太阳光自动跟踪系统的研究硬件部分(附件)
太阳能作为一种清洁无污染的新型能源，越来越受到人们的重视。本论文针对太阳能转化效率低的问题提出了一种太阳光自动跟踪系统的研究方案，该系统是以STC89C51RC单片机为核心，通过光电检测电路和水平垂直方向的两个步进电机的配合对太阳光进行双轴跟踪，使得太阳能电池板与太阳光始终保持垂直，其中光电检测电路主要是通过比较光敏电阻所受到的光照强度来识别太阳能电池板是否正对着太阳光。最后结合软件部分，通过不断的调试，提高自动跟踪的精准度，实现了对太阳光的双轴全自动跟踪的目的，达到了预期的设计目标。本系统的设计能够极大地提高太阳光的利用效率，对新能源的开发和利用有非常重要的意义，同时对人们的日常生活也有很大的实用价值。关键词 太阳光自动跟踪，单片机，A/D转换器，光电检测 目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 太阳光跟踪国内外的发展现状及发展趋势 1
1.3 课题的目的和意义 2
1.4 课题的主要内容 3
2 系统总体设计方案 3
2.1 太阳运行的轨迹 3
2.2 常见的太阳光跟踪方法 6
2.3 本系统的研究方案 8
3 系统硬件设计 8
3.1 系统总体框图设计 8
3.2 单片机模块及其外围电路 8
3.3 光电检测与A/D转换模块 12
3.4 驱动模块 14
3.5 时钟模块 16
3.6 显示模块 18
3.7 按键模块 20
3.8 报警模块 21
3.9 电源模块 21
4 系统机械结构的设计 22
4.1 电路板的焊接 22
4.2 执行结构的设计 23
5 系统调试及分析 24
5.1 光电检测电路的调试 24
5.2 系统整体调试 24
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
附录A 系统硬件电路原理图 28
附录B 系统电路PCB图 29
附录C 元器件清单 30
图、表清单
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
构的设计 23
5 系统调试及分析 24
5.1 光电检测电路的调试 24
5.2 系统整体调试 24
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
附录A 系统硬件电路原理图 28
附录B 系统电路PCB图 29
附录C 元器件清单 30
图、表清单
图2.1 地平坐标系 4
图2.2 赤道坐标系 5
图2.3 单轴东西水平放置（南北方向跟踪） 7
图2.4 极轴式跟踪 7
图2.5 高度角——方位角式全跟踪 7
图2.6 系统总体设计 8
图3.1 系统总体框图 8
图3.2 STC89C51RC管脚图 10
图3.3 晶振电路 11
图3.4 复位电路 12
图3.5 光敏电阻位置 13
图3.6挡光板位置 13
图3.7 PCF8591 A/D转换模块 14
图3.8 步进电机驱动模块 16
图3.9 DS1302的数据时序图 18
图3.10 DS1302时钟电路 18
图3.11 LCD1602液晶显示模块 20
图3.12 按键电路图 20
图3.13 手自动切换显示电路 21
图3.14 报警电路 21
图3.15 电源模块电源 22
图3.16 电源状态显示电路 22
图4.1 电路板实体图 23
图4.2 机械结构示意图 23
图4.3 机械结构实体图 24
表3.1 MP28GA步进电机的相关数据参数 11
表3.2 MP28GA步进电机的励磁顺序 15
表3.3 DS1302的控制字节 17
1 绪论
课题研究的背景
在时代的快速进步下，能源是维持人类生存和经济繁荣的重要基础。工业革命以来，人类以化石能源为主要能源，然而其蕴藏储量正不断减少，大量使用化石能源造成了的生态环境和全球气候的恶劣变化，其中温室气体的过量排放，使得全球气温逐步升高，进而海平面上升，为海岸带带来了重大的灾害，威胁到了我们的生存环境。因此，环保意识逐渐走上了时代的前沿， 开发可持续利用的清洁能源是经济持续发展所迫切需求的。
能源短缺问题已经成为了全球各国需要共同面对的重要问题，人们对太阳能、水能、风能、核能等可再生能源的开发和利用也早已提上议程，清洁能源的利用比重也在显著提高。其中，太阳能是可再生能源中的最基本的能源，成为了各国开发的重点能源。太阳能作为一种清洁能源，和普通能源相比有着明显的优点：第一、太阳能的储量丰富：化石能源总有一天会枯竭，而太阳能则是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，我国陆地表面每年所接受的太阳辐射能想当于49000亿吨标准煤，全国有近三分之二的土地面积日照时间在2200h以上，年太阳辐射量超过了5000MJ/㎡（相当于每平方米170kg标准煤的能量），所以太阳能是人类赖以生存、持续发展的最宝贵的资源；第二，太阳能非常普遍：太阳能是我们所能利用的最普遍的能源，它不像其他能源那样有着各种各样的局限性，它可以随处就地利用，尤其对于交通不变的山村、岛屿等偏远地区来说，它具有很高的利用价值；第三、太阳能零污染：在坏境污染日益严重的今天，太阳能的无污染性在如今看来显得越来越重要，太阳能作为清洁能源，已经成为了实现可持续发展的重要组成部分；第四、太阳能的经济性：因为科技发展迅速，人们对太阳能的利用方法也越来越多，利用太阳能的成本也越来越低。从长远的角度来看，太阳能发电的成本相对小很多，而且专家们的研究和预测一致认为太阳能是21世纪最清洁和廉价的新型能源。因此太阳能是世界上公认的最理想的替代能源，对太阳能的开发利用有着重大的意义。
太阳光跟踪国内外的发展状况及发展趋势
从20世纪90年代开始，很多人就已经认识到发展新能源的重要性，联合国因此通过一系列的国际会议来推广太阳能的开发，并讨论出台了一系列有关世界太阳能利用和规划的公约来推动可再生能源的发展。现在，绝大多数国家都已经认识到太阳能开发利用的重要性，并将其作为国家经济可持续发展的重要方针，通过制定一系列相关的文件政策来促进太阳能的开发和推广。其中，日本是太阳能技术的领头羊，20世纪70年代，日本就开始了太阳热能利用的研究，90年代的时候更是进入了普及的高峰，有关太阳能的技术层出不穷，光电转化的效率也在不断提高，使得太阳能发电的成本不断降低，太阳能的发电量也一直位居世界前列。德国对太阳能的研究利用同样不输于日本，从20世纪70年代至今德国在太阳能利用开发方面积累了大量的宝贵经验，并且发明了一系列的精密的太阳能系统，成为了世界上通过太阳能发电最多的国家。同时，美国总统克林顿在1997年出台了“百万屋顶光伏计划”，打算在2010年之前，让100万座建筑成功使用到太阳能系统。而在太阳光自动跟踪系统方面，国外的研究和开发比较早，获得的成果也相对较多。199
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 太阳光跟踪国内外的发展现状及发展趋势 1
1.3 课题的目的和意义 2
1.4 课题的主要内容 3
2 系统总体设计方案 3
2.1 太阳运行的轨迹 3
2.2 常见的太阳光跟踪方法 6
2.3 本系统的研究方案 8
3 系统硬件设计 8
3.1 系统总体框图设计 8
3.2 单片机模块及其外围电路 8
3.3 光电检测与A/D转换模块 12
3.4 驱动模块 14
3.5 时钟模块 16
3.6 显示模块 18
3.7 按键模块 20
3.8 报警模块 21
3.9 电源模块 21
4 系统机械结构的设计 22
4.1 电路板的焊接 22
4.2 执行结构的设计 23
5 系统调试及分析 24
5.1 光电检测电路的调试 24
5.2 系统整体调试 24
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
附录A 系统硬件电路原理图 28
附录B 系统电路PCB图 29
附录C 元器件清单 30
图、表清单
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
构的设计 23
5 系统调试及分析 24
5.1 光电检测电路的调试 24
5.2 系统整体调试 24
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
附录A 系统硬件电路原理图 28
附录B 系统电路PCB图 29
附录C 元器件清单 30
图、表清单
图2.1 地平坐标系 4
图2.2 赤道坐标系 5
图2.3 单轴东西水平放置（南北方向跟踪） 7
图2.4 极轴式跟踪 7
图2.5 高度角——方位角式全跟踪 7
图2.6 系统总体设计 8
图3.1 系统总体框图 8
图3.2 STC89C51RC管脚图 10
图3.3 晶振电路 11
图3.4 复位电路 12
图3.5 光敏电阻位置 13
图3.6挡光板位置 13
图3.7 PCF8591 A/D转换模块 14
图3.8 步进电机驱动模块 16
图3.9 DS1302的数据时序图 18
图3.10 DS1302时钟电路 18
图3.11 LCD1602液晶显示模块 20
图3.12 按键电路图 20
图3.13 手自动切换显示电路 21
图3.14 报警电路 21
图3.15 电源模块电源 22
图3.16 电源状态显示电路 22
图4.1 电路板实体图 23
图4.2 机械结构示意图 23
图4.3 机械结构实体图 24
表3.1 MP28GA步进电机的相关数据参数 11
表3.2 MP28GA步进电机的励磁顺序 15
表3.3 DS1302的控制字节 17
1 绪论
课题研究的背景
在时代的快速进步下，能源是维持人类生存和经济繁荣的重要基础。工业革命以来，人类以化石能源为主要能源，然而其蕴藏储量正不断减少，大量使用化石能源造成了的生态环境和全球气候的恶劣变化，其中温室气体的过量排放，使得全球气温逐步升高，进而海平面上升，为海岸带带来了重大的灾害，威胁到了我们的生存环境。因此，环保意识逐渐走上了时代的前沿， 开发可持续利用的清洁能源是经济持续发展所迫切需求的。
能源短缺问题已经成为了全球各国需要共同面对的重要问题，人们对太阳能、水能、风能、核能等可再生能源的开发和利用也早已提上议程，清洁能源的利用比重也在显著提高。其中，太阳能是可再生能源中的最基本的能源，成为了各国开发的重点能源。太阳能作为一种清洁能源，和普通能源相比有着明显的优点：第一、太阳能的储量丰富：化石能源总有一天会枯竭，而太阳能则是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，我国陆地表面每年所接受的太阳辐射能想当于49000亿吨标准煤，全国有近三分之二的土地面积日照时间在2200h以上，年太阳辐射量超过了5000MJ/㎡（相当于每平方米170kg标准煤的能量），所以太阳能是人类赖以生存、持续发展的最宝贵的资源；第二，太阳能非常普遍：太阳能是我们所能利用的最普遍的能源，它不像其他能源那样有着各种各样的局限性，它可以随处就地利用，尤其对于交通不变的山村、岛屿等偏远地区来说，它具有很高的利用价值；第三、太阳能零污染：在坏境污染日益严重的今天，太阳能的无污染性在如今看来显得越来越重要，太阳能作为清洁能源，已经成为了实现可持续发展的重要组成部分；第四、太阳能的经济性：因为科技发展迅速，人们对太阳能的利用方法也越来越多，利用太阳能的成本也越来越低。从长远的角度来看，太阳能发电的成本相对小很多，而且专家们的研究和预测一致认为太阳能是21世纪最清洁和廉价的新型能源。因此太阳能是世界上公认的最理想的替代能源，对太阳能的开发利用有着重大的意义。
太阳光跟踪国内外的发展状况及发展趋势
从20世纪90年代开始，很多人就已经认识到发展新能源的重要性，联合国因此通过一系列的国际会议来推广太阳能的开发，并讨论出台了一系列有关世界太阳能利用和规划的公约来推动可再生能源的发展。现在，绝大多数国家都已经认识到太阳能开发利用的重要性，并将其作为国家经济可持续发展的重要方针，通过制定一系列相关的文件政策来促进太阳能的开发和推广。其中，日本是太阳能技术的领头羊，20世纪70年代，日本就开始了太阳热能利用的研究，90年代的时候更是进入了普及的高峰，有关太阳能的技术层出不穷，光电转化的效率也在不断提高，使得太阳能发电的成本不断降低，太阳能的发电量也一直位居世界前列。德国对太阳能的研究利用同样不输于日本，从20世纪70年代至今德国在太阳能利用开发方面积累了大量的宝贵经验，并且发明了一系列的精密的太阳能系统，成为了世界上通过太阳能发电最多的国家。同时，美国总统克林顿在1997年出台了“百万屋顶光伏计划”，打算在2010年之前，让100万座建筑成功使用到太阳能系统。而在太阳光自动跟踪系统方面，国外的研究和开发比较早，获得的成果也相对较多。199
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