《太阳能自动追光装置设计及制作》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能自动追光装置设计及制作（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录摘要 1关键词 1Abstract 1Keywords 1引言 21 追光系统简介 22 系统原理及各模块论证 22.1 光采集模块 32.2 数据处理模块 32.3 AD转换模块42.4 微控制模块42.5 机械控制模块42.6 电源模块52.7 最终方案53 系统硬件设计及软件设计53.1 系统硬件电路设计 53.1.1 微控制器模块电路 53.1.2 光采集模块电路 53.1.3 AD转换模块电路63.1.4 电机驱动模块电路 63.1.8电源模块电路 83.2 软件系统的设计与实现 83.2.1 光采集模块的控制 83.2.2 程序流程图 84 系统调试 94.1 硬件调试 94.
2、2 软件调试 95 调试方法、现象 105.1 电路的测试方法 135.2 测试仪器及设备 135.3 实物与数据 136 总结 14参考文献： 15附录A错误!未定义书签。附录B1616致谢太阳能自动追踪装置电子信息科学与技术专业学生 英容华指导教师 张冠芬摘要：运用核心元件元件ATmegal6单片机，内含8路高速A/D转换，与传统模块采用 运放电路相比，设计电压采集部分采用AD转换器，以最简洁的电路实现了太阳能电池 板对太阳的垂直跟踪，采用双轴跟踪技术，弥补了其他太阳能跟踪的短板，可实现电池 板对太阳光的全方位垂直跟踪，实现太阳能利用率的最大化，设计机械部分采用立柱式 结构，转动范围东西、
3、南北0-180度，可实现无死区全角度转动，本装置功耗低，抗干 扰能力强，且价格低廉。1关键词：AD转换器；ATmega16单片机；垂直跟踪Solar energy to be automatic tracking deviceStudent majoring in electronic information science and technology professional Ying RonghuaTutor Zhang GuanfenAbstract: The design of the core components ATmega16 microcontroller, contain
4、ing eight road high speed A/D conversion, low power consumption, strong anti-interference ability, and the price is low. And the traditional module USES than amplifier, the design voltage acquisition of the AD converter, more accurate and reliable, low energy consumption. This design with the most c
5、oncise circuit realized the solar panels to the vertical tracking. This design USES the double axes tracking technology, to make up for the other solar tracking short board, can realize the all-round vertical to the sun panels tracking, realize the maximization of the solar energy utilization. As is
6、 known to all, the simple circuit, stability, the higher the better robustness. This design machine of the type structure, turn the east-west and south-north range 0-180 degree, which can realize no dead zone all turning Angle.Keywords: AD converter；ATmega16 single-chip microcomputer; Vertical track
7、ing 引言:随着社会的快速发展，各种污染严重，能源短缺，太阳能作为一种新能源， 取之不尽且具有节能环保双重特点，对太阳能的有效利用符合可持续发展社会大趋势。 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。基于太阳能 以上优势，创作出了本次试验设计。本设计以小模型太阳能电池板为例，只需更换相应 元器件，便可将其应用于各种大型太阳能发电系统。本次设计的太阳能电池板自动跟踪 系统由于其结构简单价格低廉、拥有较高的稳定性、跟踪精度高，对太阳能的利用效率 高等特点，必然会有极大的发展潜力。理论分析表明，太
8、阳能电池板垂直跟踪与非跟踪 相比，发电效率可提高 37.7%，显而易见，其环境效益与经济效益必然是巨大的。12 1 追光系统简介太阳能作为绿色新能源，以其经济、清洁、环保、可持续等优点有着其它能源不可 替代的优势。当前太阳能发电产业正成为我国政府的重点扶持对象。是当前及未来能源 发展的重点。目前国内太阳能发电普遍有以下不足：大多采用电池板固定方式安装，对 能源的利用率较低;少数采用传感器与涡轮蜗杆技术进行追光产品的可靠性差，且价格 较高。克服以上不足我们有如下优势：本设计采用光敏电阻光强比较法实现电池板对太 阳光的垂直跟踪，该系统是以单片机为核心，外加光敏电阻传感设备，步进电机驱动， 机械结构
9、采用两端输出逆止活齿减速器，零回差、自锁、两端同步输出，再由太阳高度 计算公式计算出太阳高度角和太阳方位角两个物理量，核心模块驱动水平和垂直两路步 进电机校正太阳能收集装置的位置，使之与太阳方向垂直。使用智能追光装置后，电池 板的发电效率能提高 30%以上。使太阳能追光机械传动系统进入新的发展阶段。太阳能 作为绿色新能源，是未来能源发展的重点，而现有产品采用固定的太阳能电池板，在太 阳能的采集方面效率低，为此，我们设计了主动式太阳能智能追光装臵。由于在任意时 间、任意地点地球的公转轨道是严格已知的，本装臵利用地方时和纬度精确地计算出太 阳高度角和太阳方位角两个量，通过机械控制部分对太阳能设备进
10、行姿态的调整实现智 能追光。122 系统原理及各模块论证实现从太阳升起开始进行自动跟踪其运行轨迹且始终使太阳能电池板以最佳角度 朝向阳光，有效提高对光能的利用率，将光能转化为电能。本设计对太阳能电池板双轴 自动追踪系统进行了设计。首先，通过测量装置的检测，给出太阳在东西方向和南北方 向的方位信号。然后，此信号与电池板的姿态信号在 ATmega16 系统内进行比较后输出 电机动作信号进而使东西方向的电机转动来调节电池板在东西方向的姿态，同时南北方 向的电机也转动来调节电池板在南北方向的姿态，最终达到太阳能电池板与太阳光垂直 的目的。这样太阳能电池板就不仅能在东西方向上追踪太阳，也能在南北方向上随
11、着太 阳的位置转动。使光照始终与太阳能电池板保持垂直,进而最大化的接收太阳能。同时， 在极端天气下（如连续阴雨，日食等现象），要暂停电机等工作，仅留下测量系统及 ATmega16 控制系统工作，以及时控制电机转动带动电池板转动。风力过大时要对系统采 取二级保护措施本设计采用双轴跟踪技术，弥补了其他太阳能跟踪的短板，可实现电池 板对太阳光的全方位垂直跟踪，实现太阳能利用率的最大化。本设计的核心元件 ATmegal6单片机，内含8路高速A/D转换，功耗低，抗干扰能力强，且价格低廉。与 传统模块采用运放电路相比，本设计电压采集部分采用 AD 转换器，更加精确可靠，能 耗低。本设计以最简洁的电路实现了
12、太阳能电池板对太阳的垂直跟踪。本设计机械部分 采用立柱式结构，转动范围东西、南北 0-180 度，可实现无死区全角度转动。34为实现本系统的功能，下面分别对各个功能模块进行分析论证，整体设计框图如图 2-1 所示。图 2-1 系统整体设计框图2.1 光采集模块方案1：采用光强传感器。用ROHM原装BH1750FVI芯片，光照度范围大，并且传感 器内置16位AD转换器，直接数字输出，省略复杂的计算，省略标定，不区分环境光源， 接近于视觉灵敏度的分光特性，可对广泛的亮度进行1 勒克斯的高精度测定，标准 NXP IIC通信协议，块内部包含通信电平转换，可以与5v单片机直接连接。工作稳定可靠。 但价格
13、贵。方案 2：采用光敏电阻，光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随 入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻 在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导 电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从 而使光敏电阻器的阻值迅速下降。在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达110M欧，在 强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感 性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76） 口m的响应很接近，只要人眼可感受的 光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路
14、简单，可以使设计大为简化。并且性价比高。因此综合考虑到所应用场合和性价比选择了方案2。52.2 数据处理模块方案 1：采用两个鲁性棒的交叉立体式采集。竖杆产生光影，横杆上布置光采集模 块，采集光影子的长度。以此确定太阳光位置。实现垂直对光。但此方案需要加以步进 电机调整横杆采集的方向。并且需要太阳能电池板与控制装置同步同方向。不便于实际 应用。 方案2：环形消影的方法，即用八个光敏电阻围成圆形，圆形上放置影杆。若一个 光敏电阻上出现了影子，则控制电机转动。直到没有影子为止。从而实现垂直对光功能 256设计示意图如图2-2所示。图2-2光采集数据处理模块示意图因此综合考虑到所应用场合和性价比选择
15、了方案2。2.3 AD模块方案1： AD采用的是ATmegal6内部集成的8路10位ADC, 8个单端通道，2个具有 可编程增益（lx, 10x,或200x）的差分通道。在省电模式下，异步定时器继续运行， 允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态； ADC 噪声抑制模式时终 止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关 噪声。4方案2：采用AD0832, ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理 机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口, 从ADC0809的通道IN3输入0 5V之间的模拟量，通过ADC0809转换成数字量在数码管 上以十进制形成显示出来。ADC0809的VREF接+ 5V电压。因此综合考虑到所应用场合和性价比选择了方案1 。2.4 微控制模块方案1：采用Atmel公司的AT89S52单片机，该单片机是一种低功耗的CMOS 8位 微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。片上Flash允许程序存储器在系统 可编程，只能适于常规编程器。在单芯片上，片上资源匮乏，难以直接输出PWM信号和 实现AD转换。方案2： ATmega16是具有16K字节的系统内可编程Flash（具有同时读写的能力， 即RWW），512字节EEPR
