分布式信源编码理论及应用的研究2Word文档下载推荐.docx
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采用单片机来实现的太阳能双轴追踪系统能有效提高太阳能的转换效率，而且实时性好，成本较低，具有较广泛的应用前景。
关键词：
单片机双轴跟踪太阳能充电
DesignofTwo-axeSolarTrackingandChargingSystemBasedonMCU
TanXueqing
（CollegeofEngineering,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China）
Abstract:
Withtherapidgrowthofsocialeconomy,thetraditionalfuelsourcesisdecreasingquickly,andtheharmofenvironmentismoreandmoreseriousatthesametime.Solarenergyisoneoftherenewableenergy,andhastheuniqueadvantagessuchasclean,abundant,hasabroaddevelopmentprospects.Butthecurrentsolarutilizationislow,restrictingitsdevelopment.Currently,mostsolartrackingsystemisfixed,unabletoshiftasthesunrun,sotheenergyconversionefficiencyislow.Microcontrolleristhecoreofthewholesystem.Thesystemcantrackthesuninthetwodegreesoffreedom,whichcaneffectivelyimprovetheutilizationofsolarenergy.
Thissystemadoptsmicrocontrollerasnucleusandphotoelectricsensortransmitthecollectedlightinformationtothemicrocontroller.Afteranalyzingandprocessing,microcontrollerdrivetwosteppermotorsrunning,soitcanadjusttheangleofsolarpanelsonthetwodegreesoffreedom.Thissystemachievesthegoaloftwo-axistrackingsolar,andtocontrolchargingatthesametime.Bymicrocontrollertorealizetwo-axistrackingsolarsystemscaneffectivelyimprovetheconversionefficiencyofsolarenergy,andhasabroadapplicationprospectwiththeadvantagesofgoodreal-timeandlowcost.
Keywords:
MicrocontrollerTwo-axestrackingSolarCharging
目录
1前言1
1.1课题的研究背景和意义1
1.2太阳能跟踪系统的国内外研究现状2
1.3本设计的主要研究内容2
2总体方案确定3
2.1方案简述3
2.2光电检测跟踪太阳原理3
3系统的硬件设计4
3.1ATmega16单片机最小系统电路4
3.1.1ATmega16单片机的简介及引脚功能说明4
3.1.2ATmega16单片机最小系统电路设计5
3.1.3ISP下载线路7
3.2光强度检测电路7
3.2.1光敏电阻介绍和工作原理7
3.2.2光强检测电路8
3.3A/D转换电路9
3.4时钟电路9
3.4.1DS1302时钟芯片介绍9
3.4.2时钟电路10
3.5电机驱动电路10
3.5.1步进电机的介绍10
3.5.2ULN2003芯片介绍11
3.5.3电机驱动电路设计12
3.6锂电池充电电路13
3.6.1太阳能充电管理专用充电芯片CN3063简介13
3.6.2锂电池充电电路设计13
3.7电源电路14
3.7.1LM7805芯片简介14
3.7.2电源电路设计15
4系统软件设计15
4.1系统主程序设计及工作原理15
4.2太阳跟踪算法程序设计16
4.3A/D转换程序设计17
4.3DS1302时钟程序设计18
5软硬件调试19
5.1硬件调试19
5.2软件调试19
5.3设计中遇到的问题及其解决办法20
6系统测试方法及测试数据20
7结论21
参考文献22
附录23
附录A系统电路图23
附录B程序代码24
致谢30
毕业设计成绩评定表
1前言
1.1课题的研究背景和意义
全球经济的快速发展，在很大的程度上都是以石油、天然气、煤炭等传统能源的大量开发采用为代价的。
从工业时代开始，到21世纪的今天，在经济快速发展下，传统能源越来越少，迅速地接近枯竭。
根据经济学家和科学家的普遍估计，石油储量的综合估算，可以支配的化石资源的极限大约为1180亿吨~1510亿吨，以1995年世界石油的开采量33.2亿吨计算，石油储量大约在2050年左右宣告枯竭；
天然气储量估计131800~152900兆立方米，年开采量维持在2300兆立方米，将在57~65年内枯竭；
煤的储量约为5600亿吨，1995年煤开采量为33亿吨，可以供应169年；
铀的年开采量目前为每年6万吨，据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期；
核聚变到2050年还没有实现的希望（杨园静等，2012）。
中国国民生产总值持续几年高速的增长受到世人瞩目，同时受到关注的还有中国能源消耗的迅速增长。
据统计，2010年中国成为世界能源第一消耗大国，能源消耗总量为2432.2百万吨油当量，同比增长11.2%，占世界总能源消耗的20.3%。
据统计，在2010年国内一次性能源消耗结构中，煤炭占70%，原油占18%，天然气占4%，非石化能源（水电、核能和可再生能源）消费比重上升到8.1%。
中国煤炭比重远远高于其他国家，占世界煤炭消费总量的48.2%。
经济的高速发展，石化能源大量使用的同时也加剧了环境的污染和危害，这种危害表现为大量温室气体排放引起全球温度升高加剧、南极臭氧层空洞扩大、酸雨和暴雪等极端气候出现以及各种疾病的复活等。
传统能源的紧缺和使用传统能源带来的环境问题，迫使各国开始想对策来应对这些问题。
这时候，大家把目光投向新能源的开发和利用。
太阳能的利用开始逐渐被人类重视。
太阳能作为一种可再生能源，可以说取之不尽，用之不竭，在新能源利用发展中具有很多优势。
太阳能是完全环保的能源，对环境没有污染。
太阳能的分布广泛，在偏远地区及地理环境相对恶劣的山区、农村等地方提供太阳能所转化的各种能量，可以降低运输压力，而且能缓解能源供应的矛盾。
太阳能是绿色无污染能源，能减少对环境的污染，符合人类可持续发展的要求。
太阳能具有这么多优点，开放和利用太阳能，将太阳能转化为其他可利用能源将对我们人类的可持续发展具有深远的意义。
1.2太阳能跟踪系统的国内外研究现状
随着科学技术的迅猛发展，人们对已经把太阳能应用到许多领域，太阳能的使用逐渐进入人类的生活。
太阳能光伏发电是太阳能利用的一个重要领域。
太阳能光伏发电的工作原理是利用太阳能电池板接收太阳光辐射，通过电池板的接收和电路的转化为可以利用的电能。
虽然，太阳能有很多优点，但也存在太阳光的密度低、空间分布不断变化、辐照时间间歇性等缺点，因此收集和利用的难度较大、成本较高。
理论分析表明：
太阳的跟踪与非跟踪，能量的接收率相差37.7%，因此进行高精度的太阳跟踪是很有必要的（杨金焕等，2008）。
高精度的太阳跟踪器可以大大提高太阳接收效率，在太阳能发电中有着重要的作用。
目前太阳跟踪的方法主要有两种。
一种是视日运动轨迹跟踪法，太阳相对与地球上某一点的位置，是可以近似计算的。
视日运动轨迹跟踪法，是通过计算地球上某一点某个时刻太阳的相对位置，从而对太阳进行跟踪。
另一种是传感器跟踪法。
这种方法由光电转换器根据太阳光和接收板之间的偏差产生一个反馈信号，经过放大整理后，控制步进电机转动，使得接收装置对准太阳（郑小年等，2012）。
目前国内外常见的跟踪装置的跟踪方式可分为单轴跟踪和双轴跟踪两种。
单轴跟踪，电池阵列只能沿一个轴旋转，能够调节电池阵列方位角，使之与太阳方位角相同。
这类跟踪方式具有结构相对简单，控制较为容易的特点，比较合适在光照强度充足和光照比较稳定的地区。
但这类跟踪方式存在一个缺点,就是不能保持电池阵列平面与太阳光线始终垂直，经常有光线和电池板有一定角度，这样一定程度上降低了光电转换效率，造成了能源的流失，影响了整个系统发电效率。
双轴跟踪，双轴跟踪弥补了单轴跟踪方式的不足之处，它是一种全方位的跟踪技术。
它能够对太阳的高度角和方位角进行全面跟踪，实现更高的采集效率。
近年来，随着自动控制技术的飞速发展与制造成本的不断降低，实现对太阳方位角和高度角精确跟踪的双轴跟踪技术已成为人们研究与运用的热点。
1.3本设计的主要研究内容
本设计所介绍的太阳跟踪装置利用光电检测方式双轴追踪太阳，并对锂电池进行充电。
设计的主要工作包括:
（1）分析跟踪原理，选择合适的光电传感电路。
（2）选择合适的主控芯片，对硬件电路进行设计。
（3）编写软件程序，实现太阳能跟踪和充电控制等要求。
（4）设计控制方案，对步进电动机以及驱动电路进行设计。
2总体方案确定
2.1方案简述
本方案的太阳能跟踪充电系统以ATmega16单片机为主控芯片，由光电检测模块、时钟模块和电机驱动模块等组成。
光电检测模块的传感器部分采用光敏电阻，通过ATmega16内置的A/D转换，转换成单片机可以处理的数字信号。
时钟模块采用实时时钟芯片DS1302。
单片机对采集到的数字信号进行处理和判断，控制水平电机和俯仰电机运行，对水平方向和垂直方向进行调整，达到跟踪太阳的目标。
采用太阳能充电管理专用充电芯片CN3063对锂电池充电。
每20分钟对太阳进行一次跟踪，
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