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基于单片机的太阳能自动跟踪控制系统.pdf

发布时间：2022-06-25 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.80M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    毕业设计（论文） 题 目： 基于 89C52 的太阳能自动跟踪 控制系统的设计 学 院： 测试与光电工程学院 专业名称： 无损检测 班级学号： 10081319 学生姓名： 郭志军 指导教师： 付跃文 二 O 一四年 六 月
    毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计(论文)题目： 基于 89C52 的太阳能自动跟踪控制系统的设计 II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求： 1、原始资料：若干参考文献、单片机开发板。 2、设计技术要求 （1）查阅国内外文献，了解总结国内外太阳能自动跟踪控制器的理论及方法。 （2）设计制作太阳能电池板自动跟踪模型，使其在单片机控制下能跟踪太阳能。 （3）采用不同的跟踪环境提取实验数据，分析影响系统跟踪精度相关因素。 （4）通过对实验数据的观察对比，对太阳能自动跟踪系统进行总结和分析。 III、毕 业设计(论文)工作内容及完成时间： 1．查阅文献资料，英文资料翻译，撰写开题报告。 02.24－03.20 2．初步设计实验方案，购买实验用元件。 03.21－04.11 3．进行初步实验仿真并初步调试。 04.12－04.25 4．根据实验仿真电路进行硬件连接。 04.26－05.16 6．资料归档，进行课题总结。 06.01－06.06 7．撰写毕业论文，答辩。 06.07－06.20
    Ⅳ 、主 要参考资料： [1] 李申生．太阳能．北京人民教育出版社[M]，2002:12-14. [2] 王炳忠．太阳能—未来能源之星．高教出版社[M]，2000:20-21. [3] 杨丰涛．基于单片机的太阳光追踪系统研究[D]．中北大学．2013 [4] 徐文灿，袁俊等．太阳能自动跟踪系统的探索与实验[J]．物理实验，2003，23(9)： 45-48. [5] Kribus，A.，Sytnik，A， Mechanical design of new intelligent auto tracking device[J]．Solar Energy Project, 211-216, 2006. [6] A.Yazidil , F.Betin．The research on method of tracking in solar energy utilization[J]．Solar Energy Project, 2003, 23(1):18-21,. 测试与光电工程 学院 测控技术与仪器 专业类 100813 班 学生（签名）： 日期： 自 2014 年 2 月 24 日 至 2014 年 6 月 20 日 指导教师（签名）： 助理指导教师(并指出所负责的部分)： 测控技术与仪器 系（室）主任（签名）： 附注:任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页
    学士学位论文原创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了 文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形 式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究 作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声 明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 日期： 导师签名： 日期：
    基于 89C52 的太阳能自动跟踪控制系统的设计 学生姓名：郭志军 班级：100813 指导老师：付跃文 摘要：经济的快速发展导致能源的不断消耗，这使得人类面临越来越严重的环 境及能源危机，而太阳能作为一种清洁、取之不尽用之不竭的新型能源，受到了 人们越来越多的重视。但太阳能同时又存在着许多缺点，比如空间分布不断变化、 间歇性、低密度等，这就使得对太阳能的收集和利用难度大、成本高。本文着重 对太阳能的自动跟踪进行了研究，旨在减小太阳光与太阳能电池板之间的夹角， 从而提高对太阳能的接收效率。 本文设计了一种基于 89C52 的双轴太阳能自动跟踪系统，该设计由 5 大模块 组成，包括机械执行模块、光电转换模块、单片机控制模块、信号调理模块、白 天黑夜检测模块。系统利用 8 路光敏电阻 GL3516 将光信号转换为电信号，并将 转换的电信号送给电压比较器 LM358 进行比较，比较后的信号送给单片机作为系 统的控制信号，再由单片机进行运算和处理来判断太阳光与太阳能电池板的相对 位置，并输出相应的脉冲来驱动步进电机转动，使之与阳光保持垂直，从而实现 对太阳能的自动跟踪。 系统测试结果表明，跟踪精度符合预期设计要求，达到了自动跟踪太阳能的 目的。 关键词：太阳能，89C52，双轴跟踪，光电转换，步进电机 指导老师签名：
    Design of solar automatic tracking control system based on 89C52 Student name: Guo Zhijun Class: 100813 Supervisor: Fu Yuewen Abstract : With the rapid development of economy, the use of energy makes the human race is faced more and more environmental and energy crisis. As we all know, solar energy is a clean, inexhaustible new energy, so it attracting more and more people’s attention. But it always has solar energy and spatial distribution of the changing , intermittent, low density and other shortcomings, these makes the using and collection solar energy is difficult and costly. The solar energy automatic tracking technology is studied in this paper, and in order to improve the collection efficiency of solar energy, it is designed to reduce solar incidence Angle between incident light and solar energy cells in this paper. This paper presents a dual-axis solar automation tracking system based 89C52, the design consists of five major modules, including mechanical control module, photoelectric conversion module, single-chip microcomputer control module, signal conditioning module, day and night detection module. 8-ways photoresistor GL3516 is used to convert light signals into electrical signals, and the output signal is putted into voltage comparator LM358, then comparator output electric signal is putted into the micro-controller as control signal of the system, the calculations and processing results of micro-controller is used to determine the solar height and orientation, and the stepper motor is used to receive the micro-controller corresponding pulse, then the stepper motor is followed with the solar energy’s move. Test results show that system tracking precision is accorded with the expected design requirements, and achieved the purpose of automatic tracking solar energy. Keyword: solar energy, 89C52, dual-axis tracking, photoelectric conversion, stepper motor Signature of supervisor:
    1 绪论 目 录 1.1 课题背景及研究意义 .................................................................. 1 1.2 国内外的研究状况....................................................................... 2 1.3 本课题的主要内容及意义 ......................................................... 4 2 太阳能自动跟踪控制系统理论基础 2.1 跟踪方案的比较选择 .................................................................. 5 2.1.1 视日运动轨迹跟踪 .................................................................. 5 2.1.2 光电跟踪 .................................................................................. 5 2.1.3 视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合 ................................... 6 2.2 机械执行部分选择....................................................................... 6 2.3 本设计方案选择的器件 .............................................................. 9 2.3.1 单刀双掷继电器 N4100FHS3DC5V ........................................ 9 2.3.2 光敏电阻 GL3516 .................................................................... 9 2.3.3 电压比较器 LM358 ............................................................... 10 2.3.4 单片机 STC89C52 .................................................................. 11 2.3.5 步进电机 28BYJ-48 ................................................................ 11 3 系统结构的设计及实现 3.1 系统总体框图.............................................................................. 13 3.2 白天黑夜检测模块..................................................................... 13 3.3 光电转换模块.............................................................................. 14 3.4 信号调理模块.............................................................................. 15 3.5 单片机控制模块 ......................................................................... 16 3.6 机械控制模块.............................................................................. 20 4 太阳能自动跟踪控制系统的测试与调试 4.1 调试所需器材 ............................................................................... 21 4.2 工作状态测试 ............................................................................... 22 总结与展望 ................................................................................................ 25 参考文献 ..................................................................................................... 26 致谢 .............................................................................................................. 27 附录 .............................................................................................................. 28
    南昌航空大学 2014 届学士学位论文 基于 89C52 的太阳能自动跟踪控制系统的设计 1 绪论 1.1 课题背景及研究意义 进入 21 世纪，随着经济的发展，人们对于能源的需求也越来越大，能源危机也 越来越凸显。据有关部门的资料显示，全世界商业能源的 95%左右来自于化石燃料， 而且还在以 20%的速度在持续增长。而化石能源是有限的，约莫为 1190—1620 亿吨， 天然气总存储量为 141—163 立方米。若按此速率进行估算，预计地球上可以开发利 用的化石能源将在数十年内耗损殆尽[1]。 尽管我们相信，在未来的若干年中，传统矿物燃料仍在能源结构中占很大比重， 但人类也已经认识到，矿物燃料作为一种不可再生能源，终究会有用完的一天，因此 必须提高对像太阳能等新型能源的重视。据有关部门统计，上世纪末，全球化石燃料 的发电量每年增长 1%左右，而太阳能发电量每年增长达 20%左右，风力发电更是增长 达 26%左右。预计在未来 5 到 10 年内，新型可持续能源能够与经典矿物燃料相抗衡， 从而结束矿物燃料一统天下的现状[2]。与日益枯竭的化石能源来说，太阳能似乎有很 大的应用前景。 纵然太阳能有如此大的应用前景，但也有其局限性，比如空间分布不断变化、间 歇性、低密度等，这就使得对其收集和利用提出了很高的要求。因此，国内外已有众 多学者对如何提高太阳能的利用率进行了研究，问题主要从两个方面入手，一是提高 太阳能装置的能量转换率，二是提高对太阳能的接收率，前者属于能量转换领域，还 有待于进行进一步研究，而后者属于接收领域，利用现有装置及技术就可以进行解决， 即太阳能跟踪技术。众所周知，不管何种太阳能设备，只要其接收装置始终与太阳光 保持垂直，那就可在有限的使用面积内接收更多的太阳能，也即提高了其接收效率。 但太阳光在不断的运动着，要想始终保持接收装置与太阳保持垂直，那么就必须对太 阳进行跟踪[2]。 据有关科研人员进行的实验结果表明：对太阳进行跟踪的设备与不进行跟踪的 设备相比，太阳能的接收效率高出 37.7%，很明显对太阳进行跟踪有比较大的现实意 义[3]。本课题正是基于这样一种思想，利用单片机实现对太阳的自动追踪，时刻保 1
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