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1、 本科生毕业论文（设计）本科生毕业论文（设计）中文题目中文题目 双轴分段式太阳跟踪系统的设计 英文题目英文题目 Design of a Two Axis Segmented Solar Tracking System 学生姓名学生姓名 班级班级 学号学号 学学 院院 专专 业业 指导教师指导教师 职称职称 学士学位论文（设计）承诺书本人郑重承诺：所呈交的学士学位毕业论文（设计），是本人在指导教师的指导下，独立进行实验、设计、调研等工作基础上取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品成果。对本人实验或设计中做出重要贡献的个人或集体，均已在文
2、中以明确的方式注明。本人完全意识到本承诺书的法律结果由本人承担。学士学位论文（设计）作者签名：年 月 日摘摘 要要近年来，随着不可再生资源的趋于枯竭，和石油煤炭等资源带来的严重空气污染，具有清洁无污染特性的太阳能越来越受到人们的重视。目前最为普遍的方法是通过太阳能电池板把太阳能转化为电能，然而由于地球自转的因素，太阳相对于电池板的角度，在一天中不断发生着变化，从而导致的固定式的太阳能电池板无法对太阳能进行充分的吸收，因此在提高太阳能的利用效率方面，太阳跟踪装置与系统，越来越受到人们的重视。根据天文学知识，我们可以知道，太阳每时每刻在天空中的位置，是可以通过计算得出来的。通过计算出来的方位角和高
3、度角来跟踪太阳的跟踪系统，被称为主动跟踪系统。本文介绍了一种双轴分段式太阳跟踪系统的设计方法。该系统的控制方式是分段控制，即每隔一定的时间段，调整一次太阳能电池板的姿态。由于控制的是太阳能电池板正对方向的方位角和高度角两个变量，所以机械结构上有两个转轴。所以该系统被称为双轴分段式太阳跟踪系统。本系统的单片机采用了 STC 公司出品的 STC89C52 单片机进行控制。该系统是通过单片机控制两个步进电动机，按照太阳方位随时间变化的规律，来分段跟踪太阳的方位角和高度角两个变量的。同时该系统还具有一定对于极端天气的应急响应能力，能够在大风和大雪的天气下，放平或竖起电池板，以防止大风和大雪对于太阳能电
4、池板造成的破坏。关键词： 太阳跟踪系统 分段控制 单片机 极端天气应急响应 ABSTRACTIn recent years, with the depletion of non renewable resources, and the serious air pollution caused by oil and coal, the solar energy has been paid more and more attention. At present, the most common method is to solar energy is transformed into electr
5、ic energy through the solar cell board, however due to the rotation of the earth, the sun relative to the angle of the panels, in a day in constantly changing, which leads to the fixed solar panels cannot of solar energy is fully absorbed, so improve the solar energy utilization efficiency, solar tr
6、acking devices and systems, more and more people have attention.According to the knowledge of astronomy, we can know that the position of the sun in the sky all the time, can be calculated through the. By calculating the azimuth and elevation angle to track the sun tracking system, known as the acti
7、ve tracking system. This paper introduces a design method of a two axis segmented solar tracking system. The control method of the system is the subsection control, that is, the attitude of the solar cell panel is adjusted once every certain period of time. Due to the control of the solar panel is t
8、he direction of the azimuth and elevation angle of two variables, so there are two mechanical structure on the shaft. So the system is called the double axis segmented solar tracking system. This system uses the monolithic computer STC company produces the STC89C52 microcontroller to carry on the co
9、ntrol.The system is to control two stepper motors through the microcontroller, according to the law of the suns azimuth with time, to track the suns azimuth and elevation angle of the two variables. Also the system also has certain for emergency response capability of extreme weather, high winds and
10、 heavy snow weather, flat or raised panels, in order to prevent the damage caused by high winds and heavy snow for solar panels.Keywords: Solar Tracking System subsection control microcontrollerExtreme weather emergency response目目 录录第 1 章 绪论 1 1.1 课题的背景和意义 .1 1.2 太阳跟踪系统及相关行业的的发展 .2 1.3 设计要求及本文的主要内容
11、.6 1.4 本章小结 .7 第 2 章 太阳跟踪方案的确立 8 2.1 单片机 STC89C52 .8 2.2 单片机开发工具软件 Keil .8 2.3 步进电机驱动器 A4988 9 2.4 时钟芯片 11 2.5 控制方案的确立 13 2.5 本章小结 20 第 3 章 太阳跟踪系统的硬件部分 .21 3.1 机械结构的设计 21 3.2 硬件电路的设计 23 3.3 本章小结 27 第 4 章 太阳跟踪系统的软件部分 .28 4.1 水平方位跟踪控制程序（单片机 1） .28 4.2 高度角跟踪和应急天气相应程序（单片机 2） .32 4.3 本章小结 39 第 5 章 设计成果和工
12、作总结 .40 5.1 设计成果 40 5.2 全文工作总结 40 5.3 未来值得优化的部分 42 参 考 文 献 .43 致 谢 44第第 1 章章 绪论绪论1.1 课题的背景和意义课题的背景和意义自 2012 年以来，覆盖全国的持续性雾霾以及 pm2.5 污染，引起了全国人民的广泛关注。以石油、煤炭为主的传统能源，受到了人们的广泛质疑和诟病。因此，改变我国以高耗能、高污染为特色的传统能源结构，成为了各行各业所讨论的焦点。在气候变化和化石能源日益短缺的大背景下，可再生能源和清洁能源越来越受到人们的关注。在众多新能源类型中，太阳能具有以下特点：并存在枯竭的问题，可谓是取之不尽，用之不竭；绝对
13、清洁，太阳能的获取和利用不会产生任何的污染；不受地域和资源分布的限制，凡是太阳照得到的地方，该能源就可以被利用；使用方便，可在用电处就近发电，特别适用于人迹稀少、交通不便的偏僻地区；获取能源花费的时间短，太阳能的电能的转化是瞬时产生的。其不足之处是：照射的能量分布密度小，要获得足够的功率，就要占用巨大的面积；获得的能源质量同四季、昼夜及阴晴等气象条件以及发电场所所处的地形地貌和纬度高低有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新兴能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的高度重视，各国纷纷在太阳能的开发利用方面做了大量的研究工作。时至今日，论中国光伏产业的规模，随着近年来国家经济实力的起飞，早已经雄踞
14、全球首位。然而在对于太阳能的精细利用和发电效率上，与发达国家还有着一定差距。同时，光伏发电在能源结构上的比例，还是比较微弱，但这也预示着光伏发电在我国极其巨大的发展潜力。在十三五规划中，中国政府对于光伏产业给予了很高的期待。在此期间，中国政府将会投入巨大的精力用于促进光伏产业的发展，我国政府所关注的重点不仅仅是扩大光伏发电场所的分布规模门口，更把提高科技产业附加值，提高转换效率，大幅度降低生产成本，以及提高整个光伏制造业产业链的竞争力，作为政策扶持的重点。2015 年 10 月 12 日，在北京举办的中国光伏领袖峰会上，国家能源局新能源和可再生能源司副司长梁志鹏通过媒体向外界传递了这样的信息：
15、他认为中国的光伏行业目前处于一个关键的转型期，在此期间，中国的光伏产业将实现规模扩张型发展模式转变到质量效益型发展模式的根本性转变。政府期待在这个转型期内，光伏产业能够逐渐提高产业的竞争力，逐步摆脱对政府补贴政策的依赖，实现独立发展。中国政府相关部门已经制定了在 2020 前实现年非化石能源占能源消费比例达到 15%的目标，光伏产业业内人士已经在讨论上调 1 亿千瓦的光伏产业发展预设目标，估计甚至有可能调高一倍，达到2 亿千瓦。国务院提出了“中国制造 2025”的宏伟目标，期待我国的高端制造业能够在能世界上打出响亮的民族品牌。要提高制造业产品附加值，就必须在全产业链的各个环节提升竞争力，发扬“
16、工匠精神”，实现精细化发展。特别是要掌握各种核心技术，加强研发力量，使产业不断迭代升级。基于这种战略思路，对于光伏产业而言，提升太阳能电池板的转化效率，成为了本产业的一项关键技术。受限于当前材料科学的发展水平，目前太阳能电池板的转化效率仅为 10%20%，我们很有必要采取其他能够有效提升效率的的思路。理论分析表明，固定式和具有跟踪功能的太阳电池板相比，能量的接收率相差 37.7%。所以说，为太阳能电池板安装跟踪装置，对于增加光伏发电产能，提高对太阳能的利用率，具有极为重要的意义。1.2 太阳跟踪系统及相关行业的的发展太阳跟踪系统及相关行业的的发展1.2.1 太阳跟踪系统太阳跟踪系统根据跟踪装置的工作原理，太阳跟踪系统可分为主动式和被动式。主动式跟踪系统，它的工作原理是根据安装地点的经纬度和当地时间
