光伏发电光源跟踪控制系统设计.docx

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光伏发电光源跟踪控制系统设计

常州信息职业技术学院

学生毕业设计（论文）报告

系别：

电子与电气工程学院

专业：

光伏发电技术及应用

班号：

光伏122

学生姓名：

王冬冬

学生学号：

1206213215

设计（论文）题目：

光伏发电光源跟踪控制系统设计

指导教师：

朱文杰

设计地点：

常州信息职业技术学院

起迄日期：

2014.5.19～2014.11.20

毕业设计（论文）任务书

专业光伏发电技术及应用班级光伏122姓名王冬冬

一、课题名称：

光伏发电光源跟踪控制系统设计

二、主要技术指标（或基本要求）：

1、光照强度低于100Lx时系统暂停跟踪光源，100-500Lx时进行疏跟踪，大于500Lx时进行密跟踪。

2、太阳能电池组件转动的精度为0.9°3、用四个光敏三极管3DU5组成光敏传感器其最高工作电压为10V，响应时间为1ms-1ums。

4、单片机要有复位电路使组件24h后回到初始位置。

三、主要工作内容：

1、考察分析光源跟踪控制系统在光伏发电中的应用的现状以及今后的发展行情；2、寻找相似案例，确定方案的可行性；3、通过网络和书籍了解并学习相关技术；4、对所搜集的资料进行整理、分析和归纳；5、对光源跟踪控制系统的整体方案进行设计；6、对光源跟踪控制系统的硬件和软件进行设计；7、撰写毕业设计；8、与老师和同学们进行交流、研究、讨论，对毕业设计修改，直到达到毕业设计要求，进行答辩。

四、主要参考文献：

[1]王雪文,王洋,阎军锋,赵武等.太阳能自动跟踪控制系统的设计[J].西北大学学报（自然科学版）2004

[2]杨欣，张延强，张铠麟，实例解读51单片机完全学习与应用，电子工业出版社，北京，2011.4

[3]郁有文，常健，程继红.传感器原理及工业应用[M].西安电子科技大学出版社，西安，2002.

[4]刘小山.单片机在步进电机控制系统中的应用[J]. 机电工程技术. 2004（01）

[5] 王雪文,王洋,阎军锋,赵武,张志勇.太阳能电池板自动跟踪控制系统的设计[J].西北大学学报（自然科学版）.2004（02）

学生（签名）年月日

指导教师（签名）年月日

教研室主任（签名）年月日

系主任（签名）年月日

毕业设计（论文）开题报告

设计（论文）题目

光伏发电光源跟踪控制系统设计

一、选题的背景和意义：

背景：

太阳能是一种清洁可再生的新型能源，但其也有间歇性、空间分布不断变化的缺点。

其导致现在一些太阳能设备对太阳能的利用率不高。

光源跟踪控制系统可以始终跟踪太阳能保证设备的要求跟踪部位正对太阳，从而提高设备对太阳能的利用率。

此系统也可以应用在工业中，用光源作为引导实现自动化控制等。

意义：

人们通过对太阳的追踪来实现对太阳能的充分利用，缓解能源危机的局面。

目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的，没有充分利用太阳能资源，发电效率低下。

在太阳能光伏发电中，相同条件下，采用自动发电设备要比固定式发电设备的发电量高，因此在太阳能利用中进行跟踪式十分必要的。

二、课题研究的主要内容：

1、光伏发电光源跟踪的诸多优势；

2、光伏发电光源跟踪控制系统的整体设计方案；

3、硬件设计：

主控芯片、电动机和传感器的选择，主控电路、步进电机驱动电路和按键的设计及信号采集处理；

4、软件设计：

主、子程序流程图；

5、本设计的总结。

三、主要研究（设计）方法论述：

1、首先分析光伏发电光源跟踪控制的发展前景，探索出它在光伏发电中的优势；

2、找到其已被应用的实例，论证其实施的可行性；

3、通过复习太阳能光伏发电系统设计与应用、传感器的应用技术、模拟（数字）电路及施工安装方面的相关知识，从而进一步掌握硬件及软件设计的理论知识；

4、分析系统设计的要求，从而确定硬件的选用；

5、与成功的案例对比，最终确定系统的设计。

四、设计（论文）进度安排：

时间（迄止日期）

工作内容

2014-05-19~2014-05-26

在老师指导下完成毕业设计的选题

2014-05-27~2014-06-15

完成毕业设计任务书，并填写开题报告

2014-06-16~2014-06-30

完成开题报告

2014-07-1~2014-07-25

完成第二章内容:

系统方案设计

2014-07-26~2014-08-20

完成第三章内容:

设计方案的比较

2014-08-21~2014-09-11

完成第四章内容:

系统硬件设计

2014-09-12~2014-09-28

完成第五章内容:

系统软件设计

2014-09-29~2014-10-25

完成第六章内容并交于老师修改

2014-10-14~2014-11-8

修改初稿

2014-11-16~2014-11-20

准备毕业答辩

五、指导教师意见：

　　　　　　　　　　　　指导教师签名：

年月日

六、系部意见：

　　　　　　　　　　　系主任签名：

年月日

光伏发电光源跟踪控制系统设计

摘要

Abstract

摘要

太阳能作为未来的能源是一种非常理想的清洁能源，近年来由于人们对能源、环境问题的日益关注。

目前许多太光源阳能电池板阵列没能高效的利用太阳资源，发电效率低。

本次设计是将固定的太阳能光伏组件改变成双轴跟踪光源的太阳能光伏组件，通过跟踪光源使光伏组件保持较高的输出功率。

本设计主要以超低功耗的AT89C51为控制核心，由光源检测、电机驱动等组成。

用四个光敏三极管3DU5组成光敏传感器来检测光源的位置，并将其检测到的信号放大传给单片机AT89C51。

通过单片机的运算和处理来确定运动趋势，同时将信号传给步进电机，使其与光源运动，最终达到高效利用太阳能的目的。

此次设计的光源跟踪控制系统能够使太阳能利用装置时刻保持与太阳光线垂直，其结构简单、成本低廉且跟踪精度高，不仅能用于光伏电站的发电，小的地方还可用于太阳灶、太阳能热水器等各种太阳能装置上，具有一定的实用价值。

关键词：

单片机AT89C51；双轴跟踪；传感器

Abstract

Asthefutureofsolarenergyisanidealcleanenergyinrecentyearsduetogrowingconcernsaboutenergyandenvironmentalissues.Solarweakensovertimeorbecomestrong,sothismadefortheutilizationofsolarenergyhigherrequirements.Manysolarpanelarrayisnotefficientuseofsolarenergyresources,lowpowergenerationefficiency.ThisdesignistochangethefixedaxistrackingsolarPVmodulesintoasourceofsolarPVmodules,photovoltaiccomponentsbytrackingthelightsourcetomaintainahighoutputpower.

Thisdesignmainlyforthecontrolofultra-low-powerAT89C51core,fromlightdetection,motordriveandothercomponents.Withthelightsensorstodetectthepositionofthelightsource,andthedetectedsignalistransmittedtothemicrocontrollerenlargedAT89C51.Todeterminethesourceofthemovementtrendsincomputingandprocessingbythemicrocontroller,whilethesignalstothemotor,sothatthelightsourcemovement,andultimatelyachieveefficientuseofsolarenergypurposes.

The designof thelightsource tracking controlsystemtomakethe solarenergyutilizationdevice alwayskeepverticaltosunlight, whichhastheadvantagesofsimplestructure, lowcostand hightrackingaccuracy, notonlycanbeusedfor photovoltaicpower generation, smallplace alsocanbeusedfor solarcooker, solarwaterheatersandeachotherkindofsolar equipment, hasacertainpractical value.

Keywords:

SCMAT89C51；Sources；Automatictracking；Sensor；

第1章前言

1.1本设计的意义及目的

本设计是利用光源跟踪技术提高对太阳能的利用率。

该系统既能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板组件的方向使其正对光源，又能边跟踪边自动记忆和更正不同时间的坐标位。

并且其结构相对简单，不需太多的人工干预，特别适合天气状况较复杂的地域和无人值守的情况，有较好的推广应用价值。

本设计的目的是为了提高设计者自身设计产品的能力，将理论与实际相结合，实践所学的知识，丰富实践经验。

通过对积累的经验和所学的知识的分解与组合，实现产品的新功能，另一方面提高了动手能力和实验能力，这样才有足够的能力去设计新的产品。

本设计注重对单片机的使用、太阳能光电转换原理的应用与光敏传感器的工作原理和应用。

1.2本设计的主要内容

太阳的位置在一天内不是固定的，因此太阳能电池板需要尽可能地跟随太阳运动来获得充足的阳光。

光源跟踪系统的目的就是在有阳光时，太阳能电池板能一直垂直于太阳跟随太阳同步运动，从而提高太阳能电池板的发电量。

本毕业设计包括系统设计要求、方案的比较、硬件设计和软件设计。

系统设计要求主要是对太阳光角度的计算与光强检测系统的设计，此部分需参考资料来获取准确的数据方便电池板的安装。

方案比较部分是为了选取更适合此次设计的器件。

硬件部分设计是围绕着太阳能电池板、步进电机驱动电路、按键、液晶显示器、AT89S51型单片机这些主要部件进行设计的。

软件部分设计是在了解电路设计原理之后，根据原理和目的画出流程图、编写程序。

设计完成后利用软件对系统进行编译和调试，以保证设计的准确性。

第2章系统方案设计

2.1设计要求

（1）自动跟踪的实现：

所设计的双轴太阳能自动跟踪系统的核心部分是单片机，需设计合理的程序从而对电动机进行控制，适时改变电池板的角度。

（2）抗干扰性：

为保证跟踪的准确性，系统必须具有较强的抗干扰能力，设计应从硬件和软件两反面着来抑制系统的干扰。

2.2设计思路

对光伏发电光源跟