太陽能跟蹤系統(tǒng)追日裝置科技作品申報(bào)書

1、序號： 編碼： 第八屆“挑戰(zhàn)杯中國聯(lián)通”安徽省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽作品申報(bào)書 作品名稱： 太陽能跟蹤系統(tǒng)追日裝置 學(xué)校全稱： 池州學(xué)院 申報(bào)者姓名 （集體名稱）： 葉磊 陳文韜 方丹 查春麗 周文中 楊慧 類別：自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文 哲學(xué)社會(huì)科學(xué)類社會(huì)調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文 科技發(fā)明制作a類 科技發(fā)明制作b類說 明1申報(bào)者應(yīng)在認(rèn)真閱讀此說明各項(xiàng)內(nèi)容后按要求詳細(xì)填寫。2申報(bào)者在填寫申報(bào)作品情況時(shí)只需根據(jù)個(gè)人項(xiàng)目或集體項(xiàng)目填寫a1或a2表，根據(jù)作品類別（自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文、哲學(xué)社會(huì)科學(xué)類社會(huì)調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文、科技發(fā)明制作）分別填寫b1、b2或b3表。所有申報(bào)者可根據(jù)情況填寫c表。3表內(nèi)項(xiàng)目填寫時(shí)

2、一律用鋼筆或打印，字跡要端正、清楚，此申報(bào)書可復(fù)制。4序號、編碼由第八屆“挑戰(zhàn)杯中國聯(lián)通”安徽省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽組委會(huì)填寫。5學(xué)術(shù)論文、社會(huì)調(diào)查報(bào)告及所附的有關(guān)材料必須是中文（若是外文，請附中文本），請以4號楷體打印在a4紙上，附于申報(bào)書后，字?jǐn)?shù)在8000字左右（文章版面尺寸14.522cm）。6參賽作品各一式四份分別按競賽組委會(huì)規(guī)定的時(shí)間用特快專遞寄至競賽組委會(huì)辦公室。7作品申報(bào)書須按要求由各校競賽組織協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)統(tǒng)一寄送。8其他參賽事宜請向本校競賽組織協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)咨詢。9寄送地址：合肥市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)九龍路111號安徽大學(xué)校團(tuán)委，第八屆“挑戰(zhàn)杯中國聯(lián)通”安徽省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽組委會(huì)

3、辦公室。聯(lián) 系 人：黃 煒聯(lián)系電話 真子郵箱：郵政編碼：230601a1.申報(bào)者情況（個(gè)人項(xiàng)目）說明：1必須由申報(bào)者本人按要求填寫，申報(bào)者情況欄內(nèi)必須填寫 個(gè)人作品的第一作者（承擔(dān)申報(bào)作品60%以上的工作者）； 2本表中的學(xué)籍管理部門簽章視為對申報(bào)者情況的確認(rèn)。姓 名性別出生年月申報(bào)者情況學(xué)校全稱專 業(yè)現(xiàn)學(xué)歷年級學(xué)制 年入學(xué)時(shí)間作品全稱畢業(yè)論文題目通訊地址郵政編碼單位電話常住地通訊地址郵政編碼住宅電話合作者情況姓 名性別年齡學(xué)歷所在單位資 格 認(rèn)定學(xué)校學(xué)籍管理部門意見 是否為2015年6月1日前正式

4、注冊在校的全日制非成人教育、非在職的各類高等院校中國學(xué)生（含?？粕⒈究粕脱芯可?。是 否若是，其學(xué)號為： （部門蓋章） 年 月 日院系負(fù)責(zé)人或?qū)熞庖?本作品是否為課外學(xué)術(shù)科技或社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)成果 是 否 負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日a2.申報(bào)者情況（集體項(xiàng)目）說明：1必須由申報(bào)者本人按要求填寫；2申報(bào)者代表必須是作者中學(xué)歷最高者，其余作者按學(xué)歷高低排列；3本表中的學(xué)籍管理部門簽章視為申報(bào)者情況的確認(rèn)。申報(bào)者代表情況姓名葉磊性別男出生年月1995-4-5學(xué)校池州學(xué)院系別、專業(yè)、年級機(jī)械與電子工程系13級光電信息科學(xué)與工程學(xué)歷本科學(xué)制入學(xué)時(shí)間作品名稱太陽能跟蹤系統(tǒng)追日裝置畢業(yè)論文題目無通訊地址安徽

5、省廣德縣柏墊鎮(zhèn)郵政編碼242214辦公電話常住地通訊地址池州學(xué)院郵政編碼247100住宅電他作者情況姓 名性別年齡學(xué)歷所在單位陳文韜男21本科機(jī)械與電子工程系13電子科技方丹女20本科機(jī)械與電子工程系13電子科技查春麗女21本科機(jī)械與電子工程系13電子科技楊慧男19本科機(jī)械與電子工程系13電氣工程周文中男21本科機(jī)械與電子工程系13電氣工程資格認(rèn)定學(xué)校學(xué)籍管理部門意見以上作者是否為2015年6月1日前正式注冊在校的全日制非成人教育、非在職的高等學(xué)校中國籍?？粕?、本科生、碩士研究生或博士研究生。是 否 （部門簽章）年 月 日院、系負(fù)責(zé)人或?qū)熞庖姳咀髌肥欠駷檎n外學(xué)術(shù)科技

6、或社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)成果是 否負(fù)責(zé)人簽名：年 月 日b1申報(bào)作品情況（自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文）說明：1必須由申報(bào)者本人填寫；2本部分中的科研管理部門簽章視為對申報(bào)者所填內(nèi)容的確認(rèn)；3作品分類請按作品的學(xué)術(shù)方向或所涉及的主要學(xué)科領(lǐng)域填寫；4碩士研究生、博士研究生作品不在此列。作品全稱作品分類（ ）a機(jī)械與控制（包括機(jī)械、儀器儀表、自動(dòng)化控 制、工程、交通、建筑等） b信息技術(shù)（包括計(jì)算機(jī)、電信、通訊、電子等） c數(shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等） d生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健 康、衛(wèi)生、食品等） e能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化 工、生態(tài)、環(huán)保等）作品撰寫的目的和基本思路作品

7、的科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處作品的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義學(xué)術(shù)論文文摘作品在何時(shí)、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的會(huì)議上或報(bào)刊上發(fā)表及所獲獎(jiǎng)勵(lì)鑒定結(jié)果請?zhí)峁τ诶斫狻彶?、評價(jià)所申報(bào)作品具有參考價(jià)值的現(xiàn)有技術(shù)及技術(shù)文獻(xiàn)的檢索目錄申報(bào)材料清單（申報(bào)論文一篇，相關(guān)資料名稱及數(shù)量）科研管理部門簽章 年 月 日b2申報(bào)作品情況（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)類社會(huì)調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文）說明：1必須由申報(bào)者本人填寫；2本部分中的管理部門簽章視為對申報(bào)者所填內(nèi)容的確認(rèn)。作品全稱作品所屬領(lǐng) 域 （ ）a哲學(xué) b經(jīng)濟(jì) c社會(huì) d法律 e教育 f管理作品撰寫的目的和基本思路作品的科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處作品的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義作品摘要作品

8、在何時(shí)、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的會(huì)議或報(bào)刊上發(fā)表登載、所獲獎(jiǎng)勵(lì)及評定結(jié)果 請?zhí)峁τ诶斫?、審查、評價(jià)所申報(bào)作品，具有參考價(jià)值的現(xiàn)有對比數(shù)據(jù)及作品中資料來源的檢索目錄調(diào)查方式走訪 問卷 現(xiàn)場采訪 人員介紹個(gè)別交談 親臨實(shí)踐 會(huì)議圖片、照片 書報(bào)刊物 統(tǒng)計(jì)報(bào)表 影視資料 文件 集體組織 自發(fā)其它主要調(diào)查單位及調(diào)查數(shù)量 省（市） 縣（區(qū)） 鄉(xiāng)（鎮(zhèn)） 村（街） 單位 郵編 姓名 電話 調(diào)查單位 個(gè) 人次管理部門簽章（簽章） 年 月 日b3申報(bào)作品情況（科技發(fā)明制作）說明：1必須由申報(bào)者本人填寫；2本部分中的科研管理部門簽章視為對申報(bào)者所填內(nèi)容的確認(rèn)； 3本表必須附有研究報(bào)告，并提供圖表、曲線、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、

9、原理結(jié)構(gòu)圖、外觀圖（照片）,也可附鑒定證書和應(yīng)用證書； 4作品分類請按照作品發(fā)明點(diǎn)或創(chuàng)新點(diǎn)所在類別填報(bào)。作品全稱作品分類（ a ）a機(jī)械與控制（包括機(jī)械、儀器儀表、自動(dòng)化控 制、工程、交通、建筑等） b信息技術(shù)（包括計(jì)算機(jī)、電信、通訊、電子等） c數(shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等） d生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健 康、衛(wèi)生、食品等） e能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化 工、生態(tài)、環(huán)保等）作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路，創(chuàng)新點(diǎn)，技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)隨著全球資源逐漸匱乏與能源需求不斷增長之間的矛盾日益凸顯，太陽能作為綠色清潔能源受到越來越多的關(guān)注和研究，開發(fā)太陽能資源，

10、尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力是整個(gè)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一。目前的太陽能利用方式主要有以下4種：光熱利用、太陽能發(fā)電、光化利用及光生物利用。我國較成熟的太陽能產(chǎn)品主要集中在太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)兩個(gè)方面，經(jīng)過多年的發(fā)展，這兩項(xiàng)產(chǎn)業(yè)已形成較為完整的產(chǎn)業(yè)化體系。然而，在目前大多數(shù)的太陽能項(xiàng)目中，仍未最大限度地利用太陽能，未能隨著太陽高度角及方位角的變化，及時(shí)變換太陽能電池板或太陽能集熱器的旋轉(zhuǎn)角度，一天中有相當(dāng)一部分時(shí)間未能有效利用太陽能。若能隨著太陽位置的變化不斷調(diào)整太陽能電池板或集熱器的角度，即對太陽進(jìn)行跟蹤，則可以很大程度上提高太陽能的利用率。作品的科學(xué)性先進(jìn)性（必須說明與現(xiàn)有技術(shù)相

11、比、該作品是否具有突出的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。請?zhí)峁┘夹g(shù)性分析說明和參考文獻(xiàn)資料）本作品是由stc51單片機(jī)、太陽能電池、舵機(jī)等組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要組成模塊有主控模塊、光能檢測模塊和控制模塊。在日照環(huán)境下，通過光能檢測模塊比較各方位日照強(qiáng)度，控制平臺轉(zhuǎn)動(dòng)，使光能檢測模塊正對光源，實(shí)現(xiàn)追日功能。本裝置具有高效、簡易的特點(diǎn)，能應(yīng)用于太陽能領(lǐng)域，以提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率。參考文獻(xiàn):1 李群芳，張士軍，黃建單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)（第2版） 北京：電子工業(yè)出版社，20052 康華光，鄒壽彬電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分（第四版）北京：高等教育出版社，1999 3 sti單片機(jī)實(shí)踐教程武漢，20064 趙文

12、博, 劉文濤單片機(jī)語言c51程序設(shè)計(jì)北京：人民郵電出版社, 2005 作品在何時(shí)、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的評審、鑒定、評比、展示等活動(dòng)中獲獎(jiǎng)及鑒定結(jié)果作品所處階 段（ a ）a實(shí)驗(yàn)室階段 b中試階段 c生產(chǎn)階段d （自填）技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式作品可展示的形 式 實(shí)物、產(chǎn)品 模型 圖紙 磁盤 現(xiàn)場演示 圖片 錄像 樣品使用說明及該作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢，提供該作品的適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性說明及市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測太陽能追日系統(tǒng)主要為單片機(jī)接入電源，通過太陽能電池傳來的電壓信號經(jīng)過比較計(jì)算之后對舵機(jī)及步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，使感光面板保持在光照最強(qiáng)的位置。推廣前景：近年來，太陽能利用已經(jīng)越來越頻繁，但大多數(shù)太陽

13、能裝置都是固定的，無法最大化利用太陽能，所以說該裝置的推廣前景較高。市場分析：太陽能產(chǎn)品利用越來越廣泛，其功能也基本定性，消費(fèi)者多會(huì)選擇利用率較高的設(shè)備，本裝置采用太陽能電池取樣，單片機(jī)控制，成本低廉，有著良好的經(jīng)濟(jì)效益以及市場份額，符合市場的需求。專利申報(bào)情況提出專利申報(bào) 申報(bào)號 申報(bào)日期 年 月 日已獲專利權(quán)批準(zhǔn) 批準(zhǔn)號 批準(zhǔn)日期 年 月 日 未提出專利申請科研管理部門簽 章 年 月 日c.當(dāng)前國內(nèi)外同類課題研究水平概述 說明：1.申報(bào)者可根據(jù)作品類別和情況填寫； 2.填寫此欄有助于評審。現(xiàn)在對太陽能追日系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式主要分為一下幾個(gè)： 時(shí)鐘式太陽跟蹤裝置。此裝置是一種被動(dòng)式裝置，有單軸和

14、雙軸兩種類型，系統(tǒng)根據(jù)時(shí)間將方位角和仰俯角分為幾等份，在固定時(shí)間段內(nèi)通過控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)按固定的角度旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而跟蹤太陽。 最大功率跟蹤裝置。本方法以動(dòng)態(tài)平衡追蹤太陽能系統(tǒng)的最大功率。本方法特征是太陽能板與直流直流升降壓轉(zhuǎn)換器間聯(lián)接一個(gè)瞬間功率型超級電容，作為能量的動(dòng)態(tài)平衡器，將太陽能板產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換成電容器形態(tài)的電能進(jìn)行最大功率演算，可大幅度簡化演算程序，提升追蹤演算的實(shí)時(shí)性與可靠度，提高太陽能系統(tǒng)效率。 光電式跟蹤裝置。此類裝置使用光敏傳感器如硅光電管，硅光電管要靠近遮光板安裝，調(diào)整遮光板的位置使遮光板對準(zhǔn)太陽，硅光電池處于陰影區(qū)；當(dāng)太陽西移時(shí)，遮光板的陰影偏移，硅光電管受到陽光直射輸出一定值

15、的微電流，該微電流作為偏差信號，經(jīng)放大電路放大，由伺服機(jī)構(gòu)調(diào)整角度，使跟蹤裝置對準(zhǔn)太陽完成跟蹤。太陽能追日系統(tǒng)主要可用于我們的日常生活和 科學(xué)研究方面，如：a) 日常生活：太陽能熱水器，太陽能發(fā)電b) 科學(xué)研究：光化反應(yīng)，光生物利用d.推薦者情況及對作品的說明說明：1由推薦者本人填寫； 2推薦者必須具有高級專業(yè)技術(shù)職稱，并是與申報(bào)作品 相同或相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者或?qū)I(yè)技術(shù)人員（教研組 集體推薦亦可）； 3推薦者填寫此部分，即視為同意推薦； 4推薦者所在單位簽章僅被視為對推薦者身份的確認(rèn)。推薦者情況姓 名性別年齡職稱工作單位通訊地址郵政編碼單位電話住宅電話推薦者所在單位簽章 （簽章） 年 月 日請

16、對申報(bào)者申報(bào)情況的真實(shí)性作出闡述請對作品的意義、技術(shù)水平、適用范圍及推廣前景作出您的評價(jià)其它說明推薦者情況姓 名性別年齡職稱工作單位通訊地址郵編單位電話住宅電話推薦者所在單位簽章 簽章日期 年 月 日請對申報(bào)者申報(bào)情況的真實(shí)性作出闡述請對作品的意義、技術(shù)水平、適用范圍及推廣前景作出您的評價(jià)其它說明學(xué)校組織協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)確認(rèn)并蓋章 （團(tuán)委代章） 年 月 日 校主管領(lǐng)導(dǎo)或校主管部門確認(rèn)蓋章我單位經(jīng)自查，承諾該作品符合挑戰(zhàn)杯申報(bào)作品的要求，接受競賽組委會(huì)抽查。（簽章）年 月 日e組織委員會(huì)秘書處資格和形式審查意見組委會(huì)秘書處資格審查意見 審查人（簽名） 年 月 日組委會(huì)秘書處形式審查意見 審查人（簽名）

17、年 月 日組委會(huì)秘書處審查結(jié)果合格 不合格 負(fù)責(zé)人（簽名） 年 月 日f參賽作品打印處“太陽能跟蹤系統(tǒng)追日裝置”的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)葉磊 陳文韜 楊慧 周文中 方丹 查春麗（池州學(xué)院機(jī)械與電子工程系，池州 247100）中文摘要：本追日裝置是由stc51單片機(jī)、太陽能電池、舵機(jī)等組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要組成模塊有主控模塊、光能檢測模塊和控制模塊。在日照環(huán)境下，通過光能檢測模塊比較各方位日照強(qiáng)度，控制平臺轉(zhuǎn)動(dòng)，使光能檢測模塊正對光源，實(shí)現(xiàn)追日功能。本裝置具有高效、簡易的特點(diǎn)，能應(yīng)用于太陽能領(lǐng)域，以提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，太陽能，追日系統(tǒng)the design and implementatio

18、n of“solar tracking system”ye lei chen wentao yang huizhou wenzhong fang dan zha chunli(chizhou university of mechanical and electronic engineering, chizhou 247100)abstract：this eclipse device is composed of stc51 microcontroller, solar cells, such as steering gear closed loop control system, main c

19、omposition module has main control module, light detection module and control module.under the sunshine environment, through the light detection module is the sunlight intensity, turn control platform, make the light detection module is the light source, achieve the function after day.this device ha

20、s the characteristics of high efficiency, simple and easy, can be applied in the field of solar energy, in order to improve the conversion efficiency of solar energy.key words： microcontroller unit,the solar energy，tracking system of sunshine目錄一、總體方案設(shè)計(jì)與論證 11、方案的設(shè)計(jì)與選擇 12、模塊論證 421 光能采集模塊422 光能采集結(jié)構(gòu)模塊42

21、3 轉(zhuǎn)動(dòng)平臺結(jié)構(gòu)模塊5二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 71 單片機(jī)最小系統(tǒng)72 電源模塊93 光能采集模塊104 雙機(jī)控制模塊11三、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)13四、指標(biāo)測試與結(jié)果分析151 主要技術(shù)指標(biāo)測試151.1 測試儀器 151.2 測試方法162 能源利用的可行性17參考文獻(xiàn)（references): 17總結(jié)18附錄: 19圖1、太陽能發(fā)電一、總體方案設(shè)計(jì)與論證1、方案的設(shè)計(jì)與選擇方案一：設(shè)計(jì)一個(gè)二維電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，通過單片機(jī)來控制兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對任意方向的跟蹤。單片機(jī)通過記憶或者計(jì)算任何時(shí)刻的太陽的位置，然后控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)對準(zhǔn)太陽直射方向。單片機(jī)利用時(shí)鐘提供的日期和時(shí)間，計(jì)算出太陽的預(yù)期位置，與編碼器

22、提供的當(dāng)前位置比較，輸出控制信號。驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)單片機(jī)提供的信號轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通過編碼器將運(yùn)行速度或位置增量反饋到單片機(jī)，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于當(dāng)前位置是由增量式計(jì)算得到的，若當(dāng)前位置的計(jì)算出現(xiàn)偏差，則不能夠由反饋得到校正，從而形成累積位置偏差。為此，必須通過傳感器監(jiān)視聚光鏡的位置是否與太陽偏離，當(dāng)偏離時(shí)啟動(dòng)一個(gè)校正程序，達(dá)到消除當(dāng)前位置誤差的作用。此外還需要判斷天空直射輻射的強(qiáng)度，在直射輻射較弱時(shí)不啟動(dòng)校正程序，從而避免多云天氣的盲目跟蹤。在中科院的一篇論文中我們看到此種方法。通過查閱資料，發(fā)現(xiàn)該方案原理比較復(fù)雜。另外，對太陽方位的計(jì)算超出我們知識范疇。若采用這種方法，短時(shí)間內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)。方案二：設(shè)

23、計(jì)一個(gè)感光面板，將面板固定在轉(zhuǎn)動(dòng)平臺上，將光敏器件部署在面板的不同位置，通過各位置反饋的光強(qiáng)信號差異，獲得當(dāng)前陽光的方位信息。同時(shí)，使用單片機(jī)對光強(qiáng)信號進(jìn)行采樣，采集結(jié)果通過一系列運(yùn)算后，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)控制信號，控制轉(zhuǎn)動(dòng)平臺，進(jìn)而保證感光面板正對太陽直射的方向。實(shí)現(xiàn)這個(gè)方案，主要解決兩方面問題，一是光敏器件的選擇，二是轉(zhuǎn)動(dòng)平臺的搭建。在光敏器件的選擇方面，我們嘗試了光敏電阻、光敏二極管和太陽能電池板，甚至考慮了用四象限探測儀。由于考慮到裝置的實(shí)用性和性價(jià)比，我們放棄了用四象限探測儀。通過設(shè)計(jì)了不同的光照實(shí)驗(yàn)，我們檢測不同光敏器件的感光效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在不同的光照下，太陽能電池板的導(dǎo)通電流與光照強(qiáng)

24、度呈線性關(guān)系。在太陽能電池板外加電阻，將電池板受照射后產(chǎn)生的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺阌诤罄m(xù)的信號采樣和信號處理。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)論證最終確定了太陽能電池采樣的方案，具體選型為3du33。在轉(zhuǎn)動(dòng)平臺的搭建方面，我們考慮了自制轉(zhuǎn)動(dòng)平臺和云臺。在實(shí)驗(yàn)測試中，由于受工藝、結(jié)構(gòu)和控制接口等多因素的制約，我們放棄了云臺的方案，選擇了自制轉(zhuǎn)動(dòng)平臺的方案，采用舵機(jī)與步進(jìn)電機(jī)共同控制的方法。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示：光照光信號接收信號轉(zhuǎn)換單片機(jī)采樣比較轉(zhuǎn)動(dòng)平臺控制接收最強(qiáng)光照圖2、系統(tǒng)整體框圖圖3、太陽能發(fā)電站工作原理2、模塊論證21 光能采集模塊方案一：采用光敏電阻來接收陽光。光照越強(qiáng)的時(shí)候，光敏電阻的阻值會(huì)變小，把

25、光敏電阻連接在一個(gè)分壓電路上，采集電流信號，則在不同的光照強(qiáng)度的時(shí)候電流的強(qiáng)度會(huì)不一樣。將電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，然后用但單片機(jī)采樣分析。通過程序進(jìn)行判斷，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)動(dòng)平臺，使裝置接收到最大電流。方案二：采用太陽能電池接收陽光。根據(jù)光照強(qiáng)度的不同，其光伏打效應(yīng)也會(huì)有區(qū)別，產(chǎn)生不同的感應(yīng)電流，太陽能電池外接電阻，將變化的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，然后用但單片機(jī)采樣分析。通過程序進(jìn)行判斷，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)動(dòng)平臺，使裝置接收到最大電流。選擇：方案二。太陽能電池感應(yīng)電流強(qiáng)度大，反應(yīng)靈敏，電路簡單，可以根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的需要來篩選光電參數(shù)。光敏電阻的阻值對度光照的變化反應(yīng)不夠靈敏，不適合本項(xiàng)目的要求。2.2 光能采集

26、結(jié)構(gòu)模塊方案一：部分遮光法。使用一個(gè)太陽能電池，將太陽能電池固定在轉(zhuǎn)板上，在太陽能電池的感光頭上套一個(gè)遮光圓筒。只有當(dāng)遮光圓筒正對著太陽的時(shí)候才能使得太陽能電池達(dá)到最大電流，進(jìn)而輸出最大電壓。方案二:差值比較法。使用五個(gè)太陽能電池，將太陽能電池依次排列在感光面板上。當(dāng)陽光從不同的方向照射時(shí)，兩端的太陽能電池產(chǎn)生的電流會(huì)有區(qū)別，用單片機(jī)分別采集并比較由這兩組電流信號轉(zhuǎn)變而來的電壓信號，產(chǎn)生對應(yīng)輸出信號控制轉(zhuǎn)動(dòng)平臺。方案三：投影法。在轉(zhuǎn)板上安裝一根立柱，將立柱周圍放置一圈的太陽能電池板。當(dāng)陽光非直射時(shí)，立柱的投影會(huì)遮住某一個(gè)方向的光照，使得對應(yīng)的太陽能電池板所在的回路的電流值與其它的回路電路不同。

27、通過單片機(jī)對這些信號進(jìn)行采樣和分析，產(chǎn)生對應(yīng)輸出信號控制轉(zhuǎn)動(dòng)平臺。選擇：方案二。方案一中，若太陽能電池板與陽光直射角度偏差較大，則太陽能電池將接收不到任何光照。這樣就難以產(chǎn)生控制信號，控制轉(zhuǎn)動(dòng)平臺。方案三中，需要使用較多太陽能電池，增加了成本，而且太陽能電池方位需要采用坐標(biāo)的方式來定位，根據(jù)坐標(biāo)來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)比較有難度。方案二的控制比較方便，耗材較少。經(jīng)過試驗(yàn)效果比較理想。2.3 轉(zhuǎn)動(dòng)平臺結(jié)構(gòu)模塊方案一：如下圖所示，把裝有感光器件的感光板固定在可以繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的橫桿上，通過橫桿的垂直90擺動(dòng)，和水平360轉(zhuǎn)動(dòng)，來控制轉(zhuǎn)板的的朝向。豎直的軸由底座內(nèi)部的舵機(jī)帶動(dòng)齒輪控制，另外一個(gè)控制橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)

28、電機(jī)位于右邊的圓柱體內(nèi)。經(jīng)過論證，上面部分的重量比較大，底座的步進(jìn)電機(jī)不足以帶動(dòng)整個(gè)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)。圖4、轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案一圖5、轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案一實(shí)物方案二：將光敏器件固定在支架上，支架可以上下90抬起和下降，通過底座的水平360轉(zhuǎn)動(dòng)，可以使光敏器件對準(zhǔn)任何一個(gè)方向。該模型結(jié)構(gòu)比較好，調(diào)節(jié)起來也容易。圖6、轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案二選擇：方案一。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，方案二設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，制作和加工有一定難度；在運(yùn)動(dòng)控制上，方案二需要同時(shí)控制兩個(gè)步進(jìn)，運(yùn)動(dòng)的精確度較難保證。方案一使用舵機(jī)與步進(jìn)電機(jī)共同控制，更適合轉(zhuǎn)動(dòng)平臺實(shí)際需求。二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源模塊，光能采集模塊，以及繼電器控制模

29、塊組成。各模塊具體硬件設(shè)計(jì)如下：1 單片機(jī)最小系統(tǒng)本系統(tǒng)采用stc12c5a60s2單片機(jī)。該單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：增強(qiáng)型8051cpu，1t(1024g)，單時(shí)鐘/機(jī)器周期低功耗，可有外部中斷開啟空閑模式或掉電模式工作電壓5.53.5veeprom可擦除次數(shù)達(dá)10萬次以上1028字節(jié)ram3個(gè)時(shí)鐘輸出口工作范圍-4080通用i/o口可由程序設(shè)定4種工作方式外部中斷i/o口7路通用全雙工異步串行口其最小系統(tǒng)硬件電路圖如下：圖7、stc12c5a60s2最小系統(tǒng)圖圖8、stc12c5a60s2最小系統(tǒng)實(shí)物圖圖9、單片機(jī)管腳資源費(fèi)配圖2 電源模塊使用電源適配器，將市電轉(zhuǎn)變?yōu)?v的電源直流輸出，采用7

30、805和1117m3等電源轉(zhuǎn)換芯片，輸出5v和3.3v的電壓，為單片機(jī)、繼電器等提供穩(wěn)定的工作電壓。具體電路見下圖。圖10、lm7805和1117m3電源模塊電路圖圖11、lm7805和1117m3電源模塊實(shí)物圖3 光能采集模塊將五塊太陽能電池安裝感光面板上，得到感光電壓。通過檢測邊緣電壓，得到檢測信號，傳入單片機(jī)進(jìn)行分析，若兩側(cè)邊緣電壓誤差較大，則進(jìn)行調(diào)整，使之誤差減小，此時(shí)太陽光基本垂直照射在感光面板上。圖12、光能采集單元模塊硬件電路圖圖13、光能采集單元模塊硬件實(shí)物圖4 雙機(jī)控制模塊圖14、電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖圖15、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖圖16、舵機(jī)控制模塊實(shí)物圖采用stc12c5a60

31、s2單片機(jī)為控制核心，采用uln2803驅(qū)動(dòng)。底座方向控制選用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，p2.0引腳先通高電平，p2.1、p2.2、p2.3通低電平，同理步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，p2.3、p2.2、p2.1通低電平，p2.0通高電平。如果沒有失步存在，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)到目標(biāo)位置，即太陽光基本垂直照射在感光面板上時(shí)正好為低電平，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。通過改變設(shè)定的參數(shù)可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速 ,數(shù)字越小，轉(zhuǎn)速越大,力矩越小。太陽能上端方向控制選用舵機(jī)，單片機(jī)stc12c5a60s2的p0.0引腳輸入信號，采用a/d模塊將數(shù)/模轉(zhuǎn)換后的位置控制信號調(diào)制為與電機(jī)端電壓成比例的pwm脈寬信號，控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)。三、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合s

32、tc12c5160s2的數(shù)據(jù)手冊和本設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖如下所示。圖17、軟件設(shè)計(jì)流程圖說明：軟件部分使用定時(shí)器0、ad模塊和io控制模塊。定時(shí)器0產(chǎn)生定時(shí)中斷，在中斷處理程序中判斷太陽能電池板輸出電壓是否依次采樣完成，若是，則根據(jù)采樣電壓值更新轉(zhuǎn)動(dòng)控制標(biāo)志；否則，對其他輸出電壓采樣。主程序中依次對各模塊初始化，設(shè)置對應(yīng)中斷和開啟定時(shí)器，進(jìn)入死循環(huán)。死循環(huán)中，判斷太陽能電池板輸出電壓是否依次采樣完成，若是，則根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)控制標(biāo)志，輸出io口高低電平，控制雙機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；否則，延伸等待。四 指標(biāo)測試與結(jié)果分析1 主要技術(shù)指標(biāo)測試1.1 測試儀器測試使用的儀器設(shè)備如表1所示。表1 測試使用

33、儀器設(shè)備表序號名稱、型號、規(guī)格數(shù)量備注1直流穩(wěn)壓電源 df1731sl1ata1寧波中策電子有限公司2示波器 tds10021tektronix3萬用表 17b1fluck1.2 測試方法用uln2803驅(qū)動(dòng)電機(jī),測試當(dāng)給出不同的輸入電壓時(shí),控制模塊電機(jī)與舵機(jī)相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)頂端電壓小于0.5v到一定時(shí)間時(shí)，歸為，判斷天黑，電機(jī)停止工作。使用示波器觀察光能檢測模塊經(jīng)光照后電壓跳變值，測試結(jié)果如下。光源位置光源強(qiáng)度太陽能電池板輸出12345感光板右斜上約45度，10cm處常見手電筒中3v小燈泡發(fā)出的光0.61v0.59v0.58v0.56v 0.54v感光板正中心上10cm處常見手電筒中3v小燈泡發(fā)

34、出的光0.58v0.60v0.62v0.59v0.58v1.3 軟件調(diào)試過程中出現(xiàn)的一些問題在調(diào)試程序的過程中，最初由于單片機(jī)對電壓信號的比較是轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，例如當(dāng)ad_work(2)ad_work(3)時(shí)，單片機(jī)通過采樣分析，判定了應(yīng)該輸出電平的高低，并控制電機(jī)帶動(dòng)光能接收板轉(zhuǎn)動(dòng),直至出現(xiàn)ad_work(3)ad_work(2)時(shí),單片機(jī)又會(huì)控制電機(jī)朝相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，接著又出現(xiàn)ad_work(2)ad_work(3)，如此往復(fù)，使得電機(jī)不停得轉(zhuǎn)動(dòng)而得不到停止，后來經(jīng)過改進(jìn)，設(shè)定了兩個(gè)閾值（150和5），只有當(dāng)一個(gè)方向上的信號差值大于（或小于）這個(gè)閾值時(shí)，單片機(jī)才會(huì)輸出高電平信號。2 能源利用

35、的可行性本設(shè)計(jì)尚處在實(shí)驗(yàn)室階段，為了保證我們的作品有實(shí)際的推廣意義，我們做了相應(yīng)的計(jì)算工作，結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)可提高太陽能利用率的40%，而電機(jī)的運(yùn)作消耗的能源遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于增加利用的能源。所以我們認(rèn)為我們的作品具有推廣使用的實(shí)際意義，而且會(huì)很容易被大眾接受。參考文獻(xiàn)（references):1 李群芳，張士軍，黃建單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)（第2版） 北京：電子工業(yè)出版社，20052 康華光，鄒壽彬電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分（第四版）北京：高等教育出版社，1999 3 sti單片機(jī)實(shí)踐教程武漢，20064 趙文博, 劉文濤單片機(jī)語言c51程序設(shè)計(jì)北京：人民郵電出版社, 2005 總結(jié)這次作品制作從原理設(shè)計(jì)

36、到電路焊接，我們遇到了很多不同方面的困難。一些是由于所掌握的知識太少，設(shè)計(jì)出來的方案不合理所致，比如在采樣數(shù)據(jù)處理方面和電機(jī)控制數(shù)據(jù)處理方面，需要多次調(diào)試才能確定怎樣效果最佳。一些是由于考慮不周密所致，如硬件焊接要模塊化，原先我們沒有考慮到，以致后來電路出現(xiàn)問題之后無法修改。但在設(shè)計(jì)制作過程，我們都新學(xué)了許多知識，許多設(shè)計(jì)方法，用這些所學(xué)到的新知識，新方法，同時(shí)在系部老師指導(dǎo)下，在后期作品改進(jìn)和升級過程中，我們克服了遇到的困難，一定程度上達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)，我們也會(huì)使我們的作品更具有實(shí)用性和推廣性。近幾年來，太陽能作為可再生的新能源，越來越受到人們的重視，太陽能的應(yīng)用也越來越普遍，而追日太陽能一

37、改老式太陽能不能根據(jù)日照方向而活動(dòng)的缺點(diǎn)，大大的提高了能源的利用率，擁有著更廣闊的發(fā)展前景。特別是在一些地理位置、環(huán)境特殊的地區(qū)，還有一些運(yùn)動(dòng)的大型交通工具，例如輪船、火車上追日太陽能都能更好的應(yīng)用。當(dāng)然，為了減少能源的損耗，在大型太陽能工作站上，我們只需要一臺設(shè)備接收信號即可，其他設(shè)備可根據(jù)接收設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)而調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)方向。這也是我們作品以后的改進(jìn)方向。希望我們的作品可以更好地為我們的生活服務(wù)。附 錄1：舵機(jī)驅(qū)動(dòng)程序/*/-/功能：太陽能追日系統(tǒng)/cpu：stc12c5a60s2/晶振：11.0592m/串口：9600 用串口時(shí)et0 = 0即可/修改時(shí)間：2015年2月12日/修改范圍：增加夜

38、晚與白天識別檢測 增加舵機(jī)防抖（未檢測）消除步進(jìn)電機(jī)死機(jī)（未檢測）/*/*/#include /stc12c5a系列單片機(jī)#includestdio.h#includeintrins.h#includemath.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned int /宏定義#define ulint unsigned long int /宏定義#define coil_a1 a1=1;b1=0;c1=0;d1=0;/a相通電，其他相斷電#define coil_b1 a1=0;b1=1;c1=0;d1=0;/b相通電，其他相斷電#defin

39、e coil_c1 a1=0;b1=0;c1=1;d1=0;/c相通電，其他相斷電#define coil_d1 a1=0;b1=0;c1=0;d1=1;/d相通電，其他相斷電#define coil_ab1 a1=1;b1=1;c1=0;d1=0;/ab相通電，其他相斷電#define coil_bc1 a1=0;b1=1;c1=1;d1=0;/bc相通電，其他相斷電#define coil_cd1 a1=0;b1=0;c1=1;d1=1;/cd相通電，其他相斷電#define coil_da1 a1=1;b1=0;c1=0;d1=1;/d相通電，其他相斷電#define coil_off

40、a1=0;b1=0;c1=0;d1=0;/全部斷電/*/*void delay1(uint time);void timer_init();void timer0(unsigned long int us);void ad_init();void serial_init();void delay(unsigned int a);void delayms(unsigned char t);void delayus2x(unsigned char t);void dianji_r();void dianji_l();float ad_work(unsigned char channel); uns

41、igned int ad_get(unsigned char channel);/*/*uint pwm_valu=1000,pwm_valu_d;unsigned int s=512,speed;sbit dj=p00;/舵機(jī)連接端口 sbit a1=p20; /定義步進(jìn)電機(jī)連接端口sbit b1=p21;sbit c1=p22;sbit d1=p23;void main()int num;timer_init();/定時(shí)器初始化timer0(31);/通過一個(gè)定時(shí)值進(jìn)入定時(shí)循環(huán)ad_init(); /a/d轉(zhuǎn)換初始化/ serial_init(); /串口初始化while(1) if(ad

42、_work(4)*21)et0 = 1;/開定時(shí)器0中斷,pwm_valu_d=(ad_work(0)-ad_work(1)*200;/舵機(jī)增量if(pwm_valu_dad_work(3) s=(ad_work(2)-ad_work(3)*100; if (s150) s=150; /防止s突變if (sad_work(2) s=(ad_work(3)-ad_work(2)*100;if (s150) s=150;if (s5) s=0;dianji_l();if(ad_work(4)*21) /當(dāng)頂端電壓小于0.5v到一定時(shí)間時(shí)，歸位 ，判斷天黑num+;coil_off /關(guān)閉步進(jìn)電機(jī)if(num=1000)pwm_valu=1000;delay(1000);et0 = 0;/關(guān)閉定時(shí)器0中斷num=0;/if(abs(ad_work(3)-ad_work(2)0.8);/-void dianji_r() /步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)函數(shù) speed=80; coil_off while(s-) /正向 coil_a1 /遇到coil_a1 用a1=1;b1=0;c1=0;d1=0;代替 delayms(speed); /改變這個(gè)參數(shù)可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速 , /數(shù)字越小，轉(zhuǎn)速越大,力矩越小 coil_b1 delayms(speed); coil_c1 de