基于LabVIEW和單片機(jī)的太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)

第頁(yè)1引言1.1課題的研究背景當(dāng)今世界正面臨能源短缺，許多國(guó)家對(duì)能源問(wèn)題十分重視，包括核能，水力能，風(fēng)能，太陽(yáng)能，地?zé)崮艿瓤沙掷m(xù)發(fā)展能源。在諸多的可持續(xù)能源中，太陽(yáng)能是一種取之不盡，用之不絕的清潔能源，在開(kāi)發(fā)和利用過(guò)程中能節(jié)約大量化石能源，不僅環(huán)保，而且安全。太陽(yáng)能有著非常廣闊的前景，在眾多的可再生清潔能源中，被科學(xué)家認(rèn)為是未來(lái)的主要能源之一，其主要優(yōu)勢(shì)有如下幾點(diǎn)：（1）到達(dá)地球大氣外層的太陽(yáng)照射強(qiáng)度其中約30%被大氣層反射回外太空，其余到達(dá)地面的能量被大氣，海水，陸地，植物吸收。這些能源相當(dāng)于全世界2009年全部能源消耗的8000倍。也就是說(shuō)地球表面一小時(shí)接收的太陽(yáng)能足夠人類使用一年。（2）存在的普遍性，從空間上來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能非常容易獲得，在地球表面無(wú)處不在，同時(shí)沒(méi)有勘探和開(kāi)采成本，可隨時(shí)獲取，這為能源缺乏的國(guó)家提供了一種可行性的方法。（3）環(huán)保，在獲取和利用太陽(yáng)能的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生污染氣體排放，像風(fēng)能，潮汐能一樣對(duì)環(huán)境無(wú)污染，是新時(shí)期的理想能源。1.2課題的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀1.2.1太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程隨著科技的發(fā)展,測(cè)量領(lǐng)域發(fā)展迅猛,僅就測(cè)量方式來(lái)說(shuō),已經(jīng)從最早的電磁感應(yīng)的指針儀表發(fā)展到以微處理器為基礎(chǔ)的智能化儀表。但是,隨著虛擬儀器的出現(xiàn),人類在測(cè)量技術(shù)上的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)新的時(shí)代。虛擬儀器從最初的設(shè)想到現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)日漸成熟,標(biāo)志著虛擬儀器技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的工業(yè)革命。所謂的LabVIEW就是在基于PC的基礎(chǔ)上,用戶根據(jù)自己的需要和設(shè)想開(kāi)發(fā)測(cè)量平臺(tái)。其核心是將傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器硬件和計(jì)算機(jī)軟件結(jié)合起來(lái),完成測(cè)量任務(wù)。通過(guò)LabVIEW搭建的控制系統(tǒng),外圍硬件設(shè)備只是為了數(shù)據(jù)的傳輸提供通道,軟件才是控制系統(tǒng)的核心。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō),可以通過(guò)修改LabVIEW后面板的程序來(lái)改變平臺(tái)的功能,這可以充分發(fā)揮用戶的想象力,按照自己的構(gòu)思,設(shè)計(jì)自己的虛擬儀器平臺(tái)。目前,隨著太陽(yáng)能跟蹤技術(shù)的發(fā)展,由于虛擬儀器有著互換性強(qiáng)、成本低廉等非常明顯的優(yōu)勢(shì),虛擬儀器逐漸應(yīng)用到太陽(yáng)能跟蹤中。1.2.2太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀：（1）國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀在國(guó)外,埃及吉薩電子研究所的AtiaYousry建立的基于LabVIEW和微控制器接口的太陽(yáng)能電池曲線測(cè)量系統(tǒng),該系統(tǒng)通過(guò)虛擬儀器建立光伏太陽(yáng)能電池及其模塊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),在太陽(yáng)能電池板跟蹤太陽(yáng)過(guò)程中,通過(guò)虛擬儀器和單片機(jī)的串行接口建立通訊,相關(guān)數(shù)據(jù)信息顯示在虛擬儀器建立的用戶界面上,實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控太陽(yáng)能電池的位置信息。印度的NITSilchar電子工程系建立的基于LabVIEWSVM二維太陽(yáng)能電池板跟蹤系統(tǒng),該系統(tǒng)通過(guò)光敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤太陽(yáng),使得太陽(yáng)的入射光線垂直照射到太陽(yáng)能電池板上,得到最大的發(fā)電功率,太陽(yáng)能電池板的運(yùn)動(dòng)由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制,該系統(tǒng)跟蹤精度高,已經(jīng)投入使用。（2）國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi),南通大學(xué)電子工程系設(shè)計(jì)的基于LabVIEW的無(wú)線監(jiān)控聚焦光伏發(fā)電系統(tǒng),該系統(tǒng)通過(guò)雙拋物面反射器聚焦和跟蹤技術(shù)產(chǎn)生太陽(yáng)能光伏發(fā)電,無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控通過(guò)Zigbee和LabVIEW來(lái)完成,系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)和下位機(jī)建立通訊,實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制、故障診斷等操作。湖北工業(yè)大學(xué)的曾利霞設(shè)計(jì)的基于視日運(yùn)動(dòng)軌跡的雙軸太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng),該系統(tǒng)通過(guò)天文知識(shí)計(jì)算出太陽(yáng)的高度角和方位角,利用工控機(jī)控制兩個(gè)軸的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)LabVIEW設(shè)計(jì)用戶界面,實(shí)現(xiàn)雙軸跟蹤,跟蹤精度在±2°。香港大學(xué)建筑系的KPcheung和scMHui教授研究了太陽(yáng)光照角度與太陽(yáng)能接收率的關(guān)系，理論分析表明:太陽(yáng)的跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差37.7%，精確的跟蹤太陽(yáng)可使接收器的熱接收率大大提高，進(jìn)而提高了太陽(yáng)能裝置的太陽(yáng)能利用率，拓寬了太陽(yáng)能的利用領(lǐng)域。因此，本文研究了關(guān)于如何充分高效利用太陽(yáng)能的方法，希望在所有能接收到陽(yáng)光的地方都能充分利用這一能源。綜上所述,Amonix公司和Acciona太陽(yáng)能公司幵發(fā)的太陽(yáng)能跟蹤裝置主要是基于天文知識(shí),計(jì)算太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡,從而驅(qū)動(dòng)跟蹤裝置跟蹤太陽(yáng),這種裝置不受天氣的影響,跟蹤精度取決于算法的算法的準(zhǔn)確性,同時(shí)由于是開(kāi)環(huán)控制,電機(jī)在運(yùn)行中的產(chǎn)生的誤差難以消除,隨著運(yùn)行時(shí)間的不斷增加精度會(huì)降低。而對(duì)于國(guó)內(nèi)的漢龍集團(tuán)的核心產(chǎn)品Zstaig2000和武漢理工大學(xué)的楊培環(huán)設(shè)計(jì)的光筒式二級(jí)傳感器,由于是閉環(huán)控制,跟蹤精度比較高,但是由于光敏元件受天氣影響很大,在陰天和多云天氣條件下光電跟蹤失效,同時(shí)可能因?yàn)殡s光的影響導(dǎo)致誤跟蹤,因而很難保證跟蹤的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。1.3課題研究的意義太陽(yáng)能是一種清潔的可再生能源，具備許多化石能源不具備的優(yōu)點(diǎn)，許多國(guó)家都在積極大力發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，很大程度上緩解了人類的能源危機(jī)，是實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一，所以當(dāng)今開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)勢(shì)在必行。因?yàn)樘?yáng)能密度很低，分散性很高，雖然太陽(yáng)的輻射總量很大，但是到達(dá)地球的表面時(shí)密度很低，同時(shí)太陽(yáng)能受到天氣影響，具有不穩(wěn)定性，同時(shí)也考慮到晝夜，季節(jié)周期性變化，地球經(jīng)緯度，海拔等的不同。使得太陽(yáng)輻射光到達(dá)地球時(shí)處于不穩(wěn)定，不斷變化的狀態(tài)。因而，太陽(yáng)能的利用裝置必須具備相當(dāng)?shù)拿娣e才能提高光能利用率。當(dāng)今提高光伏發(fā)電效率的途徑主要有兩個(gè)：其一是提高光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率，即有效使用跟蹤技術(shù)，隨著新材料和新工藝的發(fā)展，光伏電池光電轉(zhuǎn)換效率越來(lái)越高；同時(shí)，隨著批量化生產(chǎn)，其成本也越來(lái)越低一般的對(duì)光伏系統(tǒng)實(shí)行跟蹤，即減少光伏電池的余弦效應(yīng)。目前，使用較多的是平板光伏發(fā)電系統(tǒng)，即把光能轉(zhuǎn)成電能。由于電池本身轉(zhuǎn)化效率較低，同時(shí)電池的余弦效應(yīng)，系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率低，一般在10%左右。帶有跟蹤技術(shù)的平板光伏系統(tǒng)，即具有雙軸跟蹤的光伏系統(tǒng)，由于實(shí)現(xiàn)了跟蹤，減少了光電池的余弦效應(yīng)。因此，附帶跟蹤技術(shù)的平板光伏系統(tǒng)，發(fā)電效率可以達(dá)到12%～18%。在太陽(yáng)能跟蹤光伏系統(tǒng)中，目前主要有太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡和光電跟蹤兩種跟蹤方式。它們的應(yīng)用原理不同。太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤是通過(guò)數(shù)學(xué)公式，得出每天太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而實(shí)現(xiàn)跟蹤裝置自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)。而光電跟蹤是通過(guò)光敏元件來(lái)檢測(cè)太陽(yáng)光線位置變化，從而控制裝置跟蹤太陽(yáng)。據(jù)測(cè)試使用上述兩種方式可以使發(fā)電量提高30%左右，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在不考慮天氣陰晴的情況下，通過(guò)光電跟蹤自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)，設(shè)計(jì)的一種基于LabVIEW和單片機(jī)的太陽(yáng)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。2太陽(yáng)跟蹤方式及控制系統(tǒng)的選擇太陽(yáng)跟蹤方式包括太陽(yáng)軌跡跟蹤，光電跟蹤以及二者相結(jié)合的混合跟蹤的方式。跟蹤方式的不同決定了控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度和控制方式。根據(jù)不同的控制方式，可以選擇不同的硬件支持。2.1跟蹤方式概述由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，太陽(yáng)的位置相對(duì)于地面的某一固定點(diǎn)而言，無(wú)時(shí)無(wú)刻都在變化，即使是連續(xù)兩天的同一時(shí)刻，由于太陽(yáng)的赤緯角的不同，該點(diǎn)的太陽(yáng)高度角也不同。由于太陽(yáng)能電池板的發(fā)電效率與太陽(yáng)的入射角密切相關(guān)，當(dāng)太陽(yáng)光線垂直照射太陽(yáng)能電池板時(shí)，發(fā)電效率最高。為了太陽(yáng)能的利用率，現(xiàn)有的光伏系統(tǒng)通常都采用跟蹤控制方式。因此，如果通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)光來(lái)調(diào)整電池板的朝向，使之與與太陽(yáng)光垂直，從而可以提高太陽(yáng)能的采集效果。通過(guò)理論估計(jì)，采用自動(dòng)跟蹤方式將使發(fā)電量提高40%，從而降低投資成本的20%以上。2.2跟蹤方案選擇跟蹤太陽(yáng)光線的方法有很多種，目前國(guó)內(nèi)主要采用以下三種方式：（1）通過(guò)計(jì)算太陽(yáng)的高度角和方位角的太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤方法；（2）通過(guò)光電傳感器計(jì)算太陽(yáng)光線入射角的光電跟蹤方法；（3）太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和光電跟蹤的混合跟蹤；通過(guò)比較，在不考慮天氣陰晴的情況下本設(shè)計(jì)采用光電跟蹤。2.2.1光電跟蹤原理這種跟蹤方式的工作原理:太陽(yáng)光線的變化使光敏元件輸出信號(hào)發(fā)生變化，光電元件通過(guò)信號(hào)的變化來(lái)確定太陽(yáng)的位置，輸信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的處理后傳給微處理器，從而檢測(cè)出太陽(yáng)入射光線的偏差角度ε。當(dāng)ε大于跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)整跟蹤裝置的方位角和高度角，使得調(diào)整后的ε小于入射角，此時(shí)跟蹤機(jī)構(gòu)停止跟蹤。過(guò)一段時(shí)間后，由于太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)引起偏差角度ε再度大于入射角時(shí)，此時(shí)控制系統(tǒng)再次驅(qū)動(dòng)跟蹤裝置跟蹤，就這樣不斷循環(huán)，通過(guò)檢測(cè)偏差角度ε來(lái)驅(qū)動(dòng)跟蹤裝置跟蹤太陽(yáng)。下邊是光電跟蹤原理圖。圖2.1光電跟蹤原理圖2.2.2光電跟蹤流程通過(guò)光電傳感器采集光電信號(hào)，通過(guò)這些信號(hào)計(jì)算太陽(yáng)入射光線的偏差角，當(dāng)大于設(shè)定的偏差值[]裝置定位，小于設(shè)定值時(shí)，則重新采集光電信號(hào)，計(jì)算入射光線偏差角，直至大于設(shè)定值；跟蹤裝置定位后，再次采集光電信號(hào)，計(jì)算入射光線偏差，如果入射光線偏差小于設(shè)定的偏差值時(shí)，則停止跟蹤，如果入射光線偏差大于設(shè)定值時(shí)，則跟蹤裝置重新定位，直至小于設(shè)定值。以下是光電跟蹤流程圖。圖2.2光電跟蹤流程圖2.2.3跟蹤坐標(biāo)選擇太陽(yáng)在宇宙中的方位，一般來(lái)說(shuō)我們以目測(cè)者為圓心，半徑長(zhǎng)度為無(wú)窮的球體，描述此設(shè)想的球體是天球，以其為研究對(duì)象。太陽(yáng)在天空中的位置隨時(shí)間，日期的不同而不同，盡管太陽(yáng)相對(duì)于地面觀測(cè)者來(lái)說(shuō)總是變動(dòng)的，雖然太陽(yáng)總是變動(dòng)的，但是太陽(yáng)東升西落有嚴(yán)格的規(guī)律性，我們可以通過(guò)兩種不同的坐標(biāo)系來(lái)確定，對(duì)于赤道坐標(biāo)系，太陽(yáng)的位置有赤緯角和時(shí)緯角兩個(gè)參數(shù)不易確定，同時(shí)赤道坐標(biāo)系是對(duì)整個(gè)宇宙空間而言，因此赤道坐標(biāo)系不適宜太陽(yáng)能利用工程。對(duì)于地平坐標(biāo)系而言，由于其是針對(duì)地面上某一觀測(cè)點(diǎn)而言的。我們總是從地球某一地平面上觀察太陽(yáng)的運(yùn)行，不同的經(jīng)緯度地區(qū)，太陽(yáng)的軌跡也不相同。因此，本次設(shè)計(jì)選取地平面坐標(biāo)系來(lái)計(jì)算，通過(guò)計(jì)算高度角和方位角來(lái)確定太陽(yáng)的位置。地平面坐標(biāo)系如圖2.3。圖2.3地平面坐標(biāo)系圖地平坐標(biāo)系是以地平圈為基本圈，以地面觀測(cè)點(diǎn)為基點(diǎn)的天球坐標(biāo)系，太陽(yáng)在天空中的位置由太陽(yáng)的高度角和太陽(yáng)的方位角確定，如2.3圖中所示，太陽(yáng)的高度角表示的是太陽(yáng)光線與地平面的夾角，其變化范圍是0～90度。方位角表示太陽(yáng)光線在地面的投影與該地正南方向之間的夾角，正對(duì)時(shí)為0度。向西為正，向東為負(fù)。(1)高度角的計(jì)算:(2.1)(2)方位角的計(jì)算：(2.2)其中為太陽(yáng)時(shí)角，為太陽(yáng)赤緯角，為跟蹤裝置當(dāng)?shù)氐木暥取?.3控制系統(tǒng)的的選擇太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式有很多種，目前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，控制部分大致有三種（1）基于DSP控制；（2）基于單片機(jī)控制；(3)基于虛擬儀器的控制。由于題目要求，所以選擇基于虛擬儀器的控制。下面做一個(gè)的簡(jiǎn)單的介紹。硬件以計(jì)算機(jī)為核心,利用單片機(jī)采集數(shù)據(jù),軟件以LabVIEW圖形化編程方式,該編程語(yǔ)言直觀簡(jiǎn)單,容易操作。與傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器相比,虛擬儀器有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)。以前的測(cè)量技術(shù)主要依賴于硬件,互換性差,與其它設(shè)備相連有技術(shù)限制,而對(duì)于虛擬儀器而言,其軟件是核心,這樣就使得成本低廉,同時(shí)由于虛擬儀器由模塊化構(gòu)成,因此用戶可以自己的需求設(shè)計(jì),另外互換性強(qiáng),通過(guò)各種總線接口就可以與其它外設(shè)相連。這樣也方便了LabVIEW和外設(shè)間的通訊。由于是圖形化編程方式,同時(shí)提供了在線幫助,對(duì)于初學(xué)編程的人來(lái)說(shuō),門(mén)濫很低?？梢酝ㄟ^(guò)很直觀的方式就可以建立非常美觀的人機(jī)交互界面,各種所要測(cè)試的數(shù)據(jù)信息也在可以直觀的顯示在界面上。LabVIEW對(duì)于測(cè)試、控制領(lǐng)域來(lái)說(shuō)是非常好的一個(gè)助手。綜上所述,本課題之所以選擇虛擬儀器和單片機(jī)相結(jié)合,主要有以下優(yōu)勢(shì):(1)單片機(jī)具有功能強(qiáng)大的I/O口,為搭建外圍電路創(chuàng)造了了條件;同時(shí)內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換電路,可以對(duì)光電傳感器采集的電信號(hào)經(jīng)性轉(zhuǎn)換;另外內(nèi)部有功能強(qiáng)大的的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及通訊接口,方便了和基于PC機(jī)的虛擬儀器通訊。(2)單片機(jī)相對(duì)于DSP和運(yùn)動(dòng)控制卡而言,控制成本低,使用簡(jiǎn)單。(3)采用基于PC機(jī)的虛擬儀器作為上位機(jī)可以控制多臺(tái)下位機(jī),同時(shí)由于LabVIEW編寫(xiě)代碼簡(jiǎn)單,對(duì)于初學(xué)者而言,無(wú)需太多的編程經(jīng)驗(yàn)就可以輕易上手。(4)通過(guò)Labview中的TCP/IP相關(guān)函數(shù)組可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。選擇C/S模式,即客戶/服務(wù)模式。一方面可以接受太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)發(fā)過(guò)來(lái)的信息,并將信息通過(guò)串行端口送至服務(wù)器端的計(jì)算機(jī);另一方面,接受服務(wù)器發(fā)送的控制信息,并通過(guò)無(wú)線模塊送至太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)跟蹤裝置跟蹤太陽(yáng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制更加智能化人性化?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn),我們選擇了虛擬儀器和單片機(jī)相結(jié)合的控制方式。3太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1光電采集模塊本模塊中所采用光電傳感器為4塊相同的光敏電阻用來(lái)作四象限光電采集部分。太陽(yáng)跟蹤傳感器是本系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。為了保證太陽(yáng)能板的受光面始終與太陽(yáng)光線保持垂直而不發(fā)生偏離，采用特制的四象限光敏電阻作為太陽(yáng)跟蹤誤差校正用傳感器。如圖3.1所示為四象限跟蹤太陽(yáng)傳感器原理圖，當(dāng)光軸對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)時(shí)，光斑的中心在光軸上。四個(gè)象限接收到相同的光功率，輸出相同的電壓信號(hào)。當(dāng)光軸未對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)時(shí)即太陽(yáng)光與光軸成一角度時(shí)，光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)照射到四象限光電池上形成的光斑必然發(fā)生偏移即由于各象限的光功率與各象限的光斑面積成正比，每個(gè)象限被光斑覆蓋的面積不同，因此各象限光電池產(chǎn)生的電壓不盡相同，根據(jù)上述將進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后送入單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)設(shè)備可控制俯仰角電機(jī)和方位角電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。直到則表明系統(tǒng)光軸已經(jīng)對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，根據(jù)以上原理即可對(duì)太陽(yáng)能板位置誤差進(jìn)行校正。圖3.1光電采集模型圖3.2單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)選用了AT89C51單片機(jī)作為智能單元。它是一種低功耗，低電壓，高性能的8位單片機(jī)。片內(nèi)帶有一個(gè)4KB的FLASH可編程,可擦除的只讀存儲(chǔ)器。該系統(tǒng)為地平坐標(biāo)系的雙軸自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)，因此采用雙坐標(biāo)步進(jìn)電機(jī)控制，雙坐標(biāo)步進(jìn)電機(jī)控制就是在X軸方向控制1臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，在Y軸方向控制1臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。這2臺(tái)步進(jìn)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)同一個(gè)對(duì)象，使對(duì)象在一個(gè)平面上以任意曲線運(yùn)動(dòng)。AT89C51單片機(jī)通過(guò)P2口輸出控制脈沖信號(hào)，P1.0～P1.3為一路，P2.0～P2.3為一路,分兩路各控制1臺(tái)步進(jìn)電機(jī),采用ULN2803達(dá)林頓芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)各相繞組，圖中L1，L2即為步進(jìn)電機(jī)的各相線圈，光電采集和A/D轉(zhuǎn)換部分采用PDF8591芯片動(dòng)作，下邊是整套下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)電路圖。圖3.2太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤硬件電路圖3.3虛擬儀器和單片機(jī)相結(jié)合的太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.3所示主要由上位機(jī)、下位機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成,其中上位機(jī)主要是由LabVIEW軟件編寫(xiě)的人機(jī)交互界面構(gòu)成;下位機(jī)主要由單片機(jī)AT89C51、高度角和方位角絕對(duì)式編碼器、光電傳感器、高度角和方位角步進(jìn)電機(jī)、高度角步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和方位角步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、信號(hào)調(diào)理電路組成;執(zhí)行機(jī)構(gòu)由減速器和電機(jī)構(gòu)成。各部分的功能如下:(1)上位機(jī):即人機(jī)交互界面,就是通過(guò)LabVIEW做的前面板界面。主要功、 能包括:太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算,可以提前計(jì)算出一天中太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡;通訊、端口的設(shè)置,包括通訊口和波特率的設(shè)置;跟蹤方式的選擇,如太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤、光電跟蹤、混合跟蹤;顯示跟蹤裝置的各個(gè)時(shí)刻的高度角和方位角信息。上位機(jī)主要是向下位機(jī)發(fā)送控制指令,驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使太陽(yáng)跟蹤裝置跟蹤太陽(yáng)光線,同時(shí)下位機(jī)把跟蹤裝置的位置信息反饋給上位機(jī),以便于監(jiān)測(cè)跟蹤裝置的位置狀態(tài)。同時(shí)上位機(jī)還預(yù)先計(jì)算出太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡,以便于控制跟蹤裝置太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤。(2)下位機(jī):下位機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)器、89C51單片機(jī)、髙度角和方位角步進(jìn)電機(jī)、光電傳感器、高度角和方位角編碼器構(gòu)成,它們構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)。在太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跟蹤過(guò)程中,上位機(jī)發(fā)送控制命令給單片機(jī)控制高度角和方位角電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)單片機(jī)將跟蹤裝置的高度角和方位角位置信息通過(guò)串口通訊傳給上位機(jī),通過(guò)和入射角的比較驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行下一次的跟蹤。在光電跟蹤過(guò)程中,光電傳感器的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換、放大,把太陽(yáng)跟蹤裝置偏離太陽(yáng)入射光線的偏差角度傳給上位機(jī),上位機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)使跟蹤裝置跟蹤太陽(yáng)。(3)執(zhí)行機(jī)構(gòu):該部分主要有兩部分組成,其中減速器的作用是減速,使得跟蹤裝置平穩(wěn)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng);電機(jī)包括高度角電機(jī)和方位角電機(jī),作用是驅(qū)動(dòng)跟蹤裝置做仰俯運(yùn)動(dòng)和水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)通過(guò)光電傳感器(使用四象限光敏電阻)來(lái)采集太陽(yáng)入射光線,當(dāng)太陽(yáng)入射光線發(fā)生變化時(shí)(即未垂直照射在光電傳感器上時(shí)),光電傳感器輸出的電信號(hào)發(fā)生變化,這種電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路的I/V轉(zhuǎn)換和放大后傳給單片機(jī),單片機(jī)通過(guò)計(jì)算處理后把電壓信號(hào)通過(guò)串口通訊傳給上位機(jī),PC機(jī)通過(guò)LabVIEW對(duì)這些信號(hào)處理后通過(guò)串口通信發(fā)送指令給單片機(jī),單片機(jī)接到指令后驅(qū)動(dòng)高度角和方位角電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)了跟蹤裝置跟蹤太陽(yáng)的目的。圖3.3控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)原理圖4太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)對(duì)于一個(gè)基于LabVIEW的控制系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)是太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)一個(gè)完整的軟件流程同時(shí)能實(shí)現(xiàn)各部分程序是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本章以LabVIEW為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，對(duì)太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)的整體流程設(shè)計(jì),光電跟蹤軟件設(shè)計(jì)，其他主要功能設(shè)計(jì)，監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)。4.1LabVIEW介紹LabVIEW是時(shí)下比較流行的編程語(yǔ)言,其源代碼稱之為G代碼,它和平常我們所用的編程語(yǔ)言C和C++有非常大的差別,C和C++編寫(xiě)的代碼是從上至下運(yùn)行,LabVIEW在程序運(yùn)行時(shí)是按照數(shù)據(jù)流執(zhí)行的,數(shù)據(jù)流的方向表明代碼執(zhí)行的先后順序,對(duì)于一個(gè)程序而言,當(dāng)它所需要的數(shù)據(jù)全部獲取后才得出結(jié)果。虛擬儀器集數(shù)據(jù)的釆集和分析、控制、輸出、人機(jī)交互界面等功能與一身,只要確定了接口設(shè)備,用戶就可以通過(guò)軟件編程來(lái)完成各種功能。虛擬儀器的實(shí)質(zhì)是通過(guò)PC機(jī)各種總線和各種控制器建立通訊,控制器將采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的處理傳給虛擬儀器,虛擬儀器通過(guò)軟件編程對(duì)數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的處理。LabVIEW程序分為前面板和程序框圖兩部分。前面板是用戶接口，用于向程序中輸入各種控制參數(shù)，并以數(shù)字或圖形形式輸出測(cè)試結(jié)果。我們可以把它想象為傳統(tǒng)儀器的面板，面板上自然會(huì)有表頭、按鈕、撥盤(pán)等各種元件。程序框圖是程序的源代碼，可以把它想象為傳統(tǒng)儀器機(jī)箱里用來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器功能的零部件。下面分別介紹一下程序前面板和程序框圖。4.1.1前面板前面板是人機(jī)交互的界面,主要有顯示控件和控制控件構(gòu)成,顯示量主要用于向用戶顯示數(shù)據(jù)和信息,控制控件主要用于用戶向程序發(fā)送控制信號(hào)及數(shù)據(jù)。我們?nèi)绻麑I程序比作一部機(jī)器的話,控制控件相對(duì)于儀器的控制開(kāi)關(guān)和數(shù)據(jù)進(jìn)入端口,而顯示控件相當(dāng)于機(jī)器的顯示屏,把后臺(tái)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析處理后顯示在屏幕上。如圖4.1所示，為前面板的示意圖。圖4.1LabVIEW前面板示意圖4.1.2程序框圖用戶通過(guò)程序框圖編寫(xiě)圖形化源代碼,又稱G代碼,這種代碼類似于傳統(tǒng)編程語(yǔ)言的源代碼,通過(guò)圖形化源代碼對(duì)前面板上的輸入量進(jìn)行控制。節(jié)點(diǎn)的連線表示程序框圖中數(shù)據(jù)的流向。同時(shí),程序框圖中提供了豐富的函數(shù)控件,這些函數(shù)控件能徹底的把工程師從復(fù)雜枯濕的文本編程中走出來(lái)。如圖4.2為程序框圖示意圖。圖4.2LabVIEW程序框圖示意圖4.2光電跟蹤軟件設(shè)計(jì)4.2.1設(shè)計(jì)流程這里的光電跟蹤指的是太陽(yáng)方位的跟蹤,光電跟蹤流程圖如圖4.3所示,程序開(kāi)始運(yùn)行后,根據(jù)光電傳感器采集到太陽(yáng)方位的四路信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、I/V和A/D轉(zhuǎn)換后變成Ua、Ub、Uc、Ud,根據(jù)這四組信號(hào)計(jì)算出太陽(yáng)光斑中心在四象限桂光電池上的當(dāng)量偏移量Ex和Ey,通過(guò)Ex和Ey可以計(jì)算出太陽(yáng)光線在方位角和高度角上的偏移角度βx和βy,如果|βx|和|βy|的值都小于閥值入射角θ,則說(shuō)明太陽(yáng)光線的累積誤差比較小,在允許的誤差范圍內(nèi)近似平行于太陽(yáng)光線,不需要跟蹤。當(dāng)|βx|大于入射角θ,則說(shuō)明光電傳感器的主光軸不與太陽(yáng)光線平行,需要進(jìn)行方位角跟蹤,當(dāng)βx大于0時(shí),說(shuō)明太陽(yáng)光線在方位角方向在向西偏移,則方位角步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)電池板向西轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)βx小于0時(shí),說(shuō)明太陽(yáng)光線在方位角方向向東偏移,則方位角步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)電池板向東轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)|βy|大于入射角θ,則說(shuō)明光電傳感器的主光軸不與太陽(yáng)光線平行,需要進(jìn)行高度角跟蹤,當(dāng)βy大于0時(shí),說(shuō)明太陽(yáng)光線在高度角方向向南偏移,則高度角步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)電池板向南轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)βy小于0時(shí)說(shuō)明太陽(yáng)光線在高度角方向在向北偏移,則高度角步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)電池板向北轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)整完畢后,一次跟蹤結(jié)束。圖4.3光電跟蹤流程圖下位機(jī)光電傳感的數(shù)據(jù)采集流程框圖如圖4.4所示,數(shù)據(jù)采集程序開(kāi)始時(shí),首先將采集次數(shù)初始化為0,STC89C51單片機(jī)將采集到的四路信號(hào)放在一個(gè)數(shù)組中,每采集一次數(shù)據(jù)采集次數(shù)加1,延時(shí)2s后進(jìn)行下一次的數(shù)據(jù)釆集,當(dāng)采集次數(shù)大于設(shè)定值n時(shí),數(shù)據(jù)采集結(jié)束,跳出循環(huán)。最后將采集到的每組數(shù)據(jù)中的四個(gè)值相對(duì)應(yīng)的相加取均值,均值后的結(jié)果為U1、U2、U3、U4。這樣做的主要目的通過(guò)多次數(shù)據(jù)采集減少了由于天氣變化和其它雜光干擾而造成的數(shù)據(jù)波動(dòng),從而可以獲得相對(duì)穩(wěn)定和實(shí)時(shí)反應(yīng)太陽(yáng)光照情況數(shù)據(jù),也提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外,延時(shí)時(shí)間可根據(jù)跟蹤系統(tǒng)安裝地的太陽(yáng)轄射和氣候情況所決定,一般為幾秒至幾十秒;采集數(shù)據(jù)的次數(shù)一般為4至10次,采集次數(shù)并不是越大越好,次數(shù)越多不僅增加了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計(jì)算負(fù)擔(dān),同時(shí)由于次數(shù)過(guò)多,所需的時(shí)間也多,采集的數(shù)據(jù)可能會(huì)與開(kāi)始時(shí)刻的數(shù)據(jù)出入很大,這樣會(huì)降低跟統(tǒng)的穩(wěn)定性和跟蹤的精度,因此采集次數(shù)視情況而定。圖4.4數(shù)據(jù)采集流程圖4.2.2程序設(shè)計(jì)太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)采用光電跟蹤時(shí)高度角和方位角的調(diào)整程序如圖4.5和圖4.6所示。圖4.5為方位角調(diào)整程序,當(dāng)采集到的βx絕對(duì)值大于入射角0.2且值為正數(shù)時(shí),上位機(jī)發(fā)送數(shù)字77給下位機(jī),方位角步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn),即向西轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)采集到的βx絕對(duì)值大于入射角0.2且值為負(fù)數(shù)時(shí),上位機(jī)發(fā)送數(shù)字78給下位機(jī),方位角步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn),即向東轉(zhuǎn)動(dòng)。如果βx的絕對(duì)值比0.2小,說(shuō)明太陽(yáng)光線的累積誤差比較小,在允許的誤差范圍內(nèi)近似于太陽(yáng)光線，不需要跟蹤。圖4.5方位角調(diào)整程序圖4.6為高度角調(diào)整程序，當(dāng)采集到的βx絕對(duì)值大于入射角0.2時(shí)，說(shuō)明光電傳感器的主光軸不與太陽(yáng)光線平行，需要進(jìn)行高度角跟蹤，當(dāng)βy大于0時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)80給下位機(jī)，高度角步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，即向南偏移；當(dāng)βy小于0時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)79給下位機(jī)，高度角步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，即向北偏移；如果βx的絕對(duì)值小于0.2，說(shuō)明太陽(yáng)光線的累積誤差比較小，在允許的誤差范圍內(nèi)近似平行于太陽(yáng)光線，不需要跟蹤。圖4.6高度角調(diào)整程序4.2.3通訊口程序設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)和單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送有兩種通訊方式:串行通訊和并行通訊。由于串行通訊具有成本低、線路少、適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn),而并行通訊雖然傳輸速度快,但是由于線路多容易產(chǎn)生干擾同時(shí)成本髙,因此本課題采用串行接口和上位機(jī)通訊。如圖4.7所示為串口通訊的基本程序。其中通訊口可以選擇coml、com2、com3,本文通訊端口選擇coml口;波特率的選擇有4800、9600、19200,一般來(lái)是說(shuō)波特率越高,傳輸?shù)乃俾室苍娇?但是有時(shí)候有些無(wú)法避免的干擾,核能使某個(gè)頻率段通訊錯(cuò)碼率很高,反而是較低的波特率可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的通訊,本文通訊的波特率選擇9600;對(duì)于串口資源中終止符的設(shè)置,將其設(shè)置為T(mén)RUE,避免當(dāng)通訊過(guò)程中收到ASCII碼為10的字符(即換行符)時(shí)停止結(jié)束數(shù)據(jù),不管后面有沒(méi)有數(shù)據(jù)。在上位機(jī)和下位機(jī)通訊時(shí),主機(jī)和從機(jī)在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)要有一定的時(shí)間間隔,通常時(shí)間間隔設(shè)置為200ms就行了。設(shè)置時(shí)間間隔主要目的是因?yàn)榇谑堑讓佑布?上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到串口需要一定的時(shí)間,同時(shí)單片機(jī)對(duì)上位機(jī)的指令也要一定得反應(yīng)時(shí)間,為了上位機(jī)和下位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)不發(fā)生錯(cuò)亂,因此要時(shí)間延遲。另外還需要設(shè)定的串口讀的最大字節(jié)輸入數(shù),在上位機(jī)和下位機(jī)通訊時(shí),如果設(shè)定的最大字節(jié)輸入數(shù)為50時(shí),如果串口緩沖區(qū)的字節(jié)輸入數(shù)少于50,則程序會(huì)停留在串口讀的節(jié)點(diǎn)上,如果在超時(shí)的時(shí)間(默認(rèn)為20s)內(nèi)沒(méi)有達(dá)到50個(gè)字節(jié)數(shù)的話,程序就會(huì)報(bào)超時(shí)的錯(cuò)誤,解決辦法是加了屬性節(jié)點(diǎn)BytesatPort,目的是讀取當(dāng)前緩沖區(qū)的所有字節(jié)數(shù),不需要任何等待。通訊完畢后要關(guān)閉串口。圖4.7通訊口程序4.3上位機(jī)監(jiān)控界面通過(guò)基于PC的圖形化編程軟件LabVIEW建立人機(jī)界面,用戶可以直觀方便的在前面板上設(shè)置跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),同時(shí)太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)的變化可以直觀的的顯示在人機(jī)界面上,用戶一目了然。4.3.1通訊口監(jiān)控如圖4.8所示，設(shè)置通訊端口以及波特率大小,同時(shí)控制通訊的通斷。圖4.8通訊口設(shè)置4.3.2光電跟蹤監(jiān)控如圖4.9和4.10所示，顯示跟蹤裝置高度角和方位角的跟蹤情況。圖4.9高度角監(jiān)控界面圖4.10方位角監(jiān)控界面4.4光電跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)試測(cè)試過(guò)程中首先將光筒式太陽(yáng)方位檢測(cè)傳感器按照上面介紹的方式水平放置在陽(yáng)光底下進(jìn)行光電跟蹤的實(shí)驗(yàn),每隔20分鐘單片機(jī)采集—次四象限的四路輸出電壓，然后根據(jù)式(2.1)和(2.2)計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻下太陽(yáng)光線在方位角和高度角的偏；移分量Ux和Uy,同時(shí)根據(jù)電子星圖軟件SKYMAP得到相應(yīng)時(shí)間下的太陽(yáng)高度角和方位角的科學(xué)計(jì)算值和，則和可以看作為當(dāng)前時(shí)刻下太陽(yáng)光線的偏移角度值,通過(guò)繪制Ux和以及Uy和a的關(guān)系曲線,看Ux和Uy是否能反映太陽(yáng)光線在方位角和高度角的方向上的偏移角度。圖4.10、圖4.11、圖4.12為2014年4月12號(hào)所測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制的關(guān)系曲線圖。圖4.10太陽(yáng)光線在方位角上偏移角度的關(guān)系曲線由圖4-5所示,由于太陽(yáng)方位角的變化范圍為-1200～1200正午時(shí)刻太陽(yáng)方位角為00,由于正午時(shí)刻之前,太陽(yáng)光線在B和C象限上的光照面積比A和D象限大,所以Ux為負(fù)值,隨著方位角的增大,Ux也逐漸增大,并且在正午時(shí)刻(12點(diǎn)23分)由負(fù)值變?yōu)檎?Ux在下午3點(diǎn)40左右達(dá)到最大值,之后隨著方位角繼續(xù)向西最大,Ux逐漸減小,在日落時(shí)刻為0,因?yàn)殡S著方位角的繼續(xù)最大,超出了光電傳感器的檢測(cè)范圍,太陽(yáng)光落在四象限硅光電池感光區(qū)域的面積逐漸減小,直至為0。通過(guò)上圖我們可以得知，可以直白的表示太陽(yáng)光線在方位角上的變化情況角度。對(duì)于太陽(yáng)光線在高度角上的偏移角度與Uy關(guān)系情況,需要分上午和下午分別來(lái)分析,因?yàn)樵谡鐣r(shí)刻之前,高度角一直增大,正午時(shí)刻之后,高度角逐漸減小。圖4-6為上午太陽(yáng)光線在高度角上的偏移角度a與Uy的關(guān)系曲線圖。圖4-7為下午太陽(yáng)光線在高度角上的偏移角度a與Uy的關(guān)系曲線圖。圖4.11上午太陽(yáng)光線在高度角上的偏移角度a與Uy的關(guān)系曲線圖圖4.12下午太陽(yáng)光線在高度角上的偏移角度與Uy的關(guān)系曲線圖由圖4-10所示,由于太陽(yáng)高度角的而變化范圍是0～900,太陽(yáng)光線在A和B象限上的光照面積比C和D象限大,所以Uy-直大于0。太陽(yáng)光線在正午時(shí)刻之前,太陽(yáng)的高度角一直增大,相應(yīng)的Uy—直增大,直至到正午時(shí)刻達(dá)到最大值。下午太陽(yáng)髙度角由大到小變化,相應(yīng)的Uy也一直減小,直至太陽(yáng)落山時(shí)刻,太陽(yáng)光線變暗,Uy趨于0。所以,通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)可以說(shuō)明太陽(yáng)光線在方位角和高度角的偏移分量Ux和Uy可以很好地反映太陽(yáng)高度角和方位角的變化,因此可以通過(guò)實(shí)時(shí)采集Ux和Uy的值傳給上位機(jī)來(lái)控制跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行光電跟蹤。5總結(jié)經(jīng)過(guò)為期近三個(gè)月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于接近了尾聲。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)我選擇的是基于LabVIEW和單片機(jī)的太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。沒(méi)選題之前我就清楚的知道畢業(yè)設(shè)計(jì)不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工作，后來(lái)開(kāi)始做這項(xiàng)工作時(shí)才深深的體會(huì)到畢業(yè)設(shè)計(jì)到底是個(gè)什么概念，真的需要以一種極其認(rèn)真的態(tài)度對(duì)待畢設(shè)，需要整整一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程來(lái)完成的任務(wù)，真的很不簡(jiǎn)單。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)四年來(lái)的學(xué)習(xí)的一次檢驗(yàn)，這才是對(duì)大學(xué)學(xué)習(xí)真正的考核。紙上得來(lái)終覺(jué)淺，需知此事要躬行。以前總覺(jué)得只要每次的期末考試考個(gè)優(yōu)秀的成績(jī)就很不錯(cuò)了。但是，當(dāng)做了這次的畢設(shè)才覺(jué)得以前的自己在動(dòng)手能力方面還存在欠缺，原來(lái)自己學(xué)的那點(diǎn)知識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以順利完成此次的畢設(shè)。我的畢設(shè)首先要掌握好電力電子技術(shù)，數(shù)模電，單片機(jī)，C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，電機(jī)學(xué)，微機(jī)原理與接口技術(shù)等課程。開(kāi)始的時(shí)候發(fā)現(xiàn)這些知識(shí)基本忘得差不多了，于是又拿著書(shū)重新溫習(xí)了一遍，同時(shí)還要去圖書(shū)館自學(xué)關(guān)于LabVIEW圖形化編程，在網(wǎng)上看教學(xué)視頻，不懂的地方還要加入LabVIEW討論群進(jìn)行討論。這些東西必須自己親自去實(shí)踐，誰(shuí)都替代不了?；居布娐愤€好，可是像控制電路，驅(qū)動(dòng)電路，A/D轉(zhuǎn)換電路之類的實(shí)在是無(wú)從下手，好復(fù)雜。只能根據(jù)查閱的資料分析并加以改善得出最符合設(shè)計(jì)要求的。在畢設(shè)中一些問(wèn)題有時(shí)候?qū)嵲谑窍氩煌?，尤其是做?shí)物模型時(shí)光電板不能很準(zhǔn)確的跟蹤太陽(yáng)光，這里需要處理軟件程序的更改問(wèn)題同時(shí)要進(jìn)行不斷地調(diào)試，原理只是理論，而實(shí)物運(yùn)行則是實(shí)踐，最使我感到頭疼的是關(guān)于LabVIEW的編程和與整個(gè)下位機(jī)系統(tǒng)的通訊，由于始終沒(méi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡的配置問(wèn)題，致使畢設(shè)最終還是沒(méi)能達(dá)到完美的設(shè)計(jì)結(jié)局。除此之外，在畢設(shè)過(guò)程中也毫無(wú)疑問(wèn)提高了自己的獨(dú)立思考與自學(xué)能力，因?yàn)槊總€(gè)人的題目都是獨(dú)一無(wú)二的，不像以往的課程設(shè)計(jì)有人能和你一起探討，所有的知識(shí)都要自己通過(guò)查閱資料來(lái)獲取，每一個(gè)的結(jié)果都要經(jīng)過(guò)在軟件中一次次失敗最后才能得出正確結(jié)果。這也是我最后一次以一個(gè)學(xué)生的身份來(lái)完成一項(xiàng)重要的任務(wù)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我受益匪淺。一路磕磕絆絆，畢設(shè)終于到了最后的階段，畢設(shè)也為我四年的大學(xué)四年學(xué)習(xí)生涯畫(huà)上了圓滿的句號(hào)。附錄A附錄B#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineacharchar#defineAddWr0x90//寫(xiě)數(shù)據(jù)地址#defineAddRd0x91//讀數(shù)據(jù)地址#defineControl_Byte10x0#defineControl_Byte20x1 #defineControl_Byte30x2#defineControl_Byte40x3uintx,y,x1,y1,z1;uchari,a,num1,num2,num3,num4,numx,numy,qian,bai,shi,ge,sd,t1,t2,ADtemp;achart,u,u1;sbitSda=P3^7;//定義總線連接端口sbitScl=P3^6;sbitA1=P1^0;sbitB1=P1^1;sbitC1=P1^2;sbitD1=P1^3;sbitwela=P2^7;sbitdula=P2^6;sbitF1=P1^0;sbitF2=P1^1;sbitF3=P1^2;sbitF4=P1^3;unsignedcharcodeFFW[8]={0xfe,0xfc,0xfd,0xf9,0xfb,0xf3,0xf7,0xf6};//反轉(zhuǎn)unsignedcharcodeZFW[8]={0xf6,0xf7,0xf3,0xfb,0xf9,0xfd,0xfc,0xfe};//正轉(zhuǎn)unsignedintK;unsignedcharcodeFFZ[]={0xEE,0xCC,0xDD,0x99,0xBB,0x33,0x77,0x66}; //反反轉(zhuǎn)unsignedcharcodeZZZ[]={0x66,0x77,0x33,0xBB,0x99,0xDD,0xCC,0xEE};//正正轉(zhuǎn)unsignedcharcodeZFZ[]={0x6E,0x7C,0x3D,0xB9,0x9B,0xD3,0xC7,0xE6}; //正反轉(zhuǎn)unsignedcharcodeFZZ[]={0xE6,0xC7,0xD3,0x9B,0xB9,0x3D,0x7C,0x6E}; //反正轉(zhuǎn)unsignedcharcodeFFM[8]={0xEF,0xCF,0xDF,0x9F,0xBF,0x3F,0x7F,0x6F};unsignedcharcodeZFM[8]={0x6F,0x7F,0x3F,0xBF,0x9F,0xDF,0xCF,0xEF};ucharcodetabledu[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};ucharcodetablewe[]={0xBE,0xDF,0xEF,0xF7,0xFB,0xFD,0xFE};voidmdelay(){;;}voiddelay1(uintz){ for(x=110;x>0;x--) for(y=z;y>0;y--);}voidspeed(uintz){ for(t1=50;t1>0;t1--) for(t2=z;t2>0;t2--);}voiddelay2(uintu){ for(t=u;t>0;t--);}voidinit(){ Scl=1; mdelay(); Sda=1; mdelay();}voidstart(){ Sda=1; mdelay(); Scl=1; mdelay(); Sda=0; mdelay();}voidstop(){ Sda=0; mdelay(); Scl=1; mdelay(); Sda=1; mdelay();}voidrespons(){ uchari=0; Scl=1; mdelay(); while((Sda==1)&&(i<<250))i++; Scl=0; mdelay();}voidwritebyte(uchardate){ uchari,temp; temp=date; for(i=0;i<8;i++) { temp=temp<<1; Scl=0; mdelay(); Sda=CY; mdelay(); Scl=1; mdelay(); } Scl=0; mdelay(); Sda=1; mdelay();}ucharreadbyte(){ uchari,k; Scl=0; mdelay(); Sda=1; for(i=0;i<8;i++) { Scl=1; mdelay(); 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{C1=1;} if(shi==0) {P1=0;} */ //mdelay(); //displays(); //mdelay(); }附錄C參考文獻(xiàn)[1]王國(guó)安,米鴻濤,鄧天宏等.太陽(yáng)高度角和日出日落時(shí)刻太陽(yáng)方位角一年變化范圍的計(jì)算[J].氣象與環(huán)境科學(xué),2007(9):161-164.[2] AlistairB.Sproul.Derivationofthesolargeometricrelationsusingvectoranalysis[J].RenewableEnergy,2007(32):1187-1195.[3]劉海波,王建芳,于海芹等.太陽(yáng)能工程中幾種相關(guān)角度的計(jì)算及應(yīng)用[J].中國(guó)建設(shè)動(dòng)態(tài):陽(yáng)光能源,2010(6