太阳能光跟踪装置.docx

太阳能光跟踪装置是一种通过低功耗单片机控制的光伏组件光跟踪装置，该装置通过检测光源位置，驱动步进电机，能够自动跟踪太阳光的运动，保证太阳能装置的能量转换局部所在的平面始终与太阳光保持垂直，使太阳能装置能够最大限度的利用太阳能。系统主要包括传感器局部、信号转换电路、单片机系统和电机驱动电路等。系统采用光电检测追踪模式实现对太阳的跟踪。传感器采用光敏电阻，将五个完全相同的光敏电阻分别放置于检测面板的上下左右和中心位置，当太阳光线发生偏离，光敏电阻接收到的光照强度不相同时，通过信号转换电路将信号送给单片机，由单片机分析，控制驱动步进电机正反转。步进电机分为横向步进电机和纵向步进电机两个，横向步进电机带动电池板使其能够在水平方向转动，实现电池板对太阳光的跟踪，纵向步进电机带动电池板在垂直方向能够进行仰角的调整，并通过通信接口将局部数据反响给单片机进行程序上的修正，使其无论在什么时候都能够使电池板与太阳光保持垂直。太阳能追踪系统的开发与研究，减少了太阳能资源的浪费，大幅度提高了对太阳能的利用率。同时太阳能又是一种无污染的清洁能源，加强太阳能的开发，对节约能源、保护环境也有重大的意义。关键词：步进电机；太阳能跟踪；光敏传感器AbstractThesolarenergylighttrackingdeviceisapvmoduleslighttrackingdevicethroughthelowpowerconsumptionMCUcontrol,thedevicethroughthedetectionlightsourceposition,drivesteppingmotor,themovementofthesuncanautomatictracking,ensurethatsolarenergyconversiondevicesintheplaneofthesunalwaysandkeepthevertical,makesolarpowermaximumuseofsolarenergy.Thesystemincludessensorsignalintothecircuit,part,MCUsystemandmotordrivecircuitandsoon.Thesystemadoptsphotoelectricdetectiontrackingmodeltoachievethetrackingofthesun.Sensoradoptsphotoconductiveresistance,makethefiveidenticalPhotoconductiveresistancerespectivelyinplaceofthepanelup,down,leftandrightandtestingcenterposition,whenthesunlighthappendeviation,photoconductiveresistancereceivesthelightintensitythatatthesametime,throughthesignalcircuitwillsignaltoasingle-chipmicrocomputer,bytheone-chipcomputeranalysis,thecontroldrivesteppingmotorandreversing.Steppingmotorisdividedintohorizontalandverticalstepmotorsteppingmotortwo,horizontalsteppingmotordrivepanelswhichcaninhorizontaldirection,torealizethesunpanelstrackingthelight,thelongitudinalsteppingmotordrivepanelsinverticaldirectioncanbeadjustedtotheelevationof,andthroughthecommunicationinterfacewillbepartofdatabacktothefixedontheprogramMCU,makeitnomatterwhattimecanmakepanelsandthelightfromthesuntokeepthevertical.Theresearchanddevelopmentofthesolarenergytrackingsystem,reducethesolarenergywasteofresources,Improvedtheutilizationrateofthesolarenergy.Atthesametimethesolarenergyisakindofpollutionfree,tostrengthenthedevelopmentofsolarenergy,tosavetheenergy,protecttheenvironmentalsohassignificantmeaning.Keywords：steppermotor；solarpowertrack；photosensor目录第1章绪论11.1 课题研究背景与意义11.2 太阳能光跟踪装置的现有科技水平3太阳能利用的开展现状3太阳能光跟踪装置的开展现状51.3 指标参数6第2章太阳能光跟踪装置的方案论证72.1 跟踪方式的选择72.2 单片机的选择92.3 步进电机的选择102.4 步进电机驱动芯片的选择10第3章整体电路设计123.1 系统总体框图123.2 系统总体设计方案分析12光源检测局部设计方案分析12单片机设计方案分析123.2.3DC/DC转换电路设计方案分析13光源跟踪局部设计方案分析13通信模块设计方案分析133.3 整体电路原理说明14第4章各单元电路的设计与分析164.1 信号转换电路的设计164.1.1 LM324功能介绍16信号转换电路164.2 单片机及外围电路的设计174.2.1 ATmega16单片机功能简介17422ATmega16单片机引脚说明18单片机最小系统204.3 步进电机及驱动电路的设计20步进电机特性介绍204.3.1 THB6016H功能简介214.3.2 THB6016H引脚说明21步进电机驱动电路224. 4DC/DC转换电路的设计224.1.1 LM2575功能简介224.1.2 LM2575引脚说明234.1.3 DCZDC转换电路244.5通信接口的设计244.5.1 RS485通信方式的介绍244.5.2 MAX485功能简介254.5.3 MAX485引脚说明254.5.4 RS485接口定义介绍264.5.5 DB9引脚说明26通信接口电路27第5章系统软件说明285.1 主程序流程图285.2 步进电机控制子程序295.3 3通信局部控制子程序30第6章测试方案与测试结果316.1 对DC/DC电路的测试31测试连线框图31测试条件与仪器31测试结果316.2 对步进电机的测试32测试条件与仪器32测试方案32测试结果32第7章结论33参考文献34致谢36附录I英文资料37附录Il电路原理图43附录Ill元器件清单44附录IV局部程序代码46第1章绪论1.1 课题研究背景与意义随着时代的前进，人类社会和经济的开展速度日益增加，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开展的根底，社会经济开展得越快，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。当前，包括我国在内的绝大多数国家都以石油、天然气和煤炭等矿物燃料为主要能源，然而长期以来，世界能源主要依靠的石油和煤炭等矿物燃料，都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。随着矿物燃料的日渐枯竭和全球环境的不断恶化，很多国家都在认真探索能源多样化的途径，积极开展新能源和可再生能源的研究和开发工作。虽然如今煤炭、石油、天然气等矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水能、生物能等可持续能源资源的利用日益重视，在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。据统计，20世纪90年代，全球煤炭和石油的发电量每年增长1%,而太阳能发电每年增长达20%,风力发电的年增长率更是高达26%。预计在未来5至10年内，可持续能源将能够与矿物燃料相抗衡，从而结束矿物燃料一统天下的局面。基于当今世界能源问题和环境保护问题己成为全球的一个“人类面临的最大威胁的严重问题，目前矿物燃料提供了世界商业能源的95%,且其使用在世界范围内以每10年20%的速度增长。这些燃料的燃烧构成改变气候的温室气体的最大排放源，按照可持续开展的目标模式，决不能单靠消耗矿物原料来维持日益增长的能源需求。因此越来越多的国家都在致力于对可再生能源的深度开发和广泛利用。其中具有独特优势的太阳能开发前景广阔。太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有四大优点：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3.75x102kW,极其巨大的。其中到达地球的能量高达1.73xI0UkW,穿过大气层到达地球外表的太阳辐射能大约为8.1xl0"W.在到达地球外表的太阳辐射能中，到达地球陆地外表的辐射能大约为1.7xlO3kw,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，太阳可源源不断供应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。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。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。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；二是在目前的技术开展水平下，有些太阳能利用己具经济性。随着科技的开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。太阳能的利用也有它的缺点：第一，能流密度较低，日照较好的，地面上1平方米的面积所接受的能量只有1千瓦左右。往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置地面积大，用料多，本钱增加。第二，大气影响较大,给使用带来不少困难。尽管相继研究出一系列的太阳能装置如太阳能热水器、太阳能枯燥器、太阳能电池等等，但太阳能的利用还远远不够，究其原因，主要是利用率不高。就目前的太阳能装置而言，如何最大限度的提高太阳能的利用率，仍为国内外学者的研究热点。解决这一问题应从两个方面入手，一是提高太阳能装置的能量转换率，二是提高太阳能的接收效率，前者属于能量转换领域，还有待研究，而后者利用现有的技术那么可解决。太阳跟踪系统为解决这一问题提供了可能。不管哪种太阳能利用设备，如果它的集热装置能始终保持与太阳光垂直,并且收集更多方向上的太阳光，那么，它就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能。但是太阳每时每刻都是在运动着，集热装置假设想收集更多方向上的太阳光，那就必须要跟踪太阳。太阳能的跟踪与非跟踪，能