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Abstract2

1引言3

2系统总体方案设计6

2.1系统组成7

2.2本课题方案选择7

3电动机的选型8

4检测电路设计11

4.1检测方案选择11

4.2检测电路设计13

5控制单元的设计14

5.1CPU的选择15

5.2时钟电路的设计17

5.3数码管与单片机的连接19

5.4电动机接口电路及驱动器20

5.5步进电动机的驱动21

结论22

谢辞23

参考文献24

附录1系统电气原理图24

太阳能电池板追日装置的研制

摘要:

以单片机的控制处理为核心,利用由光敏电阻二极管组成的检测电路和步进电动机的驱动放大电路以及机电传动机构，构建了一个在方位角和高度角都能自动调节的双轴机械跟踪定位系统。

这是一套自动使太阳能电池板保持与太阳光垂直的自动跟踪系统。

介绍了系统的结构和工作原理以及元器件的选择。

在任何天气里面都能很好的检测追踪太阳的位置，控制精度高，具有广泛的应用潜力。

实现了追踪太阳的效果，达到提高发电效率的目的。

关键词：

太阳跟踪；

光电检测；

自动定位；

单片机

Abstract:

UsingSingle-chipmicrocomputerasthecoreofthecontrolprocessing,containingthedioderesistancefromthephotosensitivecompositionofthedetectioncircuitandthesteppermotordriveramplifiercircuit,aswellasmechanicalandelectricaltransmission,abiaxialmechanicalpositioningtrackingsystemwhichazimuthandelevationanglecanbeadjustedautomaticallyisbuild.Thisisasetofsolarpanelstrackingwiththeverticalraysofthesunautomatically.Itintroducesthesystemstructureandworkingprincipleaswellasthechoiceofcomponents.Itcantestandtrackthelocationofthesuncorrectlyinanykindofweatherwithhighprecisionincontrol.Ithaswiderangeofpotentialapplications.ItAchievestheeffectoftrackingthesunandrealizethepurposeofpowergenerationefficiency.

Keywords：

suntracking;

photo-electricdetection;

automaticalpositioning;

single-chipmicrocomputer

1引言

1.1太阳能应用情况

1.1.1能源与环保

随着时代的前进，人类社会和经济的发展速度日益增加，但是与此同时人类社会的负担和责任也随之增加。

能源是国民经济和社会发展的基础，社会经济发展得越快，人类对能源的需求就越大，利用能源时可能对环境造成较大程度的破坏。

目前世界的主要能源是由吸收太阳能的植物经亿万年的演化积累而形成的化石能源，如煤炭、石油、天然气等。

正是由于上述原因，世界能源问题日益严峻，表现在如下方面:

（1）能源短缺

世界上大部分国家能源供应不足，据统计近10年内化石燃料（煤、石油与天然气等）能量消耗增加了近20倍，预计今后十年化石燃料的用量将翻一番，但全球己探明的石油储量只能用到2050年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。

（2）环境污染

由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量，局部地区形成酸雨，严重污染水土。

（3）温室效应

化石能源的利用产生大量的温室气体而导致温室效应，引起全球气候变化。

这一问题己提到全球的议事日程，有关国际组织己召开多次会议，限制各国COZ等温室气体的排放量。

能源问题关系到经济是否能够可持续发展。

一次能源的日益枯竭，已引起全世界的极大关注。

现在人们常用的一次能源有煤炭，石油，原子能等。

占人们能源消费的大部分的煤炭和石油都是有限的，不可再生的。

据有关资料显示:

石油储量的综合估算，可支配的化学能源的极限大约为1180一1510亿吨，以1995年世界石油的年开采量32亿吨计算，石油储量大约在2050年左右宣告枯竭;

天然气储备估计在13180~152900兆立方米，年开采量维持在2300兆立方米，将在57一65年内枯竭;

煤的储量约为5600亿吨，1995年煤炭开采量为3亿吨，可以供应169年;

铀的年开采量目前为每年6万吨，根据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期，核聚变在2050年前没有实现的希望。

能源短缺的形势很严峻，当前世界多数国家对能源问题都很重视。

新能源技术及节能技术在世界范围内迅速发展。

太阳能、绿色生物能、燃料电池、海洋能等新能源的研究与应用为人们描绘出希望。

其中太阳能应用技术以其独特的优势在全世界蓬勃发展，使人们在能源危机的焦虑中，感到不少欣慰。

1.1.2太阳能的特点与优势

太阳是个巨大的能源。

地球上绝大部分能源归根究底是来自太阳的。

煤炭、石油都是古时候由动物或植物存储下来的太阳能。

太阳每秒钟发出的能量有3名65xl护6J，相当于每秒钟燃烧1.犯x1016t标准煤所发出的能量。

太阳是以辐射的方式向四周传播它的能量的。

太阳发出的能量中约有2亿分之一到达地球约是球1.73x1014kw。

这些能量经过地球大气层的吸收与反射，最终到达地球表面的约有81xl013kw。

全世界人们一年所用的各种能量之和也只有到达地球表面的太阳能的数万分之一，利用太阳能的潜力是十分巨大的。

太阳辐射能的强度用太阳常数表示。

在地球大气层的上界，在平均日地距离时，在垂直于太阳光的方向上，在单位时间和单位面积内，太阳辐射能有一个比较恒定的数值，这个数值就叫太阳常数，它的值大约是1367土7w加2。

太阳辐射能与煤炭、石油、核能相比较，有如下的优点:

（1）普遍性。

地球上处处都有太阳能，不需要到处去寻找，去运输。

（2）无害性。

利用太阳能作为能源，没有废渣，废料，废气，废水的排放，没有噪声，不会污染环境，没有公害。

（3）长久性。

只要有太阳，就有太阳能，因此太阳能可以说是取之不尽，用之不绝。

（4）巨大性。

一年内到达地面的太阳辐射能总量要比现在地球上消耗的各种能量的总和大几万倍。

因此，太阳能是理想的替代能源之一，太阳能的开发利用是解决能源短缺问题、实现可持续发展的有效途径之一。

1.1.3我国太阳能产业所存在的问题

我国太阳能资源十分丰富，但就目前来看，国内太阳能的利用还是远远不够的。

这主要是由于太阳能资源自身存在一些缺点:

太阳光的密度低、照射间歇性、空间分布不断变化。

因为这些缺点，使得单位时间内单位面积上太阳光接收器接收到的能量相对较少（能量密度低）。

1.2太阳能跟踪技术

1.2.1太阳能跟踪的产生

根据太阳能利用的现状有人提出通过加入跟踪装置来提高太阳能的利用率:

不管哪种太阳能利用设备，如果将其太阳光接收装置始终保持与太阳光垂直，就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能（接收更多的直射太阳辐射）。

如果利用跟踪装置使受光面始终与太阳光线相垂直，从日出到日落跟踪太阳，就能收集到更多的太阳辐射，进一步充分利用太阳能。

就民用太阳能屋顶发电产业现状而言，目前一直没有一种廉价高精的跟踪装置，导致这一产业发展缓慢。

如果开发出跟踪效果较好的太阳能电池自动跟踪系统，使太阳能电池板始终对着太阳，保持最大的发电效率，就能大大推动太阳能电力系统的发展。

这时候太阳能跟踪技术应运而生，即利用某种技术手段实现了对太阳跟踪以获得更多的光能，达到提高太阳能利用效率的目的。

1.2.2本课题的研究内容

我的课题是关于太阳能追日装置的研制。

其主要内容是通过某些技术手段来实现对太阳的跟踪，进而提高太阳能的利用效率。

1.2.3太阳能跟踪目前存在的问题

综上所述，现存的跟踪装置，用于观测太阳活动的装置虽然跟踪准确但价格昂贵;

其它类型的跟踪装置普遍存在的问题是精度较差，其中，压差式和控放式太阳跟踪器原理结构较复杂;

时钟式和程序控制式的跟踪装置存在着累计误差且不能自动消除光电式跟踪装置跟踪比较精确，原理简单，容易实现，但是不能连续对太阳运动进行跟踪。

因此，设计一种新的太阳跟踪装置，使之具有跟踪范围广，精度高，原理结构简单方便的特点，并尽快将这一技术转化为生产力、形成高技术含量的产品，能够推动太阳能的普及利用，拓宽太阳能的利用领域。

1.2.4本课题的经济性分析

太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。

尽管相继研究出一系列的太阳能设备，如太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能电池等等，但对太阳能的利用还远远不够，究其原因，主要是利用率不高。

就目前的太阳能设备而言，如何最大限度的提高太阳能的利用率，仍为国内外学者的研究热点。

解决这一问题应从两个方面入手，一是提高太阳能设备的能量转换率，二是提高设备的能量接收效率，前者属于能量转换领域，还有待研究，而后者利用现有的技术则可解决。

太阳光线自动跟踪装置为解决这一问题提供了可能。

不管哪种太阳能设备，如果它的能量转换部分能始终保持与太阳光垂直就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能。

但是太阳每时每刻都是在运动着，能量转换部分若想始终保持与太阳光线垂直，就必须要跟踪太阳.跟踪与非跟踪，太阳能设备能量的接收率相差37.7%。

精确的跟踪太阳可使太阳能设备的能量利用率大大提高，拓宽了太阳能的利用领域.

图1.1跟踪模式与非跟踪模式光强的对比

图1.1很直观的说明了跟踪与非跟踪所产生的太阳能的利用差别,跟踪能使电池更好的更多的接受太阳的直接照射,能产生更多的电量,同时也提高了该系统的应用价值。

2系统总体方案设计

本课题的研究目的在于如何让太阳能电池板获得更多的能量接受更多的光照,更高效率的利用太阳能。

分析可知，本设计大概分为两部分控制电路设计，检测电路的设计和电机选型等三个模块。

2.1系统组成

图2.1光线自动跟踪系统

如上图所示,该系统主要由光敏电阻传感器、微处理器、电机驱动电路、电

机和机械传动机构5部分组成。

光传感器采集水平和垂直方向的光强度信号。

微处理器采用单片机控制,实现数据的采集、处理以及电机的驱动控制。

驱动部分采用了电机驱动芯片,提高了驱动能力和精确度,简化了系统。

2.2本课题方案选择

选择根据设计方案的不同，可以有三种方案：

方案一;

与最先想到的方案就是做一个类似卫星上电池板的装置,带有自动追日的效果.就是它能根据