基于ARM的太阳自动跟踪系统设计

论文摘要

近年来,随着能源危机和环境污染的日益加剧,人们开始加速了对新能源的研究和开发。而太阳能以其能量分布的广泛性以及清洁安全等优点受到了格外的青睐。2000年德国率先颁布“可再生能源法”(EEG法案),规定以对光伏发电并网补贴的方式,支持光伏产业的发展。同时美国、日本、西班牙和中国等国家也相继推出了促进太阳能光伏产业发展的规划,太阳能电池开始得到了广泛的应用。由于地球的自转和公转,导致了地球表面太阳光的分布具有分散性和方向性,固定太阳能发电系统接受到的太阳光能量会随着太阳光入射角的变化而改变。为了提高太阳能光伏发电系统的发电量,就需要保持太阳能电池板垂直于入射太阳光。因此,太阳自动跟踪技术的研究,对提高太阳能光电转换效率,高效、合理地应用太阳能具有重要的意义。本论文设计并实现了基于32位ARM微控制器S3C2440的嵌入式太阳自动跟踪系统。系统的控制部分采用视日轨迹跟踪,利用太阳轨迹跟踪算法,通过C语言编写出相应的程序,计算得出己知地点当前时刻太阳的高度角和方位角,实现对双轴太阳跟踪系统的开环跟踪控制。系统添加了手动控制模块,能够直接通过按钮来实现系统位置的手动控制,以便于对系统进行调试和维护。同时实现了用户通过Web网络对系统的实时监控,并且当系统采集温度传感器的数值超过系统设定的阈值时,将自动进行超温报警,并控制GPRS模块将此温度异常通过短信的形式发送到用户手机。结果表明该系统性能稳定,实时性好,能够有效地提高太阳能的利用率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 太阳能简介
• 1.2 太阳能光伏发电
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 太阳跟踪器的发展历程及现状
• 1.5 论文主要研究内容
• 第2章 跟踪系统总体设计方案
• 2.1 被动跟踪系统
• 2.2 主动太阳跟踪器
• 2.2.1 光电跟踪方法
• 2.2.2 视日轨迹方法
• 2.3 单轴跟踪和双轴跟踪
• 2.3.1 单轴跟踪
• 2.3.2 双轴跟踪
• 2.4 视日轨迹跟踪原理
• 2.4.1 太阳跟踪算法
• 2.4.2 高度角方位角及均时差
• 2.4.3 太阳高度角和方位角的计算
• 2.4.4 日出日落时间以及日照时间
• 2.5 太阳跟踪系统总体设计
• 第3章 系统开发平台实现
• 3.1 嵌入式系统概论
• 3.2 系统总体功能设计
• 3.3 硬件平台设计
• 3.3.1 微处理器S3C2440A
• 3.3.2 存储器
• 3.3.3 网络控制器
• 3.3.4 数字温度传感器
• 3.3.5 GPRS模块
• 3.3.6 步进电机驱动
• 3.4 软件平台设计
• 3.4.1 建立交叉开发环境
• 3.4.2 引导加载程序
• 3.4.3 内核定制与移植
• 3.4.4 制作根文件系统
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 太阳自动跟踪程序设计
• 4.2 超温报警程序设计
• 4.3 太阳轨迹跟踪算法设计
• 4.3.1 方位角和高度角计算
• 4.3.2 日出日落时间计算
• 4.4 设备驱动设计
• 4.4.1 电机控制端口驱动
• 4.4.2 DS18B20驱动
• 4.4.3 驱动的添加
• 4.5 太阳跟踪网络监控程序设计
• 4.5.1 Web服务器Boa的移植
• 4.5.2 CGI程序设计
• 4.5.3 网络监控系统显示界面
• 4.6 系统调试结果分析
• 4.6.1 算法结果与系统累积误差分析
• 4.6.2 太阳跟踪实验
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢