太阳光自动跟踪系统的研究软件部分
太阳能作为一种清洁能源发电越来越受到人们的欢迎，但目前很多传统的固定式太阳能电池板不能高效率的利用太阳能，本文设计一种太阳能自动跟踪装置, 能够自动跟踪太阳运动轨迹，提高系统的太阳能利用率。本设计采用的是msp430f149单片机，主要模块有光电检测模块、电机驱动模块、HC-06无线模块、LCD1602液晶显示模块、独立按键模块和报警模块。通过方案比较，我们采用光电跟踪方式实现对太阳的跟踪。选用光敏二极管作为光电传感器，在太阳能电池板的四个方向边沿处分别放置4个完全相同的光敏二极管，太阳光照射在光敏二极管上，经AD转换后对数字信号进行处理，当对应方向上的数字量相差大于50，驱动步进电机转动，实现对太阳的跟踪。经过多次的修改和调试，系统能实现自动跟踪太阳的基本功能。关键词 太阳能，自动跟踪，光敏二极管，步进电机
目 录
1 绪论 1
1．1 课题来源与课题意义 1
1．2 课题在国内外发展状况 1
1．3 课题的主要研究内容 1
2 系统方案 2
2．1 太阳跟踪方式 2
2．2 方案比较与总结 3
2．3 本设计的系统方案 4
3 软件部分的设计 4
3．1 主程序模块 5
3．2 光电检测及AD转换 8
3．3 步进电机模块 12
3．4 HC06无线蓝牙模块 15
3．5 液晶显示模块 17
3．6 独立按键模块 22
3．7 报警模块 25
4 调试与分析 26
4．1 调试步诹 26
4．2 软件模块调试 26
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
附录A 硬件原理图 33
附录B 电路PCB布线图 34
附录C 部分程序清单 35
1 绪论
1.1 课题来源与课题意义
在当今世界能源日趋紧张的形势,太阳能作为一种清洁能源发电越来越受到人们的欢迎。太阳光照射在太阳能电池板上时,由于光线强度及 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
方向不确定,因此,传统的固定式太阳能电池板不能高效率的利用太阳能 [1]。太阳并不是静止不动的，所以要想充分利用太阳能就需要自动跟踪系统 。本课题研究一种太阳光自动跟踪系统，当太阳位置发生变化时，跟踪系统会转动太阳能电池板驱使电池板对准太阳光线，使得电池板始终与太阳光线垂直，提高系统的太阳能利用率。?
1.2 课题在国内外发展状况
新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和无污染的新能源。在新实际中，各国都将太阳能资源利用作为可持续发展战略的重要内容。而利用太阳能发电具有安全可靠、无噪声、无污染等优点，
早在19211945年第二次世界大战结束之后，国外早就开始对太阳能的应用进行研究。20世纪70年代，日本在太阳能利用得研究上也取得了一定的成就，到90年代对太阳能利用的研究更是进入了一个高峰期。1998年美国研就出了ATM两轴跟踪。2002年美国又推出新型太阳能跟踪装置，装置使用铝型材框架结构，重量轻 [4]。太阳能的发展前景可以说是非常广阔的，世界各国也加快了对太阳能光伏发电技术的研究与发展。然而太阳能发电技术却大大地受到了太阳的光照方向、强度以及四季环境不断变化等一些外界问题，这也就对太阳能发电技术的研究和发展提出了更高的要求和标准。
1.3 课题的主要研究内容
通过查阅资料我了解到当今太阳能自动跟踪系统的发展情况非常好，并且现在使用太阳能也已经普及，市场上也有很多太阳能相关的产品。与此同时，国内外许多专家学者相继在太阳能利用这方面开展了研究。本文设计一种太阳能自动跟踪装置, 能够自动跟踪太阳运动轨迹，提高系统的太阳能利用率
本课题主要完成的工作：
系统整体方案设计；
无线数据通信；
多路数据采集与处理；
参数显示、报警及调节控制等。
2 系统方案
2.1 太阳跟踪方式
目前国内外进行太阳跟踪方式有很多方法，主要有两种， 第一种是光电跟踪，第二种是视日运动轨迹跟踪。
这两种跟踪方法各有优缺点，下面进行简述。
2.1.1 光电跟踪?
光电跟踪就是把光电转换器比如光敏二级管安装在太阳能电池板上，让太阳能电池板板面对太阳，当太阳运动时光敏二极管接收道德太阳光强度会发生变化 [6] ，利用这个变化来对电动机进行控制，使得太阳能电池板对准太阳光，从而实现太阳跟踪的功能。
2.1.2 视日运动轨迹跟踪?
视日运动轨迹跟踪就是计算出每个时刻太阳的位置，利用这个数据来实现对太阳自动跟踪功能。这种跟踪方法是开环控制跟踪，方案简单，但是数据处理很复杂。
（1）极轴式跟踪
极轴式跟踪的原理如图2.1.1所示，与地球自转轴相平行的那一轴指向北极，被称为极轴；另一轴叫做与极轴垂直，被称为赤纬轴。跟踪装置跟踪过程中，跟踪装置绕地球极轴以同向同速旋转，用来跟踪太阳的运动轨迹[8]。这种跟踪方式虽然原理简单，但是要设计极轴支撑结构比较困难。
图2.1.1 极轴跟踪
（2）高度角——方位角跟踪
高度角——方位角跟踪的原理如图2.1.2所示，这种跟踪可以分为连续跟踪和间歇跟踪两种方法。连续跟踪方式就是当太阳方位发生变化时，跟踪装置会规律的跟随太阳运行轨迹。跟踪装置方位轴与俯仰轴速度很小，最小转动速度仅有0.00028r/min，为了防止电机低速运行时系统出现不稳定现象，就要给电动机加上减速比装置，连续跟踪就是电机不停运行，会消耗很大电能，效率非常的低，因此这种跟踪方式不太推荐采用 [8]。
图2.1.2 高度角——方位角式自动跟踪
间歇跟踪就是等待一段时间后，方位轴与俯仰轴快速调整一次跟踪角，使得装置和太阳的方位角和高度角相同，其余时间系统方位角和俯仰角固定不动，如此循环下去。采用这种跟踪方式可以简化系统控制，减少电动机运行次数，增加使用寿命。
2.2 方案比较与总结
光电跟踪这种方法结构简单，采用闭环控制系统的方法，而且运算不比视日运动轨迹那样复杂，对于我们来说采用光电跟踪更易实现。所以本设计选用光电跟踪方式。本次设计所要达到的目的是提高太阳能的利用率，让太阳能接收装置与太阳运行轨迹一致，从而可以持续吸收太阳能。
目 录
1 绪论 1
1．1 课题来源与课题意义 1
1．2 课题在国内外发展状况 1
1．3 课题的主要研究内容 1
2 系统方案 2
2．1 太阳跟踪方式 2
2．2 方案比较与总结 3
2．3 本设计的系统方案 4
3 软件部分的设计 4
3．1 主程序模块 5
3．2 光电检测及AD转换 8
3．3 步进电机模块 12
3．4 HC06无线蓝牙模块 15
3．5 液晶显示模块 17
3．6 独立按键模块 22
3．7 报警模块 25
4 调试与分析 26
4．1 调试步诹 26
4．2 软件模块调试 26
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
附录A 硬件原理图 33
附录B 电路PCB布线图 34
附录C 部分程序清单 35
1 绪论
1.1 课题来源与课题意义
在当今世界能源日趋紧张的形势,太阳能作为一种清洁能源发电越来越受到人们的欢迎。太阳光照射在太阳能电池板上时,由于光线强度及 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
方向不确定,因此,传统的固定式太阳能电池板不能高效率的利用太阳能 [1]。太阳并不是静止不动的，所以要想充分利用太阳能就需要自动跟踪系统 。本课题研究一种太阳光自动跟踪系统，当太阳位置发生变化时，跟踪系统会转动太阳能电池板驱使电池板对准太阳光线，使得电池板始终与太阳光线垂直，提高系统的太阳能利用率。?
1.2 课题在国内外发展状况
新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和无污染的新能源。在新实际中，各国都将太阳能资源利用作为可持续发展战略的重要内容。而利用太阳能发电具有安全可靠、无噪声、无污染等优点，
早在19211945年第二次世界大战结束之后，国外早就开始对太阳能的应用进行研究。20世纪70年代，日本在太阳能利用得研究上也取得了一定的成就，到90年代对太阳能利用的研究更是进入了一个高峰期。1998年美国研就出了ATM两轴跟踪。2002年美国又推出新型太阳能跟踪装置，装置使用铝型材框架结构，重量轻 [4]。太阳能的发展前景可以说是非常广阔的，世界各国也加快了对太阳能光伏发电技术的研究与发展。然而太阳能发电技术却大大地受到了太阳的光照方向、强度以及四季环境不断变化等一些外界问题，这也就对太阳能发电技术的研究和发展提出了更高的要求和标准。
1.3 课题的主要研究内容
通过查阅资料我了解到当今太阳能自动跟踪系统的发展情况非常好，并且现在使用太阳能也已经普及，市场上也有很多太阳能相关的产品。与此同时，国内外许多专家学者相继在太阳能利用这方面开展了研究。本文设计一种太阳能自动跟踪装置, 能够自动跟踪太阳运动轨迹，提高系统的太阳能利用率
本课题主要完成的工作：
系统整体方案设计；
无线数据通信；
多路数据采集与处理；
参数显示、报警及调节控制等。
2 系统方案
2.1 太阳跟踪方式
目前国内外进行太阳跟踪方式有很多方法，主要有两种， 第一种是光电跟踪，第二种是视日运动轨迹跟踪。
这两种跟踪方法各有优缺点，下面进行简述。
2.1.1 光电跟踪?
光电跟踪就是把光电转换器比如光敏二级管安装在太阳能电池板上，让太阳能电池板板面对太阳，当太阳运动时光敏二极管接收道德太阳光强度会发生变化 [6] ，利用这个变化来对电动机进行控制，使得太阳能电池板对准太阳光，从而实现太阳跟踪的功能。
2.1.2 视日运动轨迹跟踪?
视日运动轨迹跟踪就是计算出每个时刻太阳的位置，利用这个数据来实现对太阳自动跟踪功能。这种跟踪方法是开环控制跟踪，方案简单，但是数据处理很复杂。
（1）极轴式跟踪
极轴式跟踪的原理如图2.1.1所示，与地球自转轴相平行的那一轴指向北极，被称为极轴；另一轴叫做与极轴垂直，被称为赤纬轴。跟踪装置跟踪过程中，跟踪装置绕地球极轴以同向同速旋转，用来跟踪太阳的运动轨迹[8]。这种跟踪方式虽然原理简单，但是要设计极轴支撑结构比较困难。
图2.1.1 极轴跟踪
（2）高度角——方位角跟踪
高度角——方位角跟踪的原理如图2.1.2所示，这种跟踪可以分为连续跟踪和间歇跟踪两种方法。连续跟踪方式就是当太阳方位发生变化时，跟踪装置会规律的跟随太阳运行轨迹。跟踪装置方位轴与俯仰轴速度很小，最小转动速度仅有0.00028r/min，为了防止电机低速运行时系统出现不稳定现象，就要给电动机加上减速比装置，连续跟踪就是电机不停运行，会消耗很大电能，效率非常的低，因此这种跟踪方式不太推荐采用 [8]。
图2.1.2 高度角——方位角式自动跟踪
间歇跟踪就是等待一段时间后，方位轴与俯仰轴快速调整一次跟踪角，使得装置和太阳的方位角和高度角相同，其余时间系统方位角和俯仰角固定不动，如此循环下去。采用这种跟踪方式可以简化系统控制，减少电动机运行次数，增加使用寿命。
2.2 方案比较与总结
光电跟踪这种方法结构简单，采用闭环控制系统的方法，而且运算不比视日运动轨迹那样复杂，对于我们来说采用光电跟踪更易实现。所以本设计选用光电跟踪方式。本次设计所要达到的目的是提高太阳能的利用率，让太阳能接收装置与太阳运行轨迹一致，从而可以持续吸收太阳能。
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