分布式信源编码理论及应用的研究.docx

1、分布式信源编码理论及应用的研究本科毕业设计基于单片机的太阳能跟踪充电系统设计摘 要随着社会经济的快速增长，传统的燃料能源正在不断减少，同时对环境的危害越来越严重。太阳能是一种可再生能源，并且具有清洁、丰富等独特优势，具有广阔的发展前景。但是，目前太阳能的利用率较低，制约了其发展。目前，大多数太阳能发电是采用固定式的跟踪系统，无法随着太阳的运行进行转变，所以电能转化效率较低。本设计以单片机为控制中心，采用太阳能双轴跟踪装置充电，可在两个自由度中上对太阳进行跟踪，有效的提高太阳能的利用率。本系统以单片机为控制核心，光电传感器将采集到的光线强弱信息传送到单片机，单片机经过分析处理后，驱动步进电机运转

2、，在两个自由度上对太阳能电池板的角度进行调整，达到太阳光双轴跟踪的效果，同时对充电进行控制。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 Design of Two-axe Solar Tracking and Charging System Based on MCUTan Xueqing(College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)Abstract: With th

3、e rapid growth of social economy, the traditional fuel sources is decreasing quickly, and the harm of environment is more and more serious at the same time. Solar energy is one of the renewable energy, and has the unique advantages such as clean, abundant, has a broad development prospects. But the

4、current solar utilization is low, restricting its development. Currently, most solar tracking system is fixed, unable to shift as the sun run, so the energy conversion efficiency is low. Microcontroller is the core of the whole system. The system can track the sun in the two degrees of freedom, whic

5、h can effectively improve the utilization of solar energy. This system adopts microcontroller as nucleus and photoelectric sensor transmit the collected light information to the microcontroller. After analyzing and processing, microcontroller drive two stepper motors running, so it can adjust the an

6、gle of solar panels on the two degrees of freedom. This system achieves the goal of two-axis tracking solar, and to control charging at the same time. By microcontroller to realize two-axis tracking solar systems can effectively improve the conversion efficiency of solar energy, and has a broad appl

7、ication prospect with the advantages of good real-time and low cost.Key words: Microcontroller Two-axes tracking Solar Charging目 录1 前言 11.1 课题的研究背景和意义 11.2 太阳能跟踪系统的国内外研究现状 21.3 本设计的主要研究内容 22 总体方案确定 32.1 方案简述 32.2 光电检测跟踪太阳原理 33 系统的硬件设计 43.1 ATmega16单片机最小系统电路 43.1.1 ATmega16 单片机的简介及引脚功能说明 43.1.2 ATmeg

8、a16单片机最小系统电路设计 53.1.3 ISP下载线路 73.2 光强度检测电路 73.2.1 光敏电阻介绍和工作原理 73.2.2 光强检测电路 83.3 A/D转换电路 93.4 时钟电路 93.4.1 DS1302时钟芯片介绍 93.4.2 时钟电路 103.5 电机驱动电路 103.5.1 步进电机的介绍 103.5.2 ULN2003芯片介绍 113.5.3 电机驱动电路设计 123.6 锂电池充电电路 133.6.1 太阳能充电管理专用充电芯片CN3063简介 133.6.2 锂电池充电电路设计 133.7 电源电路 143.7.1 LM7805芯片简介 143.7.2 电源电

9、路设计 154 系统软件设计 154.1 系统主程序设计及工作原理 154.2 太阳跟踪算法程序设计 164.3 A/D转换程序设计 174.3 DS1302时钟程序设计 185 软硬件调试 195.1 硬件调试 195.2 软件调试 195.3 设计中遇到的问题及其解决办法 206 系统测试方法及测试数据 207 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

10、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131800152900兆立方米，年开采量维持在2300兆立方米，将在5765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

11、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

12、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.

13、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

14、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

15、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。

16、（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，