基于光伏发电的双轴自动跟踪控制系统(附件)【字数：12675】
摘 要能源是维持各国经济发展的重要支柱。自从人类诞生以来，就对能源有着源源不断的需求，而这种需求还会越来越多，如今一个现代人每天消耗的能源是几千年前的古人的千倍甚至万倍。按照标准煤来计算，1970年全球消耗了83亿吨标准煤；而到了1995年则是140亿吨；按照这种增长的速度计算，难以想象到20世纪中叶要消耗多少亿吨标准煤。根据人类已经勘探到的各种化石燃料资源总量，即便是总量最丰富的煤炭资源，也只能够维持整个人类社会消耗200年左右。难以想象，数百年的消耗这些化石燃料会对地球造成多么严重的影响，人类的生存环境将会受到多么严重的破坏。随着煤炭石油资源的不断消耗，能不能有一种新的能源，它是清洁无污染的，而且总量巨大，足够整个人类社会使用的呢？这是整个世界都想知道的。而太阳能就是一种清洁能源，它清洁无污染并且可持续开发，前景广阔。但太阳能也有如下不足之处它是分散在整个地球上的、它会受到各种因素影响因而发电量不稳定、它有时候发电效率低、它跟火力发电相比成本还是高。为了更好的开发利用太阳能资源，人们开始研究一种自动跟踪技术，采用了跟踪技术的太阳能发电系统能够在最大程度上扬长避短，提高发电量，增加经济和生态效益，这值得人类研究。本设计将采用STC89C51单片机作为系统的控制元件，两个步进电机作为系统的执行器件以实现一种新型的双轴自动控制系统。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2自动跟踪系统在光伏发电工程中的应用 1
1.2.1自动跟技术诞生的原因 1
1.2.2太阳能自动跟踪系统的定义及特征 2
1.3太阳能自动跟踪系统的国内外发展现状 3
1.3.1主动式跟踪系统 3
1.3.2被动式跟踪系统 3
1.3.3混合式跟踪系统 3
1.4论文的主要研究内容 4
第二章 系统的总体设计 5
2.1太阳跟踪方式 5
2.1.1光电跟踪 5
2.1.2视日轨迹跟踪 6
2.2系统总体设计要求及分析 7
2.2.1系统总体设计要求 7
2.2.2系统总体设计分析 8
第三章 系统的硬件 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
设计 9
3.1机械结构部分 9
3.2单片机控制电路 11
3.2.1复位电路 12
3.2.2晶振电路 13
3.3光电转换电路设计 13
3.3.1光电传感器 13
3.3.2光电转换电路工作原理及电路设计 13 3.4 AD转换模块电路设计 14
3.4.1AD转换模块 14
3.5步进电机驱动电路设计 16
3.5.1步进电机的介绍 16
3.5.2步进电机及其控制方式 16
3.5.3步进电机驱动电路 17
3.5.4系统保护电路 18
3.6单片机外围电路设计 18
3.7系统实物平台搭建 21
第四章 系统软件设计 22
4.1按键部分子程序 23
4.2指示灯部分子程序 23
4.3主程序模数转换 23
4.4驱动电路子程序 23
4.5 AD电压采样子程序 23
4.6 PID控制的原理及特点 24
第五章 调试 25
结束语 28
致谢 29
参考文献 30
附 录 31
第一章 绪论
1.1 研究的背景和意义
随着人类社会的不断发展，人类社会也从原始社会发展到了中国特色社会主义社会初级阶段，在社会形态的改变过程中，能源起的作用至关重要，只有在充足的能源供给下，生产力才能得到发展，社会才能进步。能源危机已经成为世界上人们最普遍热切关注的问题之一。中国是世界上第二大能源消耗国，也是世界上第一大能源进口国。能源已经成为一个国家的命脉，尤其是在改革开放以来，我国在各个领域取得了举世瞩目的成绩，而这一切都离不开巨量的能源消耗。另外一方面，大量使用化石能源已经导致了全球变暖、生态环境恶化等一系列问题，在中国，使用煤炭资源用来火力发电在各种发电方式中还是占了很大的份额，因而燃烧了大量的煤炭，导致雾霾问题很严重，很多时候人们出行都不得不戴上口罩，人们的生活质量大大降低，严重阻碍了中国梦的实现。
太阳能是一种清洁可再生能源，它具有总量大、无害性、普遍性和久远性的特点。 太阳能的总量十分巨大，每天太阳照射在地球上的光线如果能够被人类利用收集起来，那么人类将不用再为能源问题烦恼了。开发和利用太阳能，在严格的标准下，就几乎不会对环境造成伤害。在一些崎岖的偏远山区，架设一条新的输电线路成本巨大，收益甚低，而安装太阳能发电装置就合适很多，还能带动当地百姓致富。根据科学家的预测，太阳还会像现在这样保持一种稳定状态的时间多达数十亿年，这可以说，太阳能是能够久远利用了。
全世界正在利用和开发新兴能源和可再生能源。这其中有太阳能、风能、潮汐能、水能、地热能等，来渐渐减少和替代化石原料的使用，中国也极为重视开发和使用新能源，提出了可持续发展战略和建设美丽中国，大力推广新能源。
目前三种太阳能的利用方式分别是太阳能热利用、太阳能热发电以及太阳能光发电。其中太阳能光发电是通过太阳能电池直接把太阳辐射转换成电能，又称太阳能光伏发电技术。近年来，光伏发电已经成为太阳能发电中最具活力和经济效益的领域，最近一种在水面上大面积进行铺设太阳能发电板的实例更是引起了人们的关注，它集水体养殖、水面发电、环保等特点于一体，值得推广。
能源危机促进了可再生能源的发展，尤其是太阳能。本文提到的太阳跟踪系统是一种提高效率的装置。该闭环跟踪系统采用双轴太阳跟踪方法这是一种混合式跟踪模式，结合了主动和被动跟踪方法，使跟踪器无论在什么情况下都能有效率。两个步进电机和两个减速箱通过链条传动将装置朝向太阳。
1.2自动跟踪系统在光伏发电工程中的应用
1.2.1自动跟踪技术产生的原因
虽然太阳能具有清洁、无污染的特点，发展前景也比较好，但是它受地形、天气等自然条件的影响还是比较大，关于它的利用还存在着一些问题。太阳的光照方向、太阳的强度随时间也是在不断变化着的。目前很多太阳能电池板安装的支架阵列，并不能跟着太阳光照方向的变化而变化，它们是固定的，因而发电效率低下。制约太阳能光伏发电的因素还有好几个，比如太阳能光伏发电光电转换成本还不太高，远低于常规水力和火力发电、阳能光伏发电发电量还不太稳定，有的时候多，有的时候少、还有太阳能光伏发电不能实现并网远距离输送电力给消耗电力多的地区，造成有些太阳能资源丰富的地区电力用不完还不能外送。采用自动跟踪系统的太阳能光伏发电系统，它的发电时间可以延长，发电量也会增加，一定程度上可以提高每天发电量的稳定性，降低太阳能光伏发电系统的发电成本，让太阳能发电能够更加普及。一般来说，在太阳能光发电中，采用自动跟踪系统的设备在相同条件下要比固定式发电设备的发电量高30%—40%，这个比例不容小觑，即便是在扣除跟踪装置自身消耗的能量后还能多20%到30%。
1.2.2太阳能自动跟踪系统的定义及特征
对于一种实物，每个人都可以有自己的看法。我对太阳能自动跟踪系统的理解为: 在太阳有效的光照时间内，能使得太阳能发电板始终垂直正对着阳光，最大限度地获取太阳能量的装置就叫作太阳能自动跟踪系统。它通常由两个主要部件组成，一个是控制部件即单片机、PLC之类，另一个是转动调级部件，通常是由电机组成的机械平台。单片机、PLC之类的作用是将太阳的位置坐标参数直接或间接输出给转动机械平台。由电机组成的机械平台的主要作用是将单片机、PLC之类给出的信号经过调级处理或分解后用于驱动转动机械平台，使获得光能的功率最大化。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2自动跟踪系统在光伏发电工程中的应用 1
1.2.1自动跟技术诞生的原因 1
1.2.2太阳能自动跟踪系统的定义及特征 2
1.3太阳能自动跟踪系统的国内外发展现状 3
1.3.1主动式跟踪系统 3
1.3.2被动式跟踪系统 3
1.3.3混合式跟踪系统 3
1.4论文的主要研究内容 4
第二章 系统的总体设计 5
2.1太阳跟踪方式 5
2.1.1光电跟踪 5
2.1.2视日轨迹跟踪 6
2.2系统总体设计要求及分析 7
2.2.1系统总体设计要求 7
2.2.2系统总体设计分析 8
第三章 系统的硬件 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
设计 9
3.1机械结构部分 9
3.2单片机控制电路 11
3.2.1复位电路 12
3.2.2晶振电路 13
3.3光电转换电路设计 13
3.3.1光电传感器 13
3.3.2光电转换电路工作原理及电路设计 13 3.4 AD转换模块电路设计 14
3.4.1AD转换模块 14
3.5步进电机驱动电路设计 16
3.5.1步进电机的介绍 16
3.5.2步进电机及其控制方式 16
3.5.3步进电机驱动电路 17
3.5.4系统保护电路 18
3.6单片机外围电路设计 18
3.7系统实物平台搭建 21
第四章 系统软件设计 22
4.1按键部分子程序 23
4.2指示灯部分子程序 23
4.3主程序模数转换 23
4.4驱动电路子程序 23
4.5 AD电压采样子程序 23
4.6 PID控制的原理及特点 24
第五章 调试 25
结束语 28
致谢 29
参考文献 30
附 录 31
第一章 绪论
1.1 研究的背景和意义
随着人类社会的不断发展，人类社会也从原始社会发展到了中国特色社会主义社会初级阶段，在社会形态的改变过程中，能源起的作用至关重要，只有在充足的能源供给下，生产力才能得到发展，社会才能进步。能源危机已经成为世界上人们最普遍热切关注的问题之一。中国是世界上第二大能源消耗国，也是世界上第一大能源进口国。能源已经成为一个国家的命脉，尤其是在改革开放以来，我国在各个领域取得了举世瞩目的成绩，而这一切都离不开巨量的能源消耗。另外一方面，大量使用化石能源已经导致了全球变暖、生态环境恶化等一系列问题，在中国，使用煤炭资源用来火力发电在各种发电方式中还是占了很大的份额，因而燃烧了大量的煤炭，导致雾霾问题很严重，很多时候人们出行都不得不戴上口罩，人们的生活质量大大降低，严重阻碍了中国梦的实现。
太阳能是一种清洁可再生能源，它具有总量大、无害性、普遍性和久远性的特点。 太阳能的总量十分巨大，每天太阳照射在地球上的光线如果能够被人类利用收集起来，那么人类将不用再为能源问题烦恼了。开发和利用太阳能，在严格的标准下，就几乎不会对环境造成伤害。在一些崎岖的偏远山区，架设一条新的输电线路成本巨大，收益甚低，而安装太阳能发电装置就合适很多，还能带动当地百姓致富。根据科学家的预测，太阳还会像现在这样保持一种稳定状态的时间多达数十亿年，这可以说，太阳能是能够久远利用了。
全世界正在利用和开发新兴能源和可再生能源。这其中有太阳能、风能、潮汐能、水能、地热能等，来渐渐减少和替代化石原料的使用，中国也极为重视开发和使用新能源，提出了可持续发展战略和建设美丽中国，大力推广新能源。
目前三种太阳能的利用方式分别是太阳能热利用、太阳能热发电以及太阳能光发电。其中太阳能光发电是通过太阳能电池直接把太阳辐射转换成电能，又称太阳能光伏发电技术。近年来，光伏发电已经成为太阳能发电中最具活力和经济效益的领域，最近一种在水面上大面积进行铺设太阳能发电板的实例更是引起了人们的关注，它集水体养殖、水面发电、环保等特点于一体，值得推广。
能源危机促进了可再生能源的发展，尤其是太阳能。本文提到的太阳跟踪系统是一种提高效率的装置。该闭环跟踪系统采用双轴太阳跟踪方法这是一种混合式跟踪模式，结合了主动和被动跟踪方法，使跟踪器无论在什么情况下都能有效率。两个步进电机和两个减速箱通过链条传动将装置朝向太阳。
1.2自动跟踪系统在光伏发电工程中的应用
1.2.1自动跟踪技术产生的原因
虽然太阳能具有清洁、无污染的特点，发展前景也比较好，但是它受地形、天气等自然条件的影响还是比较大，关于它的利用还存在着一些问题。太阳的光照方向、太阳的强度随时间也是在不断变化着的。目前很多太阳能电池板安装的支架阵列，并不能跟着太阳光照方向的变化而变化，它们是固定的，因而发电效率低下。制约太阳能光伏发电的因素还有好几个，比如太阳能光伏发电光电转换成本还不太高，远低于常规水力和火力发电、阳能光伏发电发电量还不太稳定，有的时候多，有的时候少、还有太阳能光伏发电不能实现并网远距离输送电力给消耗电力多的地区，造成有些太阳能资源丰富的地区电力用不完还不能外送。采用自动跟踪系统的太阳能光伏发电系统，它的发电时间可以延长，发电量也会增加，一定程度上可以提高每天发电量的稳定性，降低太阳能光伏发电系统的发电成本，让太阳能发电能够更加普及。一般来说，在太阳能光发电中，采用自动跟踪系统的设备在相同条件下要比固定式发电设备的发电量高30%—40%，这个比例不容小觑，即便是在扣除跟踪装置自身消耗的能量后还能多20%到30%。
1.2.2太阳能自动跟踪系统的定义及特征
对于一种实物，每个人都可以有自己的看法。我对太阳能自动跟踪系统的理解为: 在太阳有效的光照时间内，能使得太阳能发电板始终垂直正对着阳光，最大限度地获取太阳能量的装置就叫作太阳能自动跟踪系统。它通常由两个主要部件组成，一个是控制部件即单片机、PLC之类，另一个是转动调级部件，通常是由电机组成的机械平台。单片机、PLC之类的作用是将太阳的位置坐标参数直接或间接输出给转动机械平台。由电机组成的机械平台的主要作用是将单片机、PLC之类给出的信号经过调级处理或分解后用于驱动转动机械平台，使获得光能的功率最大化。
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