太阳能电池板自动跟踪日光系统设计(附件)
能源短缺问题是目前许多国家面临的最重要的问题, 随着不可再生资源的日益枯竭与消耗，环境污染的越发严重与破坏，太阳能作为一种清洁无污染的能源,有着巨大的开发前景，太阳能的开发越来越受人们的关注与重视。但是太阳能利用效率较低，这个问题一直在太阳能技术的推广和发展上有一定的妨碍和影响。本课题就是设计一种太阳能电池板自动跟踪日光系统,能使太阳能电池板始终保持与太阳光垂直,保持最大的转换效率。该设计系统的原理是利用传感器（光敏电阻）把接收到的光信号转换成模拟信号，然后通过信号处理及单片机控制后，由单片机控制电路输出相应的数字信号驱动方位角和高度角调整机构来实现相应的位置调整。本课题选用STC89C52单片机作为智能单元，根据单片机自身特点和所需要实现的功能，最后着重完成了单片机外围硬件电路设计和对应的软件设计。关键词 单片机，光敏电阻，步进电机
目 录
1 绪论 1
1.1 课题来源与课题意义 1
1.2 国内外的研究情况 2
1.3 论文的主要研究内容 3
1.4 本章小结 3
2 系统的整体设计 3
2.1 系统追踪部分的方案设计 3
2.2 系统控制部分的方案设计 7
2.3 系统的整体设计思路 8
2.4 本章小结 8
3 系统的硬件设计 8
3.1 单片机控制电路设计 8
3.2 AD转换模块电路设计 11
3.3 光电检测电路设计 13
3.4 步进电机驱动电路设计 14
3.5 系统架构的搭建 15
3.6 单片机外围电路设计 16
3.7 本章小结 17
4 系统软件设计 17
4.1 主程序模块 18
4.2 按键扫描模块 20
4.3 光强检测模块 21
4.4 步进电机驱动模块 24
4.5 本章小结 26
5 系统的调试 26
5.1 硬件调试 26
5.2 软件调试 27
5.3 调试现象 27
结论 29
致谢 31 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
参考文献 32
附录A：硬件原理图 33
附录B：部分程序代码 34
1 绪论
太阳能具有无污染的能量转换过程，不需要过多的维护。由于每天的天气不一样，对地面的太阳辐射会产生很大的影响，存在不同时间段太阳间断、阳光照射的位置以及阳光照射的强弱的不同等问题。所以想要收集到更多太阳能就要求在设计时需要考虑这些因素。而收集太阳能量的关键是提高太阳能电池板的能量转换效率。 由于太阳能电池板接收到最多的阳光时，它是垂直于太阳光线的，光伏发电的太阳能电池板的传统方法是固定在一个位置，捕捉到的太阳辐射能量少，这种方法不但不能收集到大量太阳的能量，而且浪费资源，收集率低。大量研究证明，太阳能追踪方法的效率比固定角度的23个百分点高出6.7个百分点，因此选用自动追踪日光装置追踪光线。该自动追踪系统可以让光伏发电系统利用有限的资源收集到更多太阳的能量。太阳能追踪器不断发展，许多学者针对研究不断创新，一种新的数字太阳能自动跟踪的控制方法和基于DCS的控制流程应运而生。控制器可以根据阳光的强度和时间，自动不断地调整对准角度使太阳能电池板和阳光始终保持垂直，这将获得最大的阳光强度，此时，能量转换效率最高，进而有效的提高对太阳能的开发利用率。又开发了数字太阳能电池板自动跟踪控制器样机，实验结果表明，利用所设计的控制器可以实现可行的光伏发电系统的设计以及达到提高效率的目的。
1.1 课题来源与课题意义
能源短缺问题是目前许多国家面临的最重要的问题, 随着不可再生资源的日益枯竭与消耗，环境受到破坏污染愈加严重等一些现实条件，取自来源于太阳的能量作为一种不对环境产生任何不良影响的能源,去开发的话必会产生很大的经济效益及社会效益，利用太阳能量发电的技术将越来越受人们的关注与重视。通过对其深入的研究:实时追踪太阳的运动轨迹和不追踪太阳的运动轨迹时的能量收集率差了37.7%,所以想要收集到更多的太阳能就必须选择能够每时每刻跟随太阳的运动轨迹的方式。本课题就是设计一种光板实时自发地追踪日光系统，能使光板自始至终保持与太阳光垂直,保持最大的转换的效率。但另一方面，由于太阳是有一定规律的移动轨迹的，因此光能接收装置具有不可固定性，但是根据太阳的移动特性，相应地通过改变光能接收装置的角度将会收到预期想达到收集更多能量的效果。在光伏发电系统中，发电效率低是目前存在的一个主要的瓶颈问题，其大大限制了太阳能发电系统的运用和发展。对于如何提高太阳能的发电效率，这是一个值得考虑的问题，一个有效的方法就是对太阳能照射点的实时跟踪[7]。
为了提高太阳能电池板的转换效率，设计了一种以单片机为核心实时自发地追踪光线的系统装置，它可以收集到最多的太阳能只要能够保证光板自始至终垂直于太阳光线。本课题属于单片机开发系统设计，通过完成本课题，第一，培养了学生系统地运用所学的基础理论、专业的知识和基本的技能，提高研习与解决当前问题的能力和初步搞研究的能力。第二，结合毕设课题收集查看相关的文献期刊等资料，培养并逐步提升学生检索文献的能力和阅读外语的能力；培养学生不断创新的意识，不断创造的能力，提升学生动手设计的能力；锤炼编写毕设说明书的能力。第三，精准熟练地掌握单片机两种语言：C51以及汇编语言，具备一定编程的能力。第四，掌握单片机应用系统开发的一般流程。
1.2 国内外的研究情况
国外利用太阳能发展情况
对于追踪太阳的系统的研究，Inha大学机械学院的Yong Kim利用数学模型严谨地评估了CPC太阳能收集热性能，结果不言而喻，追踪式系统能收集到更多的太阳的能量；Rubio，F.R耗时研究出来一种双轴复合型追踪器，该太阳能追踪器可以达到前所未有的高精度的追踪，内置的动态反馈控制器能通过检测一个地点的经纬度等判断出太阳当前的位置，确定它的位置后连接位置编码器控制。除此之外，随着科学的进步，激光定位发展迅速，在不同的领域它都有着重要的地位，因此人们对激光定位的测量的精准度的要求越来越高，最后完整地搭建了一套实时可行的激光定位系统。由此可见，国外利用太阳能的技术发展迅速并持续创新发展。
国内利用太阳能发展情况
由于一系列现实条件的存在，我国在太阳能利用方面也是很多的，各种研究投入也很大。近日太阳能检测中心研究出的太阳能追踪器效果明显，该装置的追踪范围在2°~178°之间，采用地平坐标系追踪方式，该方式能充分地利用太阳光。本国生产的太阳能追踪器的精准度还不是很高，为此研究出了凹槽式太阳能追踪控制系统，为了提高凹槽式太阳能追踪控制系统的跟踪精确度及稳定性，研制了一种基于嵌入式控制器的太阳能自动追踪系统。该系统采用视日运动轨迹算法的追踪策略，计算出槽式太阳能聚光器追踪太阳旋转的角度，并读取用于检测角度的传感器的数值，根据差值驱动液压油缸，实现对南北布置的槽式太阳能聚光器准确的追踪。应用结果显示，该跟踪控制系统具有追踪精确高，抛物槽的聚光比高，集热性能好等优点[1]。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题来源与课题意义 1
1.2 国内外的研究情况 2
1.3 论文的主要研究内容 3
1.4 本章小结 3
2 系统的整体设计 3
2.1 系统追踪部分的方案设计 3
2.2 系统控制部分的方案设计 7
2.3 系统的整体设计思路 8
2.4 本章小结 8
3 系统的硬件设计 8
3.1 单片机控制电路设计 8
3.2 AD转换模块电路设计 11
3.3 光电检测电路设计 13
3.4 步进电机驱动电路设计 14
3.5 系统架构的搭建 15
3.6 单片机外围电路设计 16
3.7 本章小结 17
4 系统软件设计 17
4.1 主程序模块 18
4.2 按键扫描模块 20
4.3 光强检测模块 21
4.4 步进电机驱动模块 24
4.5 本章小结 26
5 系统的调试 26
5.1 硬件调试 26
5.2 软件调试 27
5.3 调试现象 27
结论 29
致谢 31 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
参考文献 32
附录A：硬件原理图 33
附录B：部分程序代码 34
1 绪论
太阳能具有无污染的能量转换过程，不需要过多的维护。由于每天的天气不一样，对地面的太阳辐射会产生很大的影响，存在不同时间段太阳间断、阳光照射的位置以及阳光照射的强弱的不同等问题。所以想要收集到更多太阳能就要求在设计时需要考虑这些因素。而收集太阳能量的关键是提高太阳能电池板的能量转换效率。 由于太阳能电池板接收到最多的阳光时，它是垂直于太阳光线的，光伏发电的太阳能电池板的传统方法是固定在一个位置，捕捉到的太阳辐射能量少，这种方法不但不能收集到大量太阳的能量，而且浪费资源，收集率低。大量研究证明，太阳能追踪方法的效率比固定角度的23个百分点高出6.7个百分点，因此选用自动追踪日光装置追踪光线。该自动追踪系统可以让光伏发电系统利用有限的资源收集到更多太阳的能量。太阳能追踪器不断发展，许多学者针对研究不断创新，一种新的数字太阳能自动跟踪的控制方法和基于DCS的控制流程应运而生。控制器可以根据阳光的强度和时间，自动不断地调整对准角度使太阳能电池板和阳光始终保持垂直，这将获得最大的阳光强度，此时，能量转换效率最高，进而有效的提高对太阳能的开发利用率。又开发了数字太阳能电池板自动跟踪控制器样机，实验结果表明，利用所设计的控制器可以实现可行的光伏发电系统的设计以及达到提高效率的目的。
1.1 课题来源与课题意义
能源短缺问题是目前许多国家面临的最重要的问题, 随着不可再生资源的日益枯竭与消耗，环境受到破坏污染愈加严重等一些现实条件，取自来源于太阳的能量作为一种不对环境产生任何不良影响的能源,去开发的话必会产生很大的经济效益及社会效益，利用太阳能量发电的技术将越来越受人们的关注与重视。通过对其深入的研究:实时追踪太阳的运动轨迹和不追踪太阳的运动轨迹时的能量收集率差了37.7%,所以想要收集到更多的太阳能就必须选择能够每时每刻跟随太阳的运动轨迹的方式。本课题就是设计一种光板实时自发地追踪日光系统，能使光板自始至终保持与太阳光垂直,保持最大的转换的效率。但另一方面，由于太阳是有一定规律的移动轨迹的，因此光能接收装置具有不可固定性，但是根据太阳的移动特性，相应地通过改变光能接收装置的角度将会收到预期想达到收集更多能量的效果。在光伏发电系统中，发电效率低是目前存在的一个主要的瓶颈问题，其大大限制了太阳能发电系统的运用和发展。对于如何提高太阳能的发电效率，这是一个值得考虑的问题，一个有效的方法就是对太阳能照射点的实时跟踪[7]。
为了提高太阳能电池板的转换效率，设计了一种以单片机为核心实时自发地追踪光线的系统装置，它可以收集到最多的太阳能只要能够保证光板自始至终垂直于太阳光线。本课题属于单片机开发系统设计，通过完成本课题，第一，培养了学生系统地运用所学的基础理论、专业的知识和基本的技能，提高研习与解决当前问题的能力和初步搞研究的能力。第二，结合毕设课题收集查看相关的文献期刊等资料，培养并逐步提升学生检索文献的能力和阅读外语的能力；培养学生不断创新的意识，不断创造的能力，提升学生动手设计的能力；锤炼编写毕设说明书的能力。第三，精准熟练地掌握单片机两种语言：C51以及汇编语言，具备一定编程的能力。第四，掌握单片机应用系统开发的一般流程。
1.2 国内外的研究情况
国外利用太阳能发展情况
对于追踪太阳的系统的研究，Inha大学机械学院的Yong Kim利用数学模型严谨地评估了CPC太阳能收集热性能，结果不言而喻，追踪式系统能收集到更多的太阳的能量；Rubio，F.R耗时研究出来一种双轴复合型追踪器，该太阳能追踪器可以达到前所未有的高精度的追踪，内置的动态反馈控制器能通过检测一个地点的经纬度等判断出太阳当前的位置，确定它的位置后连接位置编码器控制。除此之外，随着科学的进步，激光定位发展迅速，在不同的领域它都有着重要的地位，因此人们对激光定位的测量的精准度的要求越来越高，最后完整地搭建了一套实时可行的激光定位系统。由此可见，国外利用太阳能的技术发展迅速并持续创新发展。
国内利用太阳能发展情况
由于一系列现实条件的存在，我国在太阳能利用方面也是很多的，各种研究投入也很大。近日太阳能检测中心研究出的太阳能追踪器效果明显，该装置的追踪范围在2°~178°之间，采用地平坐标系追踪方式，该方式能充分地利用太阳光。本国生产的太阳能追踪器的精准度还不是很高，为此研究出了凹槽式太阳能追踪控制系统，为了提高凹槽式太阳能追踪控制系统的跟踪精确度及稳定性，研制了一种基于嵌入式控制器的太阳能自动追踪系统。该系统采用视日运动轨迹算法的追踪策略，计算出槽式太阳能聚光器追踪太阳旋转的角度，并读取用于检测角度的传感器的数值，根据差值驱动液压油缸，实现对南北布置的槽式太阳能聚光器准确的追踪。应用结果显示，该跟踪控制系统具有追踪精确高，抛物槽的聚光比高，集热性能好等优点[1]。
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