杨润泽--创新项目申报表--427-龙.doc

韶关学院大学生创新创业训练计划 项目申报表推 荐 学 院 物理与机电工程学院 项 目 名 称 基于GPS的太阳能自动跟踪系统 项 目 类 型 R创新训练项目 创业训练项目 创业实践项目 所属一级学科名称 控制科学与工程 所属二级学科名称 检测技术与自动化装置 项 目 负 责 人 杨润泽 指 导 教 师 龙迎春 申 报 日 期 2014/4/26 项目名称基于GPS的太阳能自动跟踪系统项目类型（ ）创新训练项目 （ ）创业训练项目 （ ）创业实践项目 （ 打 ）项目实施时间起始时间： 2014 年 5月 ；完成时间 2015 年4 月申 请 人 或 申 请 团 队姓名年级学校所在院系专业联系电话E-mail主持人杨润泽12韶关学院物理与机电工程学院自动化系15920153261704317706成 员朱桂旗12韶关学院物理与机电工程学院自动化系18316028256714708527欧令津12韶关学院物理与机电工程学院自动化系18316022171469201367冼建宇12韶关学院物理与机电工程学院自动化慕元庆12韶关学院物理与机电工程学院自动化系18316028251354527219指 导 教 师姓名龙迎春研究方向机电系统控制年龄44专业技术职务行政职务副教授主要成果1、主持韶关市重点科技计划项目“轴承套圈毛坯自动上料计数装包生产线研制”(韶科(教)2005-02)课题，顺利通过了结项验收；2、主持完成韶关学院校级教改项目“应用虚拟实验技术对传统电子电路实验教学模式的改革实践”，并获韶关学院教学成果二等奖；3、主持2011年韶关市产学研项目“面向混合动力汽车机械自动变速器（AMT）控制方法研究”，目前在研；4、主持完成韶关学院第八批教改项目“自动化专业本科人才培养目标和课程体系改革的研究与实践”；5、参与完成韶关市重点科技计划项目“供电仿真设计与接闪器防雷保护范围三维建模研究”、“新型轿车轮毂轴承单元铆合装配的试验研究”，韶关学院校级重点科研项目“全自动恒压变频供水控制系统的研究”等科研课题。6、独立或以第一作者身份公开发表论文10篇。其中EI检索1篇，中文核心期刊3篇。7、指导第八届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛（华南区）获二等奖（2013年）；指导完成省级大学生创新创业训练项目1项，校项目1 项，在研项目2项1、 项目实施的目的、意义伴随着21世纪的临近，世界各国都把本国的经济和人文社会的可持续发展作为其发展的头等大事，但是当前有限的资源和环境保护的迫切需要制约着世界经济的发展。太阳能作为一种清洁无污染的能源，取之不尽，用之不竭。而且太阳能不仅是对于当下这个急需能源的世界的一种能源补充途径，而且也是未来能源结构的基础。因此太阳能具有非常广阔的发展前景。太阳能必将是21世纪能源结构的新主角，成为21世纪后期的能源利用的主力军。因此如何保证太阳能仪器始终尽量保持最大化功率便成了目前研究的热点，而太阳能跟踪系统为提高太阳能装置发电功率提供了一种新的解决方案。目前大多数太阳能聚能器是固定的，由于太阳能资源自身存在一些特点，太阳光的密度低、照射时间间歇、空间分布不断变化等，光照方向和强度是随着时间不断变化的，这就使太阳能资源没有得到充分利用。而且现在国内外的太阳能高温储能利用技术都是使用计算机控制跟踪技术，计算机控制在中小设备中加大了成本投资，跟踪设备能源消耗大，不利于推广普及，一般常用的还有，光电跟踪和根据视日运动轨迹跟踪，但达不到计算机跟踪技术的技术性能。基于以上问题，我们组将设计“基于GPS的太阳能跟踪系统”。 本系统利用GPS的的定位功能，计算出太阳位置变化来调整太阳能电池板的位置使其对太阳进行全天候的自动追踪，不断地得出太阳入射方向相对太阳能电池板的变化并将这一变化反馈到控制系统已调整太阳能电池板的位置，从而使太阳能电池板能够始终正对太阳光的入射方向，这样电池就能接受更多的太阳辐射，最终达到对太阳的最佳接受，这样一来自然就能提高太阳能的光电转换率，促进其在日常生活中的使用。研究表明，把太阳进行自动追踪与太阳能电池板固定位置固定不变，光能的接收率甚至将会相差20%到30%，显而易见，太阳能电池板对太阳进行追踪效果是非常明显的，这种追踪也是非常需要的。利用GPS的定位功能来实现对太阳的自动跟踪技术不无论在实时性还是精确性方面都可以满足自动跟踪太阳的要求。2、 项目研究内容和拟解决的关键问题项目研究内容 本次项目所涉及的研究内容是基于GPS的太阳能自动跟踪系统，即设计一个可对太阳位置进行分析并跟踪的传动系统，以提高太阳能电池板能量转换效率。系统包括GPS定位系统、单片机控制电路、机械执行机构，单片机控制接收GPS定位系统获得的定位信息并驱动机械执行机构，所属机械执行机构包括垂直运动机构及水平运动机构，垂直运动机构及水平运动机构安装在运动箱体上。项目拟解决的关键问题 目前多数太阳能聚能器是固定的，但是由于太阳能资源自身存在一些特点，太阳光的密度低、照射时间间歇、空间分布不断变化等，光照方向和强度都是随着事件不断变化的，这就使太阳能资源没有得到充分的利用，要想在有限时间，有限的使用面积内获取更多的太阳光投入辐射，打到对太阳能的最大吸收状态，进而提高太阳能的利用效率，就要用到对太阳的跟踪技术 对太阳的跟踪与非跟踪。因此本次项目研究内容的关键问题如下1、 GPS部分：对于地理位置如经度、纬度等信息的采集2、 单片机控制部分：对GPS的传输信号进行分析并控制机械执行机构3、 可以加入光电传感器使自动跟踪系统可以对天气进行分析从而找到最大受光面。三、项目研究与实施的基础条件 1、项目主持人具有较好的自动化专业的基础理论知识和基本实践技能， 基本具备了开发太阳能跟踪系统需要具备的专业知识和能力，如单片机知识，用C/C+语言进行编程，了解了GPS应用技术；具有较强的文献查找能力与自学能力，能够胜任项目研究与实施的主要工作；项目组的成员组织结构合理，有利于项目研究与实施工作的开展。2、项目指导教师具有丰富的自动化控制系统工程设计实践经验，并具有自动化专业的专业课程理论教学和指导学生开展专业实践性活动的经验，能够较好地指导本项目的工作。3、校级“电气与自动化技术实验教学示范中心”现已具备本项目开展所需要的主要实验设备，能为设计与制作提供所需的设备支持。四、项目实施方案、技术路线及可行性分析1、项目实施方案： 本次课题的实施方案流程图如下：2、技术路线系统总体工作流程如下：跟踪器开机后检测、判断当前是否白天，若为白天则进入自动跟踪模式，若为夜晚则待机，等待日出。如符合工作（发电）条件，即行进初始定位，由起始位运动到当前方位，运动角度大，范围大，因此根据GPS接受到的信号，计算太阳角度，控制高度角、方位角两台步进电机运动，至当前定位完成。针对系统所需功能采用的技术路线如下：通过GPS定位，将样机的位置传输到系统中使系统可以对当前的位置进行分析进而调整到最佳的角度。用单片机对系统中各部分进行控制，完成逻辑、数据计算工作。基于Keil51单片机开发平台，采用C51程序编程语言完成对整个系统的编写与调试，通过STC-ISP(在系统可编程)将HEX目标文件下载到目标系统中，实现样机系统功运行。各主要功能模块模块作用与实现： (1)GPS定位模块 GPS上电后经过初始化，自动搜索视界内的卫星，接受GPS卫星发来的导航电文信号，经过一系列处理，测出信号从卫星到接受机之间的时间，计算出接受机所处的精度、纬度、日期、时间、海拔、速度等信息。接受机工作期间能不断地接收来自4颗以上的GPS卫星导航信息，再以串口通讯的方式输出进行后续信息处理。(2)信息处理模块 单片机选用STC12C5A40S2单片机。用I/O口连接外部部件GPS和步进电机驱动芯片连接，用模拟信号控制两个步进电机运动。 (3)电机驱动模块由两个步进电机分别驱动高位角、方位角的转动。电路中选用THB6128步进电机驱动芯片。经单片机发送控制脉冲信号给THB6128驱动电路的控制端CLK、CW/CCW、ENABLE等，即能控制步进电机正反转、转动步距数、细分数等动作。（4）扩展部分 可以加入光电传感器模块。通过GPS信息到达目标位置之后，如果天气条件符合跟踪要求，即周围环境光强大于预设阈值，进行光电跟踪，使电机进行微调。5、 项目研究进度安排2013年4月1日至2013年5月31日：项目调研、查阅文献资料，并对资料进行分析；2013年6月1日至2013年6月30日：进行项目系统方案设计，确定各模块的硬件选型；2013年7月1日至2013年9月31日： 传动系统结构设计与制作；2013年10月1日至2013年12月31日：；分模块进行设计与调试；2014年1月1日至2014年3月31日：系统整体调试与可靠性验证2014年4月1日至2014年4月30日：项目总结、结题。6、 预期成果 1、 开发一个基于GPS的太阳能自动跟踪系统样机；2、 完成项目研究报告一份。 七、经费预算序号预算项目预算金额（元）备 注1材料费（太阳能板、GPS模块、单片机、电机）12002实验系统样机制作与加工7003资料打印、复印费100合计2000八、二级学院可以提供的条件物理与机电工程学院、电气与自动化实验教学示范中心对创新项目的研究与开展提供全方位的支持，开放创新实验室及良好的实验条件（计算机、示波器、万用表等测试设备）供开展项目研究工作的学生使用；学校图书馆及学术论文数据库可为项目提供大量参考资料与文献，学院还本项目的开展配备具有相应专业知识与实践经验的指导教师，帮助解决项目开发中遇到的问题；九、导师推荐意见本创新训练项目的提出切合了目前这家节能环保的主题，对于提高清洁能源的利用率具有较强的现实