太陽能跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝設(shè)計(jì)說明

1、 PAGE41 / NUMPAGES44信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 太陽能跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝 所在系（部）： 電子與電氣工程學(xué)院 專業(yè)與班級(jí)： 微電 104 班 完成日期：2012/12/2畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書專業(yè) 微電子技術(shù)（光伏技術(shù)與應(yīng)用） 班級(jí) 104班 王文明 實(shí)踐單位名稱：偉創(chuàng)晶光電設(shè)備 實(shí)踐崗位名稱： 技術(shù)員 崗位職責(zé):崗位能力要求:一、課題名稱:二、主要技術(shù)指標(biāo)（或基本要求）三、主要工作容：四、主要參考文獻(xiàn)：(1)、建庚，呂文華，曉雷等一種智能型全自動(dòng)太陽跟蹤裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)J太陽能學(xué)報(bào)，2003，24(03)：330-333(2)、余海太陽能利用綜述與提高其利用率的

2、途徑J能源研究與利用，2004，(03)：2-7(3)、順心，宋開峰，順成等。基于并聯(lián)球面機(jī)構(gòu)的太陽跟蹤裝置研究J工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，32(6)：44-47學(xué) 生 （簽名） 年 月 日指導(dǎo) 教師 （簽名） 年 月 日教研室主任 (簽名) 年 月 日系 主 任 (簽名) 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告設(shè)計(jì)（論文）題目太陽能跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝一、課題研究的目的與意義 目的：實(shí)現(xiàn)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝，提高太陽能的利用率。意義：太陽能是已知的最原始能源，干凈、可再生、豐富，而且分布廣泛，具有非常廣闊的前景，提高太陽能的利用率，能使太用能技術(shù)得到普與。二、課題研究的主要容 (1)、從硬件和軟件方面分

3、析和設(shè)計(jì)太陽能跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。(2)、太陽能跟蹤系統(tǒng)的安裝。三、主要研究（方法）論述： （1）、收集資料學(xué)習(xí)并了解自動(dòng)控制器的工作原理、各模塊要實(shí)現(xiàn)的功能和要求（2）、按照功能模塊進(jìn)行具體電路設(shè)計(jì)，確定元器件型號(hào)和參數(shù)，完成整個(gè)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝。四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排： 時(shí)間（迄止日期）工 作 容三、指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)老師簽名：年 月 日四、系部意見：系主任簽名： 年 月 日摘要人類正面臨者石油和煤炭等礦物質(zhì)燃料枯竭的嚴(yán)重威脅，太陽能作為一種新型能源具有無限、普遍存在、利用清潔、使用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。但是太陽能又存在著密度、間歇性、空間分布不斷變化的缺點(diǎn)，這就使目前的一系列太陽能設(shè)備對(duì)太陽能的利用

4、率不高。太線自動(dòng)跟蹤裝置解決了太陽能利用率不高的問題。本論文主要對(duì)太陽能跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了機(jī)械化設(shè)計(jì)和太自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)控制部分設(shè)計(jì)。在環(huán)保意識(shí)抬頭的今日，積極開發(fā)低污染與低危險(xiǎn)性能源乃為迫切的需要。而太陽能是一種免費(fèi)、無污染且又取之不盡、用之不竭，是一種可以利用來發(fā)電的一種相當(dāng)好的能源。而目前的太陽能發(fā)電效率普遍都不高，所以如何提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率是值得研究的。關(guān)鍵字 太陽能 光電池 跟蹤 傳感器 AbstractHumanity is facing a serious threart by oil and coal and other minerals fuel depletion , a

5、s a new type of solar energy has unlimited , widespread use of clean , economic and other advertages . But solar energy density , intermittent , and the spatial distribution of the shortcomings of the ever-changing , which makes the current series of solar energy equipment for solar energy utilizati

6、on is not high . The suns rays , automatic tracking device to solve the problem of solar energy utilization is not high . In this thesis , the solar tracking system mechanized design and sun tracking system control part of the design . Actively develop low-pullution and low=risk energy is an urgent

7、in todays environmental consciousness . Solar energy is free , non-polluting and because inexhaustible . inexhaustible . one can take advantage of a very good energy to generate electricity . The solar power generation efficiency is generally not high , so how to improve the power generation efficie

8、ncy of the solar power system is worth studying . Keywordsolar battery tracking sensor目錄TOC o h z uHYPERLINK l _Toc343276858摘要 PAGEREF _Toc343276858 h 1HYPERLINK l _Toc343276859目錄 PAGEREF _Toc343276859 h 2HYPERLINK l _Toc343276860第一章太陽能跟蹤系統(tǒng)綜述 PAGEREF _Toc343276860 h 4HYPERLINK l _Toc3432768611.1太陽能跟

9、蹤系統(tǒng)的工作狀態(tài) PAGEREF _Toc343276861 h 5HYPERLINK l _Toc3432768621.2太陽能跟蹤系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域 PAGEREF _Toc343276862 h 6HYPERLINK l _Toc3432768631.3太陽能跟蹤系統(tǒng)分類 PAGEREF _Toc343276863 h 6HYPERLINK l _Toc3432768641.4太陽能跟蹤系統(tǒng)的研究意義 PAGEREF _Toc343276864 h 7HYPERLINK l _Toc3432768651.6 提高太陽能的利用率 PAGEREF _Toc343276865 h 8HYPER

10、LINK l _Toc343276866第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc343276866 h 8HYPERLINK l _Toc3432768672.1 太陽運(yùn)行的規(guī)律 PAGEREF _Toc343276867 h 8HYPERLINK l _Toc3432768682.2 太陽能跟蹤控制方法的比較 PAGEREF _Toc343276868 h 9HYPERLINK l _Toc3432768692.2.1 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤 PAGEREF _Toc343276869 h 9HYPERLINK l _Toc3432768702.2.2 光電跟蹤 PAGEREF _Toc3

11、43276870 h 9HYPERLINK l _Toc3432768712.2.3 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合 PAGEREF _Toc343276871 h 9HYPERLINK l _Toc3432768722.3 本設(shè)計(jì)的跟蹤方案 PAGEREF _Toc343276872 h 10HYPERLINK l _Toc3432768732.4 本設(shè)計(jì)的研究容 PAGEREF _Toc343276873 h 11HYPERLINK l _Toc343276874第三章太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc343276874 h 12HYPERLINK l _Toc3

12、432768753.1 主程序設(shè)計(jì)模塊 PAGEREF _Toc343276875 h 13HYPERLINK l _Toc3432768763.1.1 主程序模塊實(shí)現(xiàn)的功能 PAGEREF _Toc343276876 h 13HYPERLINK l _Toc3432768773.1.2 程序設(shè)計(jì)思想或說明 PAGEREF _Toc343276877 h 13HYPERLINK l _Toc3432768783.1.3主程序模塊關(guān)鍵程序代碼 PAGEREF _Toc343276878 h 14HYPERLINK l _Toc3432768793.2. 光強(qiáng)檢測(cè)模塊 PAGEREF _Toc34

13、3276879 h 15HYPERLINK l _Toc3432768803.2.1 光敏電阻光強(qiáng)比較法 PAGEREF _Toc343276880 h 15HYPERLINK l _Toc3432768813.2.2 程序設(shè)計(jì)思想與說明 PAGEREF _Toc343276881 h 16HYPERLINK l _Toc3432768823.2.3 光強(qiáng)檢測(cè)模塊關(guān)鍵程序代碼 PAGEREF _Toc343276882 h 17HYPERLINK l _Toc3432768833.3太陽能板二維角度調(diào)整模塊 PAGEREF _Toc343276883 h 18HYPERLINK l _Toc3

14、432768843.3.1 電機(jī)水平轉(zhuǎn)動(dòng)控制部分 PAGEREF _Toc343276884 h 18HYPERLINK l _Toc3432768853.3.2 程序設(shè)計(jì)思想或說明 PAGEREF _Toc343276885 h 18HYPERLINK l _Toc3432768863.3.3 部分程序說明與電機(jī)水平轉(zhuǎn)動(dòng)控制部分流程圖 PAGEREF _Toc343276886 h 18HYPERLINK l _Toc3432768873.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 PAGEREF _Toc343276887 h 19HYPERLINK l _Toc3432768883.4.1電機(jī)類型選擇 PAGERE

15、F _Toc343276888 h 19HYPERLINK l _Toc3432768893.4.2步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)控制時(shí)序 PAGEREF _Toc343276889 h 20HYPERLINK l _Toc3432768903.4.3 部分驅(qū)動(dòng)程序說明 PAGEREF _Toc343276890 h 20HYPERLINK l _Toc343276891P1OUT=F_Rotationw; PAGEREF _Toc343276891 h 20HYPERLINK l _Toc3432768923.4.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分實(shí)現(xiàn)的功能 PAGEREF _Toc343276892 h 21HYPER

16、LINK l _Toc3432768933.4.5 程序設(shè)計(jì)思想與說明 PAGEREF _Toc343276893 h 21HYPERLINK l _Toc3432768943.4.6垂直電機(jī)控制部分關(guān)鍵代碼 PAGEREF _Toc343276894 h 22HYPERLINK l _Toc3432768953.5時(shí)鐘模塊 PAGEREF _Toc343276895 h 23HYPERLINK l _Toc3432768963.5.1 DS1302 時(shí)鐘模塊的功能 PAGEREF _Toc343276896 h 23HYPERLINK l _Toc3432768973.5.2 程序設(shè)計(jì)思想

17、PAGEREF _Toc343276897 h 23HYPERLINK l _Toc3432768983.5.1部分程序說明與流程圖 PAGEREF _Toc343276898 h 23HYPERLINK l _Toc343276899unsigned char Read_Ds1302 ( unsigned char address ) PAGEREF _Toc343276899 h 23HYPERLINK l _Toc3432769003.6.系統(tǒng)顯示模塊 PAGEREF _Toc343276900 h 25HYPERLINK l _Toc3432769013.6.1 LCD1602液晶顯示

18、器各種圖形的顯示原理 PAGEREF _Toc343276901 h 25HYPERLINK l _Toc3432769023.6.2 該模塊程序設(shè)計(jì)思想或說明 PAGEREF _Toc343276902 h 26HYPERLINK l _Toc3432769033.6.3部分程序的分析說明與模塊流程圖 PAGEREF _Toc343276903 h 26HYPERLINK l _Toc343276904void LcdWriteCommand(uchar cmd,uchar chk) PAGEREF _Toc343276904 h 26HYPERLINK l _Toc3432769053.7

19、 報(bào)警系統(tǒng)模塊 PAGEREF _Toc343276905 h 28HYPERLINK l _Toc3432769063.7.1該模塊程序?qū)崿F(xiàn)的功能 PAGEREF _Toc343276906 h 28HYPERLINK l _Toc3432769073.7.2程序設(shè)計(jì)思想與說明 PAGEREF _Toc343276907 h 29HYPERLINK l _Toc3432769083.7.3部分程序說明與流程圖 PAGEREF _Toc343276908 h 29HYPERLINK l _Toc343276909結(jié)論 PAGEREF _Toc343276909 h 30HYPERLINK l

20、_Toc343276910致 PAGEREF _Toc343276910 h 31HYPERLINK l _Toc343276911參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc343276911 h 32HYPERLINK l _Toc343276912附錄A 系統(tǒng)原理圖 PAGEREF _Toc343276912 h 33HYPERLINK l _Toc343276913附錄B 部分程序清單 PAGEREF _Toc343276913 h 34太陽能跟蹤系統(tǒng)綜述太陽能跟蹤系統(tǒng)是光熱和光伏發(fā)電過程中，最優(yōu)化太使用，達(dá)到提高光電轉(zhuǎn)換效率的機(jī)械與電控單元系統(tǒng)，包括：電機(jī)（直流、步進(jìn)、伺服、行星減速電機(jī)、推桿

21、電機(jī)等）、渦輪蝸桿、傳感器系統(tǒng)等等。 在太陽能光伏應(yīng)用方面：保持太陽能電池板隨時(shí)正對(duì)太陽，讓太的光線隨時(shí)垂直照射太陽能電池板的動(dòng)力裝置，采用太陽能跟蹤系統(tǒng)能顯著提高太陽能光伏組件的發(fā)電效率。 由于地球的自轉(zhuǎn)，相對(duì)于某一個(gè)固定地點(diǎn)的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太陽的光照角度時(shí)時(shí)刻刻都在變化，有效的保證太陽能電池板能夠時(shí)刻正對(duì)太陽，發(fā)電效率才會(huì)達(dá)到最佳狀態(tài)。目前世界上通用的太陽能跟蹤系統(tǒng)都需要根據(jù)安放點(diǎn)的經(jīng)緯度等信息計(jì)算一年中的每一天的不同時(shí)刻太陽所在的角度，將一年中每個(gè)時(shí)刻的太陽位置存儲(chǔ)到PLC、單片機(jī)或電腦軟件中，都要靠計(jì)算該固定地點(diǎn)每一時(shí)刻的太陽位置以實(shí)現(xiàn)跟蹤。采用的

22、是電腦數(shù)據(jù)理論，需要地球經(jīng)緯度地區(qū)的的數(shù)據(jù)和設(shè)定，一旦安裝，就不便移動(dòng)或裝拆，每次移動(dòng)完就必須重新計(jì)算參數(shù)、設(shè)定數(shù)據(jù)和調(diào)整各個(gè)參數(shù)；原理、電路、技術(shù)、設(shè)備都很復(fù)雜，非專業(yè)人士不能夠隨便操作。某太陽能光伏發(fā)電企業(yè)獨(dú)家研發(fā)出了具有世界領(lǐng)先水平、不用計(jì)算各地太陽位置數(shù)據(jù)、無軟件、不怕陰天、雷雨、多云等各種惡劣天氣、已經(jīng)預(yù)設(shè)系統(tǒng)設(shè)備保護(hù)程序、防塵效果好、抗風(fēng)能力強(qiáng)、簡單易用、成本低廉、可在移動(dòng)設(shè)備上隨時(shí)隨地準(zhǔn)確跟蹤太陽的智能太陽能跟蹤系統(tǒng)。該太陽能跟蹤系統(tǒng)在該公司第一代跟蹤儀的技術(shù)基礎(chǔ)上，綜合各地各種環(huán)境下的使用情況，對(duì)太陽能跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了全面的升級(jí)和改進(jìn)，使該太陽能跟蹤系統(tǒng)成為全天候、全功能、超節(jié)能

23、、智能型太陽能跟蹤系統(tǒng)。該太陽能跟蹤系統(tǒng)具有常態(tài)（好天氣情況）下的對(duì)日跟蹤狀態(tài)和惡劣氣候條件下的系統(tǒng)自我保護(hù)裝態(tài)以與從自我保護(hù)狀態(tài)自動(dòng)快速轉(zhuǎn)為常態(tài)對(duì)日跟蹤三種情形。增加了GPS定位系統(tǒng)，該太陽能跟蹤系統(tǒng)是國首家完全不用電腦軟件的太陽空間定位跟蹤儀，具有國際領(lǐng)先水平，能夠不受地域、天氣狀況和外部條件的限制，可以在-50至70環(huán)境溫度圍正常使用；跟蹤精度可以達(dá)到0.001，最大限度的提高太陽跟蹤精度，完美實(shí)現(xiàn)適時(shí)跟蹤，最大限度提高太能利用率。該太陽能跟蹤系統(tǒng)可以廣泛的使用于各類設(shè)備的需要使用太陽跟蹤的地方，該太陽能跟蹤系統(tǒng)價(jià)格實(shí)惠、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)合理、跟蹤準(zhǔn)確、方便易用。把加裝了太陽能跟蹤系統(tǒng)的太

24、陽能發(fā)電系統(tǒng)安裝在高速行駛的汽車、火車，以與通訊應(yīng)急車、特種軍用汽車、軍艦或輪船上，不論系統(tǒng)向何方行駛、如何調(diào)頭、拐彎，該太陽能跟蹤系統(tǒng)都能保證設(shè)備的要求跟蹤部位正對(duì)太陽！1.1太陽能跟蹤系統(tǒng)的工作狀態(tài)該太陽能跟蹤系統(tǒng)的工作狀態(tài)有四種： 1. 常態(tài)（好天氣情況）下的對(duì)日跟蹤狀態(tài)； 2. 間歇式跟蹤。如一天當(dāng)中有一段時(shí)間為多云或陰天或惡劣天氣時(shí)，該系統(tǒng)將甄別為不適宜跟蹤，整個(gè)系統(tǒng)便處于暫停狀態(tài)。待光線和跟蹤條件適宜時(shí)，系統(tǒng)會(huì)有一個(gè)快速跟蹤指令，使跟蹤儀大致對(duì)準(zhǔn)太陽。之后，程序會(huì)進(jìn)行另一組信號(hào)采集處理，完成精細(xì)跟蹤； 3. 自動(dòng)回位。日落后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，并自動(dòng)回歸到太陽升起的方位。第二

25、天再自動(dòng)進(jìn)入新一輪的運(yùn)轉(zhuǎn)。 4. 惡劣天氣狀態(tài)的保護(hù)：當(dāng)環(huán)境風(fēng)速或降水等因素不適宜系統(tǒng)工作時(shí)，跟蹤儀會(huì)自動(dòng)停止工作，并使整個(gè)大系統(tǒng)的受光面與地平面成平行狀態(tài)或垂直狀態(tài)，以避免系統(tǒng)遭到破壞。1.2太陽能跟蹤系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域該太陽能跟蹤系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域： （1）光伏領(lǐng)域的平板光伏發(fā)電和500倍以下的CPV系統(tǒng)； （2）光熱領(lǐng)域的拋物面跟蹤（如太陽灶、高溫太陽能采暖、太陽能熱化工等）； （3）太陽能槽式集熱； （4）太陽能塔式熱電等。1.3太陽能跟蹤系統(tǒng)分類光伏系統(tǒng)跟蹤方式的分類：光伏系統(tǒng)跟蹤方式分為固定式、單軸跟蹤和雙軸跟蹤。固定式聚光器通常采用線聚光方式，縱軸沿南北向放置。單軸跟蹤主要用在槽

26、式反射鏡面系統(tǒng)中，也可用在低倍聚光時(shí)的透鏡系統(tǒng)。在二級(jí)聚光器的輔助作用下，單軸聚光器也可以達(dá)到較高的聚光率。對(duì)于使用透鏡或盤式反射鏡，并且聚光率超過60倍的系統(tǒng)，需要使用雙軸跟蹤。目前所建的聚光光伏系統(tǒng)多數(shù)為雙軸跟蹤。主要單軸跟蹤的分類：水平軸跟蹤改變傾角垂直軸跟蹤改變方向角極軸跟蹤同時(shí)改變傾角和方向角1.4太陽能跟蹤系統(tǒng)的研究意義長期以來，世界能源主要依靠石油和煤炭等礦物燃料，而這些礦物作為一次性不可再生資源，儲(chǔ)量有限，而且燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的二氧化碳，造成地球氣溫升高，生態(tài)環(huán)境惡化。據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，人類正面臨礦物燃料枯竭的嚴(yán)重威脅。這種全球性的能源危機(jī)，迫使各國政府投入大量的人力和財(cái)力，研

27、究和開發(fā)新能源，如太陽能等。能源危機(jī)，環(huán)境保護(hù)成為當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)問題。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署資料，目前礦物燃料提供了世界商業(yè)能源的95%，且其使用在世界圍以每10年20%的速度增長。這些燃料的燃燒構(gòu)成改變氣候的溫室氣體的最大排放源，按照可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)模式，決不能單靠消耗礦物原料來維持日益增長的能源需求。因此越來越多的國家都在致力于對(duì)可再生能源的深度開發(fā)和廣泛利用。其中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的太陽能開發(fā)前景廣闊。日本經(jīng)濟(jì)企劃廳和三澤公司合作研究認(rèn)為，到2030年，世界電力生產(chǎn)的一半將依靠太陽能。 基于當(dāng)今世界能源問題和環(huán)境保護(hù)問題已成為全球的一個(gè)“人類面臨的最大威脅”的嚴(yán)重問題，本課題的目的是為了更充分

28、的利用太陽能、提高太陽能的利用率，而進(jìn)行太陽追蹤系統(tǒng)的開發(fā)研究，這對(duì)我們面臨的能源問題有重大的意義。同時(shí)太陽能又是一種無污染的清潔能源，加強(qiáng)太陽能的開發(fā)，對(duì)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境也有重大的意義。太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無任何污染。作為能源消耗大國，如何提高對(duì)太陽能利用率是解決能源危機(jī)的可行方法之一。設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)太陽實(shí)現(xiàn)全天候跟蹤系統(tǒng)，是提高太陽能利用率根本方法?？萍家匀藶楸荆菫槿祟惙?wù)的，本人設(shè)計(jì)的太陽能全天候跟蹤系統(tǒng)充分的體現(xiàn)了該特點(diǎn)，體現(xiàn)出人類與環(huán)境的和平相處，解決能源危機(jī)，造福于人類和社會(huì)，所以太陽能全天候跟蹤系統(tǒng)是值得研究和實(shí)際運(yùn)用的

29、。本課題的研究成功，對(duì)創(chuàng)建能源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會(huì)具有較大的意義，也有較好的市場發(fā)展前景。1.5 太陽追蹤系統(tǒng)的國外研究現(xiàn)狀在太陽能跟蹤方面，我國在1997年研制了單軸太陽跟蹤器，完成了東西方向的自動(dòng)跟蹤，而南北方向則通過手動(dòng)調(diào)節(jié)，接收器的接收效率提高了。1998年美國加州成功的研究了ATM兩軸跟蹤器，并在太陽能面板上裝有集中的透鏡，這樣可以使小塊的太陽能面板硅收集更多的能量，使效率進(jìn)一步提高。2002年2月美國亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機(jī)完成跟蹤，采用鋁型材框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，大大拓寬了跟蹤器的應(yīng)用領(lǐng)域。在國近年來有不少專家學(xué)者也相繼開展了這方面的研究，

30、1992年推出了太陽灶自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，1994年太陽能雜志介紹的單軸液壓自動(dòng)跟蹤器，完成了單向跟蹤。目前，太陽追蹤系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)追蹤太陽的方法很多，但是不外乎采用如下兩種方式：一種是光電追蹤方式，另一種是根據(jù)視日運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤；前者是閉環(huán)的隨機(jī)系統(tǒng)，后者是開環(huán)的程控系統(tǒng)。1.6 提高太陽能的利用率太陽能是一種低密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源，這就對(duì)太陽能的收集和利用提出了更高的要求。盡管相繼研究出一系列的太陽能裝置如太陽能熱水器、太陽能干燥器、太陽能電池等等，但太陽能的利用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，究其原因，主要是利用率不高。就目前的太陽能裝置而言，如何最大限度的提高太陽能的利用率，仍為國外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。解

31、決這一問題應(yīng)從兩個(gè)方面入手，一是提高太陽能裝置的能量轉(zhuǎn)換率，二是提高太陽能的接收效率，前者屬于能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，還有待研究，而后者利用現(xiàn)有的技術(shù)則可解決。太陽跟蹤系統(tǒng)為解決這一問題提供了可能。不管哪種太陽能利用設(shè)備，如果它的集熱裝置能始終保持與太垂直，并且收集更多方向上的太，那么，它就可以在有限的使用面積收集更多的太陽能。但是太陽每時(shí)每刻都是在運(yùn)動(dòng)著，集熱裝置若想收集更多方向上的太，那就必須要跟蹤太陽。大學(xué)建筑系的教授研究了太照角度與太陽能接收率的關(guān)系，理論分析表明:太陽的跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差37.7%，精確的跟蹤太陽可使接收器的接收效率大大提高，進(jìn)而提高了太陽能裝置的太陽能利用率，拓寬

32、了太陽能的利用領(lǐng)域。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1 太陽運(yùn)行的規(guī)律由于地球的自轉(zhuǎn)和地球繞太陽的公轉(zhuǎn)導(dǎo)致了太陽位置相對(duì)于地面靜止物體的運(yùn)動(dòng)。這種變化是周期性和可以預(yù)測(cè)的。地球極軸和黃道天球極軸存在的一個(gè)27度的夾角，引起了太陽赤緯角在一年中的變化。冬至?xí)r這個(gè)角為23度27 分，然后逐漸增大，到春分時(shí)變?yōu)?并繼續(xù)增大，夏至?xí)r赤緯角最大為23度27 分，并開始減小；到秋分時(shí)赤緯角又變?yōu)?，并繼續(xù)減小，直到冬至，另一個(gè)變化周期開始。2.2 太陽能跟蹤控制方法的比較目前國外采用的跟蹤太陽的方法有很多，但不外乎三種方式： (1) 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤；(2) 光電跟蹤；(3) 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合。下面

33、就這三種跟蹤方案做 一個(gè)簡要的介紹和比較。2.2.1 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤不論是采用極軸坐標(biāo)系統(tǒng)還是地平坐標(biāo)系統(tǒng)，太陽運(yùn)行的位置變化都是可以預(yù)測(cè)的，通過數(shù)學(xué)上對(duì)太陽軌跡的預(yù)測(cè)可完成對(duì)日跟蹤。太陽跟蹤裝置采用地平坐標(biāo)系較為直觀方便，操作性強(qiáng)，但也存在軌跡坐標(biāo)計(jì)算沒有具體公式可用的問題。而在赤道坐標(biāo)系中赤緯角和時(shí)角在日地相對(duì)運(yùn)動(dòng)中任何時(shí)刻的具體值卻嚴(yán)格已知，同時(shí)赤道坐標(biāo)系和地平坐標(biāo)系都與地球運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，于是通過天文三角形之間的關(guān)系式可以得到太陽和觀測(cè)者位置之間的關(guān)系。2.2.2 光電跟蹤 傳統(tǒng)的光電跟蹤是采用一級(jí)傳感器跟蹤方式，這種跟蹤系統(tǒng)，原則上由三大部件 組成:位置檢測(cè)器、控制組件、跟蹤頭。位置

34、檢測(cè)器主要由性能經(jīng)過挑選的光敏傳感器組成，如四象限光電池、光敏電阻等?？刂平M件主要接受從位置檢測(cè)器來的微弱信號(hào)，經(jīng)放大后送到跟蹤頭，跟蹤頭實(shí)為跟蹤裝置的執(zhí)行元件。2.2.3 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合 由上述討論可知，開環(huán)的程序跟蹤存在許多局限性，主要是在開始運(yùn)行前需要精確定位，出現(xiàn)誤差后不能自動(dòng)調(diào)整等。因此使用程序跟蹤方法時(shí)，需要定期的人為調(diào)整跟蹤裝置的方向。而傳感器跟蹤也存在響應(yīng)慢、精度差、穩(wěn)定性差、某些情況下出現(xiàn)錯(cuò)誤跟蹤等缺點(diǎn)。特別是多云天氣會(huì)試圖跟蹤云層邊緣的亮點(diǎn)，電機(jī)往復(fù)運(yùn)行，造成了能源的浪費(fèi)和部件的額外磨損。如果兩者結(jié)合，各取其長處，可以獲得較滿意的跟蹤結(jié)果。在視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟

35、蹤的基礎(chǔ)上加兩個(gè)高精度角度傳感器。當(dāng)跟蹤裝置開始運(yùn)行時(shí)，用兩片高精度角度傳感器初始定位，在運(yùn)行當(dāng)中，以程序控制為主，角度傳感器瞬時(shí)測(cè)量作反饋，對(duì)程序進(jìn)行累積誤差修正。這樣能在任何氣候條件下使聚光器得到穩(wěn)定而可靠的跟蹤控制。這種跟蹤方案跟蹤精度高，工作過程穩(wěn)定，應(yīng)用于目前許多大型太陽能發(fā)電裝置。但計(jì)算過程十分復(fù)雜，高精度角度傳感器成本也很高，對(duì)于需要降低成本的小型太陽能利用裝置來講，該種跟蹤方式并不十分適用。2.3 本設(shè)計(jì)的跟蹤方案光敏電阻光強(qiáng)比較法。該比較法中用的是光電轉(zhuǎn)換電路。光電轉(zhuǎn)換器接收太, 將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào), 接著此模擬電信號(hào)經(jīng)過放大器的放大再進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),單

36、片機(jī)根據(jù)采集來的信號(hào)進(jìn)行分析比較, 得出結(jié)果最終控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與轉(zhuǎn)向來達(dá)到太陽能電池面板始終垂直于入射光線, 從而達(dá)到最高效率的利用太陽能。本設(shè)計(jì)的光敏器件選為光敏電阻。利用光敏電阻在光照時(shí)阻值發(fā)生變化的原理, 將兩個(gè)完全一樣的光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向邊沿處的下方。如果太垂直照射太陽能電池板時(shí), 兩個(gè)光敏電阻接收到的光強(qiáng)度一樣, 所以它們的阻值一樣,此時(shí)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)太方向與電池板垂直方向有夾角時(shí), 接收光強(qiáng)多的光敏電阻阻值減少, 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng), 直至兩個(gè)光敏電阻上的光照強(qiáng)度一樣, 稱為光敏電阻光強(qiáng)比較法。如圖2.1所示, 其優(yōu)點(diǎn)在于控制較精確且電路比較容易實(shí)現(xiàn)。圖2.1

37、 光電轉(zhuǎn)換電路2.4 本設(shè)計(jì)的研究容本文所介紹的太陽跟蹤裝置采用了光敏電阻光強(qiáng)比較法，可實(shí)現(xiàn)大圍、高精度跟蹤。論文的主要工作為以下幾個(gè)部分： 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)（如圖2.2所示）；圖2.2 系統(tǒng)組成示意圖（2）系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)（由*完成）；（3）系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)；（4）系統(tǒng)的制作和調(diào)試。第三章太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)本文介紹的控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用了結(jié)構(gòu)化、模塊化的程序設(shè)計(jì)方法。主程序初始化完畢之后，即進(jìn)入等待狀態(tài)，單片機(jī)控制運(yùn)行交由中斷服務(wù)程序控制。所需完成的功能主要由子模塊實(shí)現(xiàn)。各部分獨(dú)立完成一定的功能，又有機(jī)的結(jié)合為一個(gè)整體，完成所要求的控制任務(wù)。根據(jù)老師和我們對(duì)論文課題的分析，我們采用

38、單片機(jī)進(jìn)行控制。目前，單片機(jī)程序設(shè)計(jì)語言主要有高級(jí)語言（主流是C51）和匯編語言兩種。與匯編語言相比，C51語言可讀性好、維護(hù)方便、可移植性強(qiáng)，開發(fā)時(shí)間短；匯編語言最突出的優(yōu)點(diǎn)是編程效率高，執(zhí)行速度快。本設(shè)計(jì)中，編程語言采用高級(jí)與匯編語言混合編程的形式，程序主體采用C51語言編寫，但在對(duì)速度要求苛刻的部分（如單片機(jī)對(duì)FLASH存儲(chǔ)器的讀寫）采用匯編語言編寫。開發(fā)環(huán)境選用目前流行的Keil uVision3。經(jīng)過對(duì)于題目的分析，與做硬件部分同學(xué)的討論和老師的指導(dǎo)，我們選用STC12C5A60S2單片機(jī)。STC12C5A60S2是傳統(tǒng)的8051單片機(jī)劃時(shí)代升級(jí)換代產(chǎn)品，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的

39、新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，直接取代傳統(tǒng)的89C51/89S51單片機(jī)，它高速，速度比普通8051快812倍。部集成有MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。片上集成1280字節(jié)RAM，共有4個(gè)16位的定時(shí)器，兩個(gè)與傳統(tǒng)的8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，16位定時(shí)器T0和T1，沒有定時(shí)器2 ，但是有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器。，片有flash程序存儲(chǔ)器，可以通過編程器十分方便的寫代碼或擦除代碼，擦除次數(shù)達(dá)10萬次以上，而且有10位高速ADC，速度可達(dá)25萬次/秒。

40、而且它具有超低功耗，這種芯片有超強(qiáng)抗干擾性，無法解密。保證了工作的可靠性、開發(fā)的方便性和程序的性，而且其價(jià)格也便宜。整個(gè)太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)軟件部分共包含5個(gè)模塊：主程序、AD轉(zhuǎn)換部分與其轉(zhuǎn)換結(jié)果處理和分析、電機(jī)調(diào)整部分部分、光強(qiáng)檢測(cè)模塊，LCD顯示部分與報(bào)警系統(tǒng)部分。下面對(duì)各模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。3.1 主程序設(shè)計(jì)模塊3.1.1 主程序模塊實(shí)現(xiàn)的功能 （1）單片機(jī)系統(tǒng)初始化； （2）檢測(cè)硅光片的上下和左右硅光二極管的電壓值是否相等，如果不相等的話，檢測(cè)應(yīng)該進(jìn)行電機(jī)水平控制還是電機(jī)垂直控制，執(zhí)行完畢后，再進(jìn)行檢測(cè)，并依次循環(huán)比較執(zhí)行。3.1.2 程序設(shè)計(jì)思想或說明如上所述，太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的軟件

41、部分包含多個(gè)模塊，各模塊的啟動(dòng)和停止由單片機(jī)控制。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，將這些模塊的入口都安排在主程序中，主程序循環(huán)檢測(cè)通過串口接收的命令，通過對(duì)命令解釋，然后根據(jù)命令轉(zhuǎn)入相應(yīng)的模塊。程序流程圖如圖3.1。系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要是通過C語言編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制以與系統(tǒng)狀態(tài)的顯示。系統(tǒng)通電后，首先對(duì)LCD，IO端口初始化，然后開中斷，此時(shí)系統(tǒng)開始工作，檢測(cè)當(dāng)前太陽位置，直到接收板對(duì)準(zhǔn)太陽，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能全方位跟蹤。系統(tǒng)默認(rèn)時(shí)間是00:00，用戶可以根據(jù)當(dāng)?shù)貢r(shí)間調(diào)整系統(tǒng)時(shí)間。當(dāng)陰天時(shí)，太陽跟蹤系統(tǒng)檢測(cè)不到太陽，為了實(shí)現(xiàn)太陽一出來就能自動(dòng)跟蹤太陽，系統(tǒng)時(shí)間每到12:00或18:00（也是太陽落山），系統(tǒng)自

42、動(dòng)控制接收板與垂直，這樣不管太陽在那個(gè)位置，接收板都能檢測(cè)到太陽。圖中，啟動(dòng)后首先進(jìn)行的初始化包括：對(duì)單片機(jī)本身的中斷和LCD液晶顯示器等的初始化。圖3.1 系統(tǒng)主程序流程圖3.1.3主程序模塊關(guān)鍵程序代碼while(1) if(flag_vertical_stop = 1) & (flag_horizontal_stop =0) /電機(jī)是否水平轉(zhuǎn)動(dòng)motor_deal_horizontal(); /電機(jī)水平轉(zhuǎn)動(dòng) Elseif(flag_horizontal_stop = 1) & (flag_vertical_stop = 0) /電機(jī)是否垂直轉(zhuǎn)動(dòng)motor_deal_vertical();

43、 /電機(jī)垂直轉(zhuǎn)動(dòng) Else /電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng); 其中程序中參數(shù)flag_vertical_stop是電機(jī)垂直轉(zhuǎn)動(dòng)停止標(biāo)志，當(dāng)參數(shù)flag_vertical_stop = 1的時(shí)候，電機(jī)垂直轉(zhuǎn)動(dòng)停止，同樣，flag_horizontal_stop是電機(jī)水平轉(zhuǎn)動(dòng)停止標(biāo)志，當(dāng)參數(shù)flag_horizontal_stop = 1 的時(shí)候，電機(jī)水平轉(zhuǎn)動(dòng)停止。系統(tǒng)運(yùn)行后，先進(jìn)行初始化，初始化完成后，電機(jī)根據(jù)程序進(jìn)行檢測(cè)，若電機(jī)需要進(jìn)行水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，則電機(jī)開始水平轉(zhuǎn)動(dòng)，若電機(jī)需要進(jìn)行垂直方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，則電機(jī)進(jìn)行垂直轉(zhuǎn)動(dòng)，否則，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。一直檢查，依次循環(huán)，直至系統(tǒng)運(yùn)行停止。3.2. 光強(qiáng)檢測(cè)模塊3.2.1 光

44、敏電阻光強(qiáng)比較法利用光敏電阻在光照時(shí)阻值發(fā)生變化的原理，將兩個(gè)完全一樣的光敏電阻分別放置于 一塊電池板東西方向邊沿處的下方。如果太垂直照射太陽能電池板時(shí)，兩個(gè)光敏電阻接收到的光照強(qiáng)度一樣，所以它們的阻值完全相等，此時(shí)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)太方向與電池板垂直方向有夾角時(shí)，接收光強(qiáng)多的光敏電阻阻值減小，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至兩個(gè)光敏電阻上的光照強(qiáng)度一樣。其優(yōu)點(diǎn)在于控制較精確，且電路也比較容易實(shí)現(xiàn)。其控制主要由以下三部分來完成: （1）信號(hào)采集部分 用光敏電阻實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集的電路原理為橋式電路，電路的輸出信號(hào)只與照射在兩個(gè)光敏電阻上光強(qiáng)的相對(duì)值有關(guān)，不受外界環(huán)境的影響，增加了裝置的抗干擾能力。 （2）數(shù)據(jù)處理

45、部分采用非倒向放大接法，由運(yùn)算放大器與其外圍電阻組成線性放大單元。零電位調(diào)整單元以抵消零點(diǎn)漂移的直流信號(hào)。因調(diào)零后包含一定量的負(fù)脈沖信號(hào)，用反相單元為下一級(jí)電路提供正電壓信號(hào)。對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行判斷，當(dāng)輸出信號(hào)的強(qiáng)度大于一定值時(shí)，給下一級(jí)一個(gè)高電平信號(hào)；反之，提供低電平信號(hào)，這樣能屏蔽一些微小信號(hào)的擾動(dòng)，使系統(tǒng)的工作更穩(wěn)定。 （3）控制單元 根據(jù)前一級(jí)送出的觸發(fā)信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。由于繼電器在實(shí)現(xiàn)邏輯過程中 需要的吸合電流較大，會(huì)造成整體電路的耗電增大；另外，繼電器的反應(yīng)速度很慢，靈敏度不高，會(huì)造成設(shè)備整體靈敏度與精確度下降。3.2.2 程序設(shè)計(jì)思想與說明系統(tǒng)采用光敏電阻光強(qiáng)比較法，設(shè)計(jì)出

46、一種全新的光電轉(zhuǎn)換裝置，很好的實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換。它能夠利用光敏電阻比較法實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽水平、垂直方向的全方位跟蹤，晚上便自動(dòng)復(fù)位。當(dāng)太陽的水平或垂直位置發(fā)生偏移時(shí)，D1、D2或D3、D4(另一組控制電路)四個(gè)光電管中必有一個(gè)受照射，這樣就可確認(rèn)太陽運(yùn)動(dòng)的方向了?？刂齐娐酚袃山M，電路圖中是其中的一組，另一組電路與此一樣。光電管是直接與控制電路連接的，當(dāng)太陽能板正對(duì)太陽時(shí)，D1、D2都是高電阻，A、B兩點(diǎn)電壓相等。運(yùn)放輸出的電壓一樣，單片機(jī)收到的信號(hào)差為零，所以單片機(jī)不控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。若發(fā)生傾斜，使Dl被射中呈低電阻，則A點(diǎn)電位比B點(diǎn)高，信號(hào)經(jīng)過放大和轉(zhuǎn)換，則單片機(jī)使得電機(jī)得電轉(zhuǎn)動(dòng)并拖動(dòng)太陽能板轉(zhuǎn)動(dòng)，使

47、太陽能板重新對(duì)準(zhǔn)太陽。當(dāng)D1、D2重新轉(zhuǎn)為高電阻時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)。若偏轉(zhuǎn)時(shí)使D2被射中則電機(jī)反轉(zhuǎn)。不論哪種情況，電機(jī)運(yùn)動(dòng)的方向和太陽運(yùn)動(dòng)的方向總是一致的從而達(dá)到了跟蹤的目的。當(dāng)光敏電阻對(duì)準(zhǔn)時(shí)，采用微凋即可使得A、B兩點(diǎn)的電位相等，以提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。圖3.2 光敏電阻排列圖 圖3.3 光強(qiáng)檢測(cè)模塊流程圖3.2.3光強(qiáng)檢測(cè)模塊關(guān)鍵程序代碼if (vol_value_2 vol_value_4 ) & (vol_value_2 - vol_value_4) = jingdu_vertical) fan_zhuan_y(3000); AD_Start(); else if (vol_value_2 =

48、jingdu_vertical) right_zhuan_y(3000); AD_Start(); 該程序中參數(shù) vol_value_2 是硅光片上面的光敏電阻經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換所得的電壓值，參數(shù)vol_value_4是硅光片下面的光敏電阻經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換所得的電壓值，上段程序是將上下兩個(gè)光敏電阻吸收的通過A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)殡妷汉筮M(jìn)行比較，從而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。3.3太陽能板二維角度調(diào)整模塊3.3.1 電機(jī)水平轉(zhuǎn)動(dòng)控制部分當(dāng)通過AD轉(zhuǎn)換后，單片機(jī)得到左右兩邊的輸出電壓，若左右兩邊的輸出電壓不相等時(shí)，水平電機(jī)控制部分別開始工作，若左邊電壓值比右邊電壓值高且左邊電壓與右邊電壓差的絕對(duì)值超過一定的圍時(shí)，電機(jī)開

49、始向右轉(zhuǎn)，反之，若右面電壓比左面電壓大，且左右兩面電壓差的絕對(duì)值超過一定圍后，電機(jī)向左轉(zhuǎn)，否則，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)水平控制結(jié)束后，水平轉(zhuǎn)動(dòng)停止，垂直轉(zhuǎn)動(dòng)開始。在這個(gè)模塊中，超過一定是絕對(duì)值是為了避免因?yàn)楹苄〉恼`差或者一些沒有必要轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下電機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，提高了電機(jī)的利用效率。3.3.2 程序設(shè)計(jì)思想或說明通過AD轉(zhuǎn)換得到光敏電阻的電壓值，將左右或上下的電壓值進(jìn)行比較，根據(jù)電壓值的不同進(jìn)行電機(jī)的調(diào)整。以電機(jī)的水平調(diào)整為例，若左面電壓值大于右面電壓值，則表示左面接收的太必右面的多，則電機(jī)通過步進(jìn)電機(jī)向右轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，左右兩面的電壓也一直還在比較，直到左右兩邊電壓相等或兩面電壓的絕對(duì)值在一定的圍，電

50、機(jī)水平轉(zhuǎn)動(dòng)停止。3.3.3部分程序說明與電機(jī)水平轉(zhuǎn)動(dòng)控制部分流程圖if (vol_value_1 vol_value_3 ) & (vol_value_1 - vol_value_3) = jingdu_horizontal) right_zhuan(1500); AD_Start(); 這幾句程序是比較左右兩面的電壓值大小，如果左面的電壓值大于右面的電壓值，且它們差的絕對(duì)值大于設(shè)定的精度時(shí)，電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)。 圖3.4 電機(jī)水平轉(zhuǎn)動(dòng)控制流程圖3.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3.4.1電機(jī)類型選擇電機(jī)是我們的生活中不可或缺的動(dòng)力源，常用的有交流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)。直流電機(jī)是日常生活中廣泛使用的一個(gè)電氣產(chǎn)品

51、，太陽能全天候跟蹤系統(tǒng)跟蹤太陽這樣的動(dòng)作，需要能進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)控制和立刻停止控制的電路，實(shí)際常采用微控制器和專用IC芯片。單獨(dú)使用直流電機(jī)尚不能達(dá)到精確的定位控制，只有將它與旋轉(zhuǎn)編碼器組合起來，才能實(shí)現(xiàn)精確的位置控制和速度控制。步進(jìn)電機(jī)是一種能夠根據(jù)脈沖（通常為方波）控制轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速、并適合微控制器控制的電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)（也稱脈沖電機(jī)）是一種跟蹤給定脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)。因此，單純向它施加電壓是不會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)的。換句話說，要使它轉(zhuǎn)動(dòng)必須借助控制電路，在這個(gè)控制電路中，往往需要微控制器或?qū)Ｓ眯酒?。步進(jìn)電機(jī)能根據(jù)給定的脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)精確的定位控制，而且即使在停止時(shí)也有制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這些特性全天候跟蹤系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)控制都是很

52、有利的。由于全天候控制系統(tǒng)是隨的太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的，因?yàn)樘栯x地球太遠(yuǎn)了，在很短時(shí)間，檢測(cè)系統(tǒng)是感覺不到太陽在移動(dòng)，需過一段時(shí)間才能感覺到太陽已經(jīng)偏移原來位置，所以要求電機(jī)隔一段時(shí)間轉(zhuǎn)一個(gè)角度后馬上停下來。綜合上面對(duì)直流和步進(jìn)電機(jī)的性能等進(jìn)行的比較分析，我們選用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，通俗地說：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（即步進(jìn)角）。通過控制脈沖個(gè)數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。3.4.2步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)控制

53、時(shí)序8拍的方式：八個(gè)狀態(tài)：1、在A與A-正電壓，B與B-不給電懸空；2、在A與A-正電壓，B與B-也給正電壓；3、A與A-不給電壓懸空，B與B-正電壓；4、A與A-給負(fù)電壓，B與B-給正電壓；5、A與A-給負(fù)電壓，B與B-不給懸空；6、A與A-給負(fù)電壓，B與B-給負(fù)電壓；7、A與A-不給電懸空，B與B-給負(fù)電壓；8、A與給正電壓，B與B-給負(fù)電壓；按以上八個(gè)狀態(tài)輪流供電，控制一下脈寬應(yīng)該就可以了。要實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，只要相應(yīng)時(shí)序取反即可。3.4.3 部分驅(qū)動(dòng)程序說明P1OUT=F_Rotationw;該句程序?qū)崿F(xiàn)的是正轉(zhuǎn)，通過芯片STC12C5A60S2的P1口輸出，傳入步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)。P

54、1OUT=B_Rotationw; 該句程序?qū)崿F(xiàn)的是反轉(zhuǎn)，通過芯片STC12C5A60S2的P1口輸出，傳入步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)。3.4.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分實(shí)現(xiàn)的功能電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分需要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的垂直轉(zhuǎn)動(dòng)控制和電機(jī)的水平轉(zhuǎn)動(dòng)控制，其中電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)分為電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的原理與流程圖都是類似的，其中以電機(jī)的垂直轉(zhuǎn)動(dòng)控制部分為例。3.4.5 程序設(shè)計(jì)思想與說明在程序中，電機(jī)的正轉(zhuǎn)速度為sutu，無符號(hào)整型w從0開始增加，每執(zhí)行一次程序w增加1，根據(jù)語句 P1OUT=F_Rotationw實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)時(shí)序，并由P1口輸出，延時(shí)語句Delay(sudu)將其速度穩(wěn)定為sutu，由語句fo

55、r(w=0;w4;w+)設(shè)定當(dāng)w = 4 的時(shí)候程序執(zhí)行結(jié)束。同理，電機(jī)反轉(zhuǎn)的時(shí)候原理一樣，僅有語句 P1OUT=B_Rotationw不同，輸出同樣有P1口輸出。電機(jī)垂直控制中的正轉(zhuǎn)部分流程圖如下：圖3.5 垂直電機(jī)控制中的電機(jī)正轉(zhuǎn)部分 當(dāng)移動(dòng)程序開始后，若W部位0，電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，速度為sutu,且通過延時(shí)程序?qū)⑺俣缺３衷趕utu一段時(shí)間，在延時(shí)過程中，W自減，直至W為0，垂直電機(jī)的正轉(zhuǎn)停止。3.4.6垂直電機(jī)控制部分關(guān)鍵代碼 void right_zhuan_y(uint sudu) unit w; for(w=0;w4;w+) /4相 P1OUT=F_Rotationw; /正轉(zhuǎn)時(shí)序 D

56、elay(sudu); /速度為sudu 該段程序中，參數(shù)sudu代表電機(jī)的正轉(zhuǎn)速度，該段程序表示電機(jī)垂直控制部分電機(jī)的正轉(zhuǎn)。電機(jī)的反轉(zhuǎn)部分的程序與原理同電機(jī)正轉(zhuǎn)部分類似。 電機(jī)的水平控制部分同電機(jī)垂直控制部分類似。3.5時(shí)鐘模塊3.5.1 DS1302 時(shí)鐘模塊的功能本設(shè)計(jì)采用的是光電跟蹤方式，不需要知道現(xiàn)在時(shí)間來計(jì)算太陽位置。但是對(duì)于日出日落的判斷需要要用時(shí)鐘芯片的幫助。單片機(jī)部可以采用定時(shí)/計(jì)數(shù)器來進(jìn)行時(shí)間的推算，但是這種方式時(shí)間不夠精確，且占用系統(tǒng)存和系統(tǒng)大量的時(shí)間，不適合本設(shè)計(jì)使用。這里我們使用DS1302時(shí)鐘芯片來計(jì)算時(shí)間。太陽相對(duì)地球的位置變化緩慢，所以不需要跟蹤裝置時(shí)刻運(yùn)行。當(dāng)

57、系統(tǒng)運(yùn)行后，DS1302開始計(jì)時(shí)，每十分鐘向單片機(jī)發(fā)送一次數(shù)據(jù)，控制單片機(jī)對(duì)光電檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描。假定太強(qiáng)的有效時(shí)間為早上8點(diǎn)到下午5點(diǎn)，當(dāng)時(shí)鐘芯片計(jì)時(shí)滿10個(gè)小時(shí)后，控制單片機(jī)回到早上八點(diǎn)鐘的時(shí)刻位置，以便于第二天的運(yùn)行。3.5.2程序設(shè)計(jì)思想DS1302有12個(gè)寄存器，其中七個(gè)寄存器存放與日歷，時(shí)鐘相關(guān)。將時(shí)間數(shù)據(jù)寫入后讀出并顯示。部分程序說明與流程圖unsigned char Read_Ds1302 ( unsigned char address ) unsigned char i,temp=0 x00; RST=0;_nop_(); SCK=0;_nop_(); RST=1;_nop_

58、(); Write_Ds1302_Byte(address); for (i=0;i=1; /右移一位 SCK=1; RST=0; _nop_(); /以下為DS1302復(fù)位的穩(wěn)定時(shí)間 RST=0;SCK=0;_nop_();SCK=1;_nop_();SDA=0;_nop_();SDA=1;_nop_();return (temp);/返回圖3.6 DS1302 時(shí)鐘模塊流程圖3.6.系統(tǒng)顯示模塊3.6.1 LCD1602液晶顯示器各種圖形的顯示原理 （1）字符的顯示用LCD顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由68或88點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還

59、要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個(gè)字符。但由于帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號(hào)與每行的列數(shù)找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。（2）漢字的顯示漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般用字模提取軟件），每個(gè)漢字占32B，分左右兩半，各占16B，左邊為1、3、5右邊為2、4、6根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號(hào)與每行的列數(shù)可找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加1，送第二個(gè)

60、字節(jié)，換行按列對(duì)齊，送第三個(gè)字節(jié)直到32B顯示完就可以LCD上得到一個(gè)完整漢字3.6.2 該模塊程序設(shè)計(jì)思想或說明當(dāng)用戶根據(jù)需要調(diào)節(jié)系統(tǒng)，按下調(diào)節(jié)按鈕,系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)節(jié)時(shí)間，系統(tǒng)檢測(cè)到P2.4由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，程序顯示小時(shí)的數(shù)值增加一（即用戶按下連接P2.4的鍵）并且蜂鳴器“滴“一聲。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到P3.7由高電平變成低電平，系統(tǒng)進(jìn)入分鐘調(diào)整狀態(tài)（即用戶按連接P3.7的鍵），同時(shí)蜂鳴器”滴“一聲。同樣，系統(tǒng)檢測(cè)到P2.4由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，程序顯示分鐘的數(shù)值增加一，同時(shí)蜂鳴器也滴一聲。當(dāng)系統(tǒng)再次檢測(cè)到P3.7由高電平變成低電平，系統(tǒng)時(shí)間調(diào)整狀態(tài)，同時(shí)蜂鳴器”滴“一聲。系統(tǒng)時(shí)鐘是由系統(tǒng)的兩個(gè)定時(shí)