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基于单片机的太阳跟踪系统设计 (2).docx
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基于单片机的太阳跟踪系统设计
摘要 针对现代社会能源越来越匮乏的现状,以常规能源为基础的能源结构随资
:
源的不断好用将愈来愈不适应可持续发展的需要。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,这一问题一直影响和阻碍着太阳能技术的普及。太阳能自动跟踪系
统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。
关键词 太阳能;跟踪;光敏二极管;单片机;步进电机
:
Design of Sun Tracking System Based on Single Chip
Microcomputer
Abstract According to the status that increasingly lack of energy in modern
:
society, conventional energy-based energy structure with the continuous
consumption of resources will become increasingly unsuited to the needs of
sustainable development. Solar energy is known as the most primitive energy, and it is
clean、renewable、rich and wide distribution and has wide prospects of use. But the
solar energy utilization efficiency is low; the problem has been influencing and
hindering the popularity of solar energy technology. Solar energy to be automatic
tracking system designed to solve the problem provide the new way which greatly
improve the efficiency in the use of solar energy. This design uses the photoelectric
tracking method, and use the stepping motor driver, by photoelectric sensor incident,
then the strength of the light’s changes produce feedback signals to the computer
processor, and computer processor will run the program, through the horizontal
tracking mechanism and pitch two degrees of freedom control to adjust the angle of
solar panels to achieve the tracking of the sun. Solar tracking system by single chip
microcomputer to achieve can improve the efficiency of conversion of photoelectric
Solar panels, and has a broad prospect of application.
Key words Solar energy;Tracking;Photosensitive diode ;SCM;Stepping motor
:
目 录
1 绪论..............................................................................................................................................1
1.1 课题研究背景
1.1.1 国外现状
1.1.2 国内现状
................................................................................................................1
..............................................................................................................1
..............................................................................................................1
1.1.3 目前太阳能的开发和利用
..............................................................................2
.......................................................................................................2
..............................................................................................................2
1.2 太阳光跟踪的方法
1.2.1 光电跟踪
1.2.2 时日运动轨迹跟踪介绍
...................................................................................2
1.3 系统的原理叙述
............................................................................................................3
2 方案研究与选取 .......................................................................................................................5
2.1 方案一
..............................................................................................................................5
2.2 方案二
..............................................................................................................................5
2.3 方案的确定
.....................................................................................................................6
3 硬件电路分析............................................................................................................................7
3.1AT89C52单片机模块
...................................................................................................7
3.1.1 单片机的选取
.....................................................................................................7
3.1.2 AT89C52单片机模块电路设计
.....................................................................7
3.1.3 单片机复位电路的设计
...................................................................................8
3.2 电源引入模块
................................................................................................................9
3.3 时钟模块
.........................................................................................................................9
3.3.1 时钟分频芯片
74LS74 ....................................................................................10
3.3.2 时钟模块电路设计
..........................................................................................10
3.4 光强度采集模块
.......................................................................................................... 11
3.4.1 光电器件的选择
.............................................................................................. 11
3.4.2 光强度采集模块电路设计
............................................................................12
3.5 A/D 转换模块
...............................................................................................................13
3.5.1 ADC0809 芯片介绍
.........................................................................................13
3.5.2 ADC0809 应用说明
.........................................................................................15
3.6 四位一体数码管显示模块
........................................................................................17
3.6.1 LED 数码管介绍
..............................................................................................17
3.6.2 数码管显示模块电路
.....................................................................................17
3.7 太阳光跟踪控制模块
.................................................................................................18
3.7.1 步进电机的介绍
..............................................................................................18
3.7.2 步进电机控制电路设计
.................................................................................19
3.7.3 步进电机的驱动电路原理
............................................................................20
4 太阳光跟踪系统的软件设计 ..............................................................................................22
4.1 主程序设计及工作原理
............................................................................................22
4.2 光强度检测程序设计
.................................................................................................22
4.3 步进电机控制程序设计
............................................................................................23
4.4 数码管显示程序设计
.................................................................................................23
5 硬软件调试 ..............................................................................................................................25
5.1 硬件调试
.......................................................................................................................25
5.2 软件调试
.......................................................................................................................26
5.2.1 数码管显示的调试
..........................................................................................26
5.2.2 光强度检测和 A/D 转换部分的调试
.........................................................26
5.2.3 电机控制部分调试
..........................................................................................26
5.3 设计中遇到的问题及其解决方法
..........................................................................26
6 设计结果和数据分析
............................................................................................................28
6.1 设计结果
6.2 数据分析
.......................................................................................................................28
.......................................................................................................................28
结 论
...........................................................................................................................................29
致 谢
...........................................................................................................................................31
参考文献
......................................................................................................................................32
附 录
...........................................................................................................................................33
附录一
...................................................................................................................................33
附录二
...................................................................................................................................33
附录三
...................................................................................................................................34
1 绪论
1.1 课题研究背景
1.1.1 国外现状
常规能源资源的有限性和环境压力的增加,使世界上许多国家重新加强了对
新能源和可再生能源技术发展的支持。近几年,国际光伏发电迅猛发展。 1973
年,美国制定了政府级阳光发电计划;1980 年又正式将光伏发电列入公共电力
规划,累计投资达 8 亿多美元;1994 年度的财政预算中,光伏发电的预算达 7800
多万美元,比 1993 年增加了 23.4%;1997 年美国和欧洲相继宣布"百万屋顶光
伏计划",美国计划到 2010 年安装 1000~3000MW 太阳电池。日本不甘落后,
1997 年补贴"屋顶光伏计划"的经费高达 9200 万美元,安装目标是 7600Mw。印
度计划 1998-2002 年太阳电池总产量为 150MW,其中 2002 年为 50Mw。
国际光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的
方向发展,光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。到目前为止,世界太阳电池
年销售量己超过 60 兆瓦,电池转换效率提高到 15%以上,系统造价和发电成本
已分别降至 4 美元/峰瓦和 25 美分/度电;在太阳热利用方面,由于技术日趋成
熟,应用规模越来越大,仅美国太阳能热水器年销售额就逾 10 亿美元。太阳能
热发电在技术上也有所突破,目前已有 20 余座大型太阳能热发电站正在运行或
建设。
1.1.2 国内现状
煤炭巨量消费已成为我国大气污染的主要来源。我国具有丰富的太阳能、风
能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源资源,开发利用前景广阔。
太阳能光伏发电应用始于 70 年代,真正快速发展是在 80 年代。在 1983 年一 1987
年短短的几年内先后从美国、加拿大等国引进了七条太阳电池生产线,使我国太
阳电池的生产能力从 1984 年以前的年产 200 千瓦跃到 1988 年的 4.5 兆瓦。目前
太阳电池主要应用于通信系统和边远无电县、无电乡村、无电岛屿等边远偏辟无
电地区,年销售约 1.1 兆瓦,成效显著。
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