的需求也就越来越多[2]。但化石能源总量是有限的，且具有不可再生性，终有一天会走向衰竭。因此，寻找新能源和可再生能源来代替化石能源就显得越发紧迫。
根据能源专家预测，地球上可供开采的油气资源总量已十分稀少[3]，并且有的地区地理位置比较复杂，根本没办法去开采它。煤炭资源虽相对较多，但毕竟是有限的，照现在的开发使用情况，煤炭将在二百年内开采完毕。水力资源是比较常见的，但水资源的利用开发形式单一并且对自然因素要求较高，而且水资源利用率的上限已经很高[4]，很难再继续向上提升。核能是一种比较清洁的能源，但它的使用也存在很大的安全隐患， 2011年日本福岛核泄漏事故的影响至今仍然存在。资源的种类是有很多种，但它们面临的问题也很多。如何解决这些问题还得花很长时间去研究。但是对不可再生的能源，总量一旦耗尽，就会从世界上消失，这是人为无法解决的，靠技术也不可能解决[5]。
与此同时，由于传统矿物燃料的燃烧，排放出大量的二氧化碳、一氧化碳、含硫气体，造成大气污染，其中包括温室效应、热污染、酸雨等。矿石燃料燃烧中产生的 废气严重污染了空气质量，全球空气质量最差的二十个城市中，中国占了一半[6]。环境的破坏不仅难以修复，而且会严重影响人类和动植物的健康。这样的后果是我们不想遇到和发生的。
新能源是指利用新技术加以开发利用的可再生能源，主要包括太阳能、生物质能、水能、风能、沼气、甲醇等[7]，这其中太阳能与其他新型能源相比有非常显著的优势[8]。
1.2 国内外研究现状
为了提高太阳能的利用率，众多科学家和工程人员投入到太阳光追踪系统的研究中其中，国外的研情况究如下：
首先是美国，按照时间发展顺序，先后研制出了单轴追踪器,双轴追踪器以及对电机进行控制的追踪器。单轴追踪器在东西方向上自动转动,南北方向手动转动，然后双轴追踪器可以接受更多的太阳能，对电机进行控制的追踪器可以调节电机的转速和电机转动的角度[9，10]。其次是日本，通过采集太阳光推出了“向日葵”光纤照明系统。2006年2月，西班牙在太阳能追踪系统方面有了新的突破，研制出的装置能够有效的提高太阳能的利用效率[11]。捷克从另一个研究方向出发，对系统的材料做了研究和改进，但这种装置技术难度较大，所以应用度不高。
目前，我国也对自动追光系统进行了深入的研究。我国太阳能自动跟踪主要有控放式、压差式、比较控制式、时钟式太阳跟踪器。一般时钟式的机电跟踪器和纯机械式的跟踪器精度偏低，采用光敏电阻控制的双轴太阳跟踪的控制方式精度较高。在九十年代初期，我国主要研制了两种自动追光装置。一种是单轴自动追光装置，另一种是太阳灶自动追踪系统。1999年11月，张耀明院士获江苏省科技厅支持，对全自动跟踪太阳的采光装置进行立项研究[12]，目前取得的成果非常显著，使太阳能的利用从室外走向了室内。2007年，经过研究测试，太阳能自动跟踪系统应用于发电取得了成功[13]。图1.1为在2008年北京奥运会中将使用此系统的报道。该装置安装在沙滩排球馆东北角，人们称它为“追日型”太阳能发电系统，该系统长十一米，宽七米，由两个大功率的并联电站组成。它的最大优点是无污染、省资源、省资金，性价比非常高。将此装置应用于比赛场馆，说明太阳能追踪系统使用范围的进一步扩大。该装置上的太阳能电池板可以随着太阳光线的转移变换角度，上下左右旋转可达到270度，且发电效率也得到了进一步提高。在那个时候，即使放眼全世界，其转换效率也是名列前茅。到目前依旧可以使用[14]。
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