太阳能自动跟踪系统设计

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1、太阳能自动跟踪系统的设计1 1 设计背景1.1 太阳能的发展现状及本设计的发展前景1.1.1 太阳能的发展现状近两年来国内太阳能电池产业发展很快，特别是受无锡尚德公司在美国上市的影响，太阳能电池企业蜂拥而上。现在，我国大大小小从事太阳能电池硅材料，硅片、电池及组件的生产厂家已不下百家。太阳能电池产量：江苏无锡尚德太阳能电力有限公司，宁波太阳能电源有限公司、中电电气南京光伏科技有限公司、云南天达光伏科技股份公司、上海交大泰阳绿色能源公司等主要的十多家公司总产量约为 110MW。太阳能电池组件生产量：天威英利新能源公司、上海太阳能科技有限公司、江苏林洋新能源公司、新疆新能源公司、浙江昱辉阳光能源公

2、司、西安佳阳能源公司、力诺光伏高科技有限公司、上海超日太阳能科技公司、无锡佳诚太阳能科技有限公司、常州天合光能有限公司、无锡国飞绿色能源有限公司、深圳能联电子有限公司等十多家公司总产量达 220MW 以上。太阳能电池用硅材料产量：河北宁晋单晶硅基地、江苏顺大半导体发展有限公司、四川峨眉半导体材料厂、洛阳中硅高科技有限公司、常州天合光能公司、宁波晶元太阳能有限公司、绍兴精工太阳能有限公司、常州亿晶光电科技有限公司、江苏华日源电子科技有限公司第十多家公司总产量约为 700 吨。太阳能电池制造技术方面：由于硅材料缺乏，价格飞速上涨，极大地促进了硅太阳能电池薄片技术的发展，目前硅片厚度已普遍地从 37

3、0m 降到 240m，有的厂家已减薄到 220m，仍能保持较高的成品率，同时也促进了太阳能电池转化效率的提高，多晶硅太阳能电池一般效率已达到 13 14，有的企业已能批量生产 15的产品；而单晶硅电池效率已普遍达到 14 15，有的企业已能批量生产 16的产品。此外，北京企业星华创股份有限公司已能制造和生产硅太阳能电池和组件的制造设备，特别是一些国产的单晶炉和太阳能电池封装设备已有较高的技术水平。太阳能自动跟踪系统的设计2 1.1.2 太阳能的发展前景现阶段人类面临的最大问题就是能源短缺问题，而环境保护又是现阶段人们所努力倡导的重要任务。解决这两个问题的最有效便捷的途径就是大力发展太阳能的利用

4、，地球每天收到的太阳能约 41015 千瓦时，假如能把这些能源充分利用那将相当于节省了 2.5108 万桶石油，这不仅对解决了能源短缺的问题，而且在一定程度上保护了环境。太阳能清洁无污染、取之不尽、用之不竭，这是其发展迅速的最直接原因而我国每年接收到 335873 千焦每立方厘米，这将是我国不可多得的无污染能源。所以大力发展太阳能才是解决二十一世纪我国乃至全球的最重要任务。 太阳能虽然取之不尽但是它有一定的分散性、方向性和不稳定性，怎么样将其发挥到最好，怎么样更充分的利用这用之不竭的能源才是现阶段太阳能事业发展的最客观的问题。1.2 目前使用的跟踪系统现阶段市场上使用的跟踪系统有单轴太阳能自动

5、跟踪器、步进式太阳能自动跟踪、可自动跟踪的太阳灶、五像限法太阳自动跟踪仪、单轴液压式自动跟踪、极轴式跟踪。不足：结构复杂，跟踪精度不高，不能全自动跟踪。1.3 本设计意义本设计可使太阳光永远垂直照射在接收面上（能量积分） ，提高了太阳能的吸收率和转化率，设计结构简单成本低廉，单片机控制稳定，能自动跟踪阳光，最大面积地吸收太阳光能，合理利用了资源。太阳能自动跟踪系统的设计3 2 设计方案简述本设计以 AT89S51 单片机为控制中心，运用光敏电阻采集光线，用运放LM358 对采集的光线做进一步处理并将最终数据传输给单片机，单片机进行进一步处理并将处理数据传输给电机驱动系统，控制两路电机进行调节电

6、池板的水平方位调整及垂直高度的调整。本设计寻光系统采用单片机作为主控芯片，光敏和运放 LM358 组成光信号采集模块，继电器控制电机的正反转进行电池板的微调。具体控制框图如图 2.1 所示：图 2.1 系统控制框图AT89S51光线检 测LM358电压比较M1M2继电器控制组太阳能自动跟踪系统的设计4 3 详细设计3.1 单片机概述 单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名，具体说就是把中央处理器 CPU(Central processing unit)。随机存储器 RAM（Random access memory） 。只读存储器 ROM（Read only memory） 。中断系统、

7、定时器/计数器以及IO（Input/output）接口电路等主要微型机部件集成在一个芯片上。虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了计算机系统的属性。为此，称它为单片微型计算机 SCMC（Single chip micro computer） ，简称单片机。 单片机主要应用与控制领域，用以实现各种测试和控制功能，为了强调起控制属性，也可以把单片机称为微控制器 MCU（Micro controller unit） 。在国际上， “微控制器”的叫法似乎更通用一些，而在我国则比较习惯用“单片机”这一名称。 单片机在应用时，通常是处于控制系统的核心地位并融入其中，即以嵌入的方式进行使用，

8、为了强调其嵌入的特点，也常常将单片机称为嵌入式微控制器EMCU（Embedded micro controller unit） 。在单片机的电路和结构中，有许多嵌入式应用的特点。 3.1.1 单片机基础 根据控制应用的需要，可以将单片机分成为通用型和专用型两种类型。 通用型单片机是一种基本芯片，他的内部资源比较丰富，性能全面且适用性强，能覆盖多种应用需要。用户可以根据需要设计成各种不同应用的控制系统，即通用单片机有一个在设计的过程，通过用户的进一步设计，才能组建成一个以通用单片机芯片为核心再配以其它外围电路的应用控制系统。然而在单片机的控制应用中，有许多时候是专门针对某个特定产品的，例如电度表

9、和 IC 卡读写器上的单片机等。这种应用的最大特点是针对性强而且数量巨大，为此厂家常与芯片制造商合作，设计和生产专用的单片机芯片。由于专用单片机芯片是针对一种产品或一种控制应用而专门设计的，设计时已经对系统结构的最简化，软硬件资源利用的最优化。3.1.2 单片机与单片机系统 单片机通常是指芯片本身，它是芯片制造商生产的，在它上面集成的是一些太阳能自动跟踪系统的设计5 做为基本组成部分的运算器电路，控制器电路，存储器，中断系统，定时器/计数器以及输入/输出口电路等。但一个单片机芯片并不能把计算机的全部电路都集成到其中，例如组成谐振电路和复位电路的石英晶体，电阻，电容等，这些元件在单片机系统中只能

10、以散件的形式出现。此外，在实际的控制应用中，常常需要扩展外围电路和外围芯片。从中可以看到单片机和单片机系统的差别，即：单片机只是一块芯片，而单片机系统则是在单片机芯片的基础上扩展其它 电路或芯片构成的具有一定应用功能的计算机系统。 通常所说的单片机系统都是为实现某一控制应用需要由用户设计的，是一个围绕单片机芯片而组建的计算机应用系统。在单片机系统中，单片机处于核心地位，是构成单片机系统的硬件和软件基础。3.1.3 MCS-51 系列单片机介绍单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名，具体说就是把中央处理器 CPU(Central processing unit)。随机存储器 RAM（Ra

11、ndom access memory） 。只读存储器 ROM（Read only memory） 。 中断系统、定时器计数器以及 IO（Input/output）接口电路等主要微型机部件集成在一个芯片上。虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了计算机系统的属性。为此，称它为单片微型计算机 SCMC（Single chip micro computer） ，简称单片机。 单片机主要应用与控制领域，用以实现各种测试和控制功能，为了强调起控制属性，也可以把单片机称为微控制器 MCU（Micro controller unit） 。在国际上， “微控制器”的叫法似乎更通用一些，而在我国则

12、比较习惯用“单片机”这一名称。 单片机在应用时，通常是处于控制系统的核心地位并融入其中，即以嵌入的方式进行使用，为了强调其嵌入的特点，也常常将单片机称为嵌入式微控制器EMCU（Embedded micro controller unit） 。在单片机的电路和结构中，有许多嵌入式应用的特点。 3.1.4 单片机基础 根据控制应用的需要，可以将单片机分成为通用型和专用型两种类型。 通用型单片机是一种基本芯片，他的内部资源比较丰富，性能全面且适用性强，能覆盖多种应用需要。用户可以根据需要设计成各种不同应用的控制系统，即通用单片机有一个在设计的过程，通过用户的进一步设计，才能组建成一个以通用单太阳能自

13、动跟踪系统的设计6 片机芯片为核心再配以其它外围电路的应用控制系统。然而在单片机的控制应用中，有许多时候是专门针对某个特定产品的，例如电度表和 IC 卡读写器上的单片机等。这种应用的最大特点是针对性强而且数量巨大，为此厂家常与芯片制造商合作，设计和生产专用的单片机芯片。由于专用单片机芯片是针对一种产品或一种控制应用而专门设计的，设计时已经对系统结构的最简化，软硬件资源利用的最优化， 3.1.5 单片机与单片机系统 单片机通常是指芯片本身，它是芯片制造商生产的，在它上面集成的是一些做为基本组成部分的运算器电路，控制器电路，存储器，中断系统，定时器/计数器以及输入/输出口电路等。但一个单片机芯片并

14、不能把计算机的全部电路都集成到其中，例如组成谐振电路和复位电路的石英晶体，电阻，电容等，这些元件在单片机系统中只能以散件的形式出现。此外，在实际的控制应用中，常常需要扩展外围电路和外围芯片。从中可以看到单片机和单片机系统的差别，即：单片机只是一块芯片，而单片机系统则是在单片机芯片的基础上扩展其它 电路或芯片构成的具有一定应用功能的计算机系统。 通常所说的单片机系统都是为实现某一控制应用需要由用户设计的，是一个围绕单片机芯片而组建的计算机应用系统。在单片机系统中，单片机处于核心地位，是构成单片机系统的硬件和软件基础。3.1.6 单片机应用领域 现在单片机的应用已经很广泛，下面就一些典型方面进行介

15、绍。 （1）工业自动化方面。自动化能使工业系统处于最佳状态，提高经济效益，改善产品质量和减轻劳动强度。因此，自动化技术广泛应用于机械、电子、电力、石油、化工、纺织、食品等轻重工业领域中，而在工业自动化技术中，无论是过程控制技术，数据采集和测控技术，还是生产线上的机器人技术，都需要要有单片机的参与。在工业自动化的领域中，机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、微电子和计算机技术于一体的综合技术中，单片机将发挥越来越大的作用。 （2）仪器仪表方面。现在仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高，对此最好使用单片机来实现，而单片机的使用又将加速仪器仪表向数字化，智能化，多功能化和柔性化方向发展

16、。此外，单片机的使用还有助于提高仪器仪表的精度太阳能自动跟踪系统的设计7 和准确度，简化结构、减小体积及重量而易于携带和使用，并具有降低成本，增强抗干扰的能力，便于增加显示、报警和自诊断等功能。 （3）家用电器方面.当前，家用电器产品的一个重要发展趋势是不断提高其智能化程度，而家电智能化的进一步提高就需要有单片机的参与，所以生产厂家常标榜“电脑控制”以提高其产品的档次，例如洗衣机，电冰箱，空调机，微波炉，电视机和音像视频设备等，这里说的电脑实际上就是单片机。智能化家用电器将给我们带来更大的舒适和方便，进一步改善我们的生活质量，把我们的生活变的更加丰富多彩。 （4）信息和通信产品方面.信息和通信产品的自动化和智能化程度很高，这当然离不开单片机的参与，例如计算机的外部设备和自动化办公设备中，都有单片机在其中发挥着作用。 （5）军事装备方面。科技强军、国防现代化离不开计算机，在现代化的飞机、军舰、坦克、大炮、导弹火箭和雷达等各种军用装备上，都有单片机深入其中。 3.2 单片机最小系统 最小系统就