基于TMS320F2812太阳能跟踪系统的设计电池板仰角跟踪模式报告论文.docx

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基于TMS320F2812太阳能跟踪系统的设计电池板仰角跟踪模式报告论文

毕业设计报告（论文）

基于TMS320F2812太阳能跟踪系统的设计

（二）—电池板仰角跟踪模式

基于TMS320F2812太阳能跟踪系统的设计

摘要

人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，这些矿物燃料是一次性不可再生资源，储量有限，而且燃烧时产生大量的二氧化碳，造成地球气温升高，生态环境恶化。

太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，但是太阳能又存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点，这就使目前的一系列的太阳能设备，如太阳能热水器、太阳能电池等，对太阳能的利用率不高。

研究表明，太阳能设备对太阳光线运动的跟踪与非跟踪，其能量的利用率相差37．7％。

本设计尝试设计一种能够自动跟踪太阳光照射角度的双轴自动跟踪系统以提高太阳能电池的光-电转化率。

一种基于TI（TexasInstrumentInc）DSP控制器（TMS320F2812）的运动控制系统.并利用DSP芯片以及步进电机驱动双轴跟踪系统，使太阳能电池板始终垂直于太阳入射光线，从而提高太阳能的吸收效率。

关键词：

太阳能电池;太阳照射角;自动跟踪;

ThedesignofsolartrackingsystembasedonTMS320F2812

ABSTRACT

Humanbeingisseriouslythreatenedbycxhaustingmineralfuel，suchasoilandcoal．Thesemineralfudsareone-offandnon-reproducibleseurcesandhavelimitedrervcs．Whentheyareburned，agreatdealofcarbondioxidewillrelease．Theconsequencesofitareglobaltemperaturehoistandentironmeatdeteriorating.Asakindofnewtypeofenergysources，solarenergyhastheadvantagesofunlimitedreserves，existingeverywhere，usecleanandeconomical.Butitalsohasdisadvantages，suchaslowdensity，intermission,changeofspacedistributingandsoon．Thesedisadvantagesinducethatsolarenergyequipment，likesolarenergywaterheaterandsolarbattery，hasthelowusingperecntofsolarenergy.Ithasbeenshowedthat，theenergyinceptionenhanceby37.7％，ifsolarequipmenttrackthemovementofthesun．

BiaxialKeywords:

目录

摘要I

ABSTRACTII

目录III

第一章引言1

1.1能源与环保1

1.2太阳能的特点1

1.3太阳能利用的现状与发展趋势2

1.3.1太阳能利用现状2

1.3.2太阳能发展趋势2

1.4太阳能跟踪技术的现状3

第二章系统实现方案4

2.1跟踪系统的设计要求4

2.2系统实现的原理4

2.2.1太阳位置的确定4

2.2.2跟踪方式的确定5

第三章控制部分的设计6

3.1控制器的选择6

3.1.1数字信号处理DSP芯片6

3.1.2TMS320F2812的介绍6

3.1.3步进电机驱动器8

3.1.4控制信号放大器8

3.1.5系统链接图8

3.2传感器电路的设计9

3.2.1光敏传感器的选择9

3.2.2光敏传感器的模型设计9

3.2.3光敏传感器的电路设计11

3.3步进电机驱动电路的设计12

3.4显示电路的设计12

3.4.1LCD的介绍12

3.4.2LCD1602接口电路13

3.5按键电路的设计14

3.6电源电路的设计14

第四章机械结构的设计16

4.1云台机械设计要求16

4.2云台结构简介16

4.3云台电机选样17

第五章软件的设计18

5.1系统初始化模块18

5.2光电跟踪控制模块18

5.3手动复位模块19

第六章结束语20

致谢21

参考文献22

第一章引言

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2020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，使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，限制各国二氧化碳等温室气体的排放量。

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。

1.2太阳能的特点

太阳是一个巨大的能源，万物生长都要依靠太阳，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。

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，因此利用太阳能的潜力是十分大的。

而相对于日益枯竭的化石能源来说，太阳能似乎是未来社会能源的希望所在。

太阳辐射能与煤炭，石油，核能相比较。

有如下的优点:

1.储量的无限性

太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用能量巨大。

太阳放射的总辐射能量大约是3.75X1021kW，极其巨大的。

其中到达地球的能量高达1.73X1011kW,穿过大气层到达地球表面的太阳辐射能大约为8.1X1013kW。

在到达地球表面的太阳辐射能中，到达地球陆地表面的辐射能大约为1.7X1013kW，相当于目前全世界一年内消耗的各种能源所产生的总能量的三万五千多倍。

太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球能源的时间可以是无限的。

相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。

这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源缺乏、枯竭的最有效途径。

2.存在的普遍性

虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。

这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。

3.利用的清洁性

太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。

4.利用的经济性

可以从两个方面看太阳能利用的经济性。

一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”，可以随地取用;二是在目前的技术发展水平下，有些太阳能利用己具经济性。

随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破，太阳能利用的经济性将会更明显。

1.3太阳能利用的现状与发展趋势

1.3.1太阳能利用现状

1.太阳能热水器

太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。

太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器，目前真空管式太阳能热水器为主，占据国内95%的市场份额。

真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠集热管。

集热管利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。

2.太阳能建筑一体化

我国太阳能建筑技术经近20年的努力，获得了可喜的发展。

到2004年底，太阳能热水器年生产能力达到1350万㎡，利用量达到6500万㎡，占全球安装量的60%，居世界首位，并出口世界30多个国家和地区。

太阳能光伏发电约达6.5万千瓦，解决了700多个乡镇，约300万偏远人口基本用电问题。

如西藏已建成近400个县级和乡级太阳能光伏电站，总装机容量达近8000千瓦，成为我国集中型光伏电站最多的省区。

近年来，在科研开发、住宅小区大面积推广应用、太阳能建材化、太阳能与建筑一体化设计等方面都取得了骄人的成绩。

北京清上园为北京第一个全部使用太阳能热水器的板式小高层建筑住宅小区，全小区共519户，每户阳台护栏外都安装了由山东澳华电器有限公司生产的“澳华"维丽亚”牌阳台壁挂式太阳能热水器；阳台内分户墙壁上安装着与电热水器一模一样的分体式水箱，管道经地下直通卫生间，业主只需轻轻扳动把手，70℃左右的热水便顺畅流淌，即可轻松洗浴。

此系统还配有电辅助设施，无论在春夏秋冬，还是雨雪天气都可正常使用，实现了自动控制，恒温出水，达到了安全、舒适、节能的目的。

据初步估算，通过利用太阳能采暖器，每平方米每年可节省近600度电。

1.3.2太阳能发展趋势

1.太阳能交通工具

完全用太阳能为驱动力代替传统燃油，是几代汽车工作者的梦想。

1982年澳大利亚人汉斯和帕金用玻璃纤维和铝制成了一部“静静的完成者”太阳能汽车。

车顶部装有能吸收太阳能的装置，给两个电池充电，电池再给发动机提供电力。

12月19曰，两人驾驶着这辆车，从澳大利亚西海岸的珀思出发，横穿澳大利亚大陆，于1983年1月7曰到达东海岸的悉尼，实现了一次伟大的创举。

这种太阳能汽车与传统的汽车不论在外观还是运行原理上都有很大的不同，太阳能汽车是由电池板、储电器和电机组成．利用贴在车体外表的太阳电池板，将太阳能直接转换成电能，再通过电能的消耗，驱动车辆行驶，车的行驶快慢只要控制输入电机的电流就可以解决。

2.空间太阳能电站

这个太阳能空间站的项目，是由日本政府和能源研究员一起构想出来的。

他们设想在地球22360英里（3万6千千米）的上空的对地静止轨道上建立一个太阳能空间站。

这个空间站每天可以产生10亿瓦特的电能，并将电能传输给地球上的能源接受站，这样就可以供给30万家庭的日常用电

1.4太阳能跟踪技术的现状

现阶段国内外已经有的跟踪装置的跟踪方式可分为单轴跟踪和双轴跟踪两种。

1.单轴跟踪

倾斜布置东西跟踪；焦线南北水平布置，东西跟踪；焦线东西水平布置，南北跟踪。

这三种方式都是单轴转动的南北向或东西向跟踪，工作原理基本相似。

跟踪系统的转轴（或焦线）东西向布置，根据事先计算的太阳方位的变化，太阳能设备的能量转换部分绕转轴作俯仰转动跟踪太阳。

采用这种跟踪方式，一天之中只有正午时刻太阳光与柱形抛物面的母线相垂直，此时太阳能接收