甘彪肖健胡贻朋课程设计课题论文.docx

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1、海军工程大学动力工程学院机电一体化课程设计说明书自动太阳能路灯设计甘彪、肖健、胡贻朋2013/4/11[在此处键入文档的摘要。摘要通常是对文档内容的简短总结。在此处键入文档的摘要。摘要通常是对文档内容的简短总结。]自动太阳能路灯设计目录1、前言12、系统总体设计12.1、系统总体设计要求12.2系统总体设计分析32.3系统硬件设计42.3.1、电子控制元件选型42.3.2、光电转换电路设计42.4机械部分设计63、系统原理分析64、软件设计85、总结106、附录111、前言太阳能是已知的最原始的能源，它干净、可再生、丰富，而且分布范围广，具有非常广阔的利用前景。但太阳能利用效率低，这一问题一直

2、影响和阻碍着太阳能技术的普及。把太阳能自动跟踪系统引入路灯的设计为解决这一问题提供了新途径，从而大大提高了太阳能的利用效率。本设计采用光电跟踪的方法，利用步进电机双轴驱动，由光电传感器根据入射光线的强弱变化产生反馈信号到微机处理器。微机处理器运行程序，通过对跟踪机构进行水平、俯仰两个自由度的控制，调整太阳能电池板的角度实现对太阳的跟踪。采用单片机来实现的太阳能追踪系统能有效提高太阳板的光电转化效率，并具有较广泛的应用前景。2、系统总体设计2.1、系统总体设计要求本系统研制的出发点是更加有效的利用太阳能。对太阳能的利用一般都是采用太阳能采集装置把太阳能量转化为其他类型的可用能源而加以利用，在本研

3、究中，确定了使用太阳能电池板把太阳能量转化为电能。对太阳能进行电能转换的时候，由于太阳的位置是随着时间的变化而改变的，如果采用固定式的太阳能接收装置，此装置的位置无法随太阳改变，只能在固定时段有效的吸收太阳能，在其他时段的吸收效率就十分低下，因此，要使太阳能的吸收效率提高，采用太阳跟踪系统对太阳进行实时跟踪是可行和有效的。在本课题中采用的是双轴跟踪的方法对太阳进行即时跟踪，使太阳能接收装置能够始终正对太阳，从而提高吸收效率。本系统的整体研发要求是经济、结构简单、性能可靠。根据本系统的整体要求，装置的各组成部分应该选用常用而且性价比与可靠性较高的构件，充分考虑其经济性.在结构设计中，要使系统机构

4、尽量简洁，避免过于复杂和昂贵，要便于安装和维护。在控制部分的设计中，要考虑到系统的全天候性要求，选用耐用和抗干扰性强的执行元件，避免频繁发生系统故障。设计要求如下：1.系统能根据天气条件进行选择性工作，晴天自动跟踪，阴天或黑夜停止跟踪，避免电能消耗。2.晴天时系统能保证太阳能电池板与太阳光垂直。充分吸收光能。3.系统设计的硬件部分和软件部分能够无故障、准确、合理地运行。4.为了减少电能过多消耗，系统每十分钟跟踪一次太阳光，误差不超过3度。2.2系统总体设计分析本设计主要包过光电转换电路，AD转换电路，单片机控制电路，电机驱动电路的设计，该部分主要从整体上进行系统的总体设计分析。本部分首先主要介

5、绍各个模块的硬件电路，以及机械设计部分原理简介，然后再从整体上分析。太阳能自动跟踪总体框图如下：图2-1太阳能自动跟踪总体框图硬件设计流程图如下：图2-2硬件设计流程图图2-2是本太阳能自动跟踪装置的原理框图,太阳能自动跟踪装置设计成双轴跟踪系统,同时在方位角和高度角两个方向上跟踪,由传感器、信号处理及控制电路、方位角及高度角调整机构组成。传感器把接收到的光信号转换成电信号,电信号经过信号处理及控制电路后,由控制电路输出相应的控制信号驱动方位角调整机构和高度角调整机构实现相应的位置调整。2.3系统硬件设计2.3.1、电子控制元件选型芯片采用AT89c52，模数转换器选用ADC0808在仿真时进

6、行A/D转换，驱动控制器选用L298。2.3.2、光电转换电路设计光电转换电路由八个相同基本电路组成，每个基本电路由光敏二极管，电阻（含可变电阻），电容，运算放大器组成。运用运放放大光敏二极管采集到的光电流并将其转换成0~5V的电压信号输入到ADC0808的模拟信号输入端。光敏二极管的分布设计在这个设计电路中，光敏二极管的分布起到了不可或缺的作用，只有合理的分布光敏二极管，才能有效采集光强信号，并将东西南北四个方向的微小信号放大，将信号处理后，才能精确控制电机的转动，从而实现太阳能电池板和太阳光线呈垂直方向。其中光敏二极管的分布图如下：图3-5光敏二极管分布图光敏二极管D1，D2，D3，D4分

7、别分布在圆筒的外侧主要用于初步对准，其中D1，D3分布在南北两侧，D2，D4分布在东西两侧,光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。　　光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗