太阳能自动追光装置设计及制作

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.........................................................32.3AD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.................................................5太阳能自动追踪装置13.1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....................................................53.1.3AD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B...................................................................16致谢....................................................................16菏泽学院本科毕业设计2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ATmega16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、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SolarenergytobeautomatictrackingdeviceStudentmajoringinelectronicinformationscienceandtechnologyprofessionalYingRonghuaTutorZhangGuanfenAbstract:ThedesignofthecorecomponentsATmega16microcontroller,containingeightroadhighspeedA/Dconversion,lowpowerconsumption,stronganti-interferenceability,andthepriceislow.AndthetraditionalmoduleUSESthanamplifier,thedesignvoltageacquisitionoftheADconverter,moreaccurateandreliable,lowenergyconsumption.Thisdesignwiththemostconcisecircuitrealizedthesolarpanelstotheverticaltracking.ThisdesignUSESthedoubleaxestrackingtechnology,tomakeupfortheothersolartrackingshortboard,canrealizetheall-roundverticaltothesunpanelstracking,realizethemaximizationofthesolarenergyutilization.Asisknowntoall,thesimplecircuit,stability,thehigherthebetterrobustness.Thisdesignmachineofthetypestructure,turntheeast-westandsouth-northrange0-180degree,whichcanrealizenodeadzoneallturningAngle.Keywords:ADconverter；ATmega16single-chipmicrocomputer;Verticaltracking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，只需更换相应太阳能自动追踪装置3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。[1][2]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行姿态的调整实现智能追光。[1][2]2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