太阳能跟踪控制 毕业设计论文

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1、1摘要能源短缺问题是目前许多国家面临的重要问题，太阳能作为一种清洁无污染的能源，有着巨大的开发前景。我国是一个太阳能资源较为丰富的国家，充分利用太阳能资源，有着深远的能源战略意义。利用太阳能的关键是提高太阳能电池板采集太阳能的效率，太阳能电池板接受太阳光的直射，由此得到太阳最大光照强度，从而最大限度的采集太阳能。针对提高太阳能的利用率问题的研究，设计一种基于单片机的光电比较式太阳能自动跟踪控制器。以AT89S52单片机作为核心控制元件，通过将两个光电传感器采集到的信号经过比较电路和A/D，将比较结果输出至单片机，由单片机分析处理数据并输出

2、至ULN2003A从而控制五线四相步进电机来实现对太阳位置的跟踪。该系统具有低成本的优点，且具有较好的抗干扰能力，提高了对太阳光能的利用率。在设计中首先完成对该方案的仿真验证，而后主要通过编辑器，利用C语言编制程序，并完成程序设计，通过下载器将程序烧写到单片机中。最后通过搭建硬件实验来实现预先设计跟踪目标。关键词：光电传感器；单片机；C语言；跟踪；直流电机4646目录1绪论11.1太阳能跟踪的背景及意义11.2太阳能跟踪控制器研究现状及发展趋势11.3太阳能跟踪控制器概念及原理21.4太阳能跟踪控制器的研究内容与过程32太阳能跟踪控制器设

3、计方案42.1功能描述42.2方案论证42.2.1主控系统选择42.2.2电机选择72.2.3步进电机励磁方案选择92.2.4步进电机驱动系统选择112.2.5A/D转换方案选择122.2.6跟踪器方案设计142.2.6单片机控制系统方案173太阳能跟踪控制器硬件电路设计183.1系统组成原理183.2单片机供电电源183.3单片机最小系统183.4跟踪器设计193.5A/D采集电路设计203.6步进电机驱动设计204太阳能跟踪控制器软件设计224.1程序流程图224.2太阳能跟踪控制器程序设计234.2.1主函数234.2.2定时器1中

4、断初始化函数244.2.3延时函数24464.2.4按键扫描函数254.2.5定时器1中断子程序控制步进电机正反转264.2.6TLC1543采集函数275太阳能跟踪控制器调试306结论与展望318致谢32参考文献33附录A英文原文34附录B中文翻译36太阳能跟踪系统36附录Cproteus仿真图38附录D程序39461绪论1.1太阳能跟踪的背景及意义能源短缺问题是目前许多国家面临的重要问题，太阳能作为一种清洁无污染的能源，有着巨大的开发前景。我国是一个太阳能资源较为丰富的国家，充分利用太阳能资源，有着深远的能源战略意义。利用太阳能的关键

5、是提高太阳能电池板采集太阳能的效率，太阳能电池板接受太阳光的直射，由此得到太阳最大光照强度，从而最大限度的采集太阳能。目前太阳能电池板普遍采用半自动单轴跟踪方式和电池板固定朝南安装的方式。这些方法存在的缺点是：转换效率较低、跟踪适应能力弱、跟踪精度低。因此太阳能电池板如能配合基于单片机的太阳能跟踪控制器的设计，该系统能够跟踪太阳的实时位置，精度高，适应性强，有望在光伏发电中使用。1.2太阳能跟踪控制器研究现状及发展趋势目前国内外跟踪太阳能的方法有很多，但不外乎采用这两种方式：光电跟踪和根据日运动轨迹跟踪：前者是闭环的随机系统，后者是开环的

6、程控系统。1．光电跟踪目前，国内常用的光电跟踪有重力式，电磁式和电动式，这些光电跟踪装置都使用光敏传感器如硅光电管。在这些装置中，光电管的安装靠近遮光板，调整遮光板的位置使遮光板对准太阳，硅电池处于阴影区，当太阳西移时遮光板的阴影偏移，光电管受到阳关直射输出一定值的微电流。作为偏差信号，经放大电路放大，由伺服电机调整角度使跟踪装置对准太阳完成跟踪。光电跟踪灵敏度高，但结构设计较为方便。但受天气的影响较大，如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的情况，太阳光线往往不能照到光电管上，导致跟踪装置无法对准太阳，甚至引起执行结构的误动作。2.视日运动

7、轨迹跟踪根据跟踪系数的轴数，视日运动轨迹系统可分为单轴和双轴两种。视日运动跟踪原理：计算机现根据天文学中太阳运行规律的公式计算出一天内某时刻太阳高度角和方位角的理论值，然后运行控制程序调整定日镜装置的高度和方位角，完成对太阳能的实时跟踪。此类跟踪控制的优点是控制简单，不受天气影响，可靠性强。缺点是在计算太阳角度的过程中会产生累积误差，而且其自身无法消除，需要定期校正。(1)单轴跟踪46单轴跟踪一般采用：1倾斜布置东西跟踪；2焦线南北水平布置，东西跟踪；3焦线东西水平态置，南北跟踪。这三种都是单轴转动的南北向或东西向跟踪，工作原理相似。采用

8、这种跟踪方式，一天之中只有正午时刻太阳光与光采集面垂直，此时热量最大；而在早上或下午太阳光线都是斜射。单轴跟踪的优点是结构简单，但是由于入射光线不能始终与主光轴平行，收集太阳能的效果并不理想。