太阳自动跟踪系统的研究

论文摘要

在太阳能发电中,电池板受光面与太阳光线的角度是决定太阳能发电效率的关键因素。为找到一种价格低廉、跟踪精度高的太阳跟踪方法,本论文提出了“一维驱动,二维跟踪”的机械系统方案,并分析研究了用单片机控制步进电机实现太阳跟踪的方法。论文首先分析了太阳跟踪的必要性,对赤道坐标系下的太阳时角、赤纬角,地平坐标系下的太阳高度角、方位角等也进行了理论计算与分析。同时也对太阳跟踪的两种方式进行了理论分析。在综合考虑太阳跟踪特点的基础上,提出了在赤道坐标系下“一维驱动、二维跟踪”的机械传动系统方案,提出了在地平坐标系下利用单片机控制步进电机实现跟踪的策略,设计了相应的控制系统,并对其进行了分析研究。根据控制系统的要求,课题选用了AT89C51单片机作为智能单元,根据单片机的特点和所需实现的功能,着重完成了单片机的外围硬件电路设计和相应的软件设计。论文介绍了误差传感器四象限光电池的制作方法,并介绍了电路设计和工作原理。文中还介绍了利用双坐标步进电机驱动的方法。理论分析和设计结果表明,本方法可以满足太阳跟踪控制的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 光伏技术的发展和潜在市场
• 1.2 当前太阳能应用中的一些问题
• 1.3 太阳跟踪国内外发展现状及发展趋势
• 1.4 课题的意义和主要工作
• 2 太阳跟踪实现的理论依据
• 2.1 太阳能电池的原理
• 2.2 实施太阳跟踪的必要性分析
• 2.3 实现太阳跟踪的理论基础
• 2.3.1 太阳运行的规律
• 2.3.2 太阳时角和时差
• 2.4 太阳跟踪的方式
• 2.5 两种坐标系下太阳跟踪方式的比较
• 3 跟踪系统方案的论证
• 3.1 实现太阳跟踪系统方案的选择
• 3.1.1 极轴式太阳跟踪机械系统方案及其分析
• 3.1.2 光电控制系统分析
• 3.2 课题采用的方案
• 3.2.1 原始系统分析
• 3.2.2 改进措施及分析
• 3.2.3 误差校正
• 4 系统的组成部件及电路设计
• 4.1 智能单元
• 4.2 光电传感器
• 4.2.1 光电传感器概述
• 4.2.2 太阳跟踪光电传感器
• 4.3 采样保持与A/D 转换电路
• 4.4 时钟芯片DS1302
• 5 系统中步进电机的驱动电路
• 5.1 电路设计的理论基础
• 5.2 步进电机概述
• 5.3 双坐标步进电机控制系统
• 5.4 脉冲数的计算
• 6 软件设计
• 6.1 仿真器、编程环境介绍
• 6.2 程序结构
• 6.3 定时器1 溢出中断服务程序
• 6.3.1 控制算法
• 6.3.2 控制量输出
• 6.3.3 A/D 转换及其转换结果处理和分析
• 6.3.4 异常处理
• 7 实验及分析
• 8 结论与展望
• 8.1 本设计的特点
• 8.2 下一步工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录