太阳能自动跟踪装置设计报告

吉林铁道职业技术学院电子制作职业技能大赛（论文）题目太阳能自动跟踪装置设计吉林铁道电子制作职业技能大赛设计报告题目太阳能自动跟踪装置设计主要内容、基本要求等主要内容加强大学生动手操作能力，促进集体荣誉感。基本要求1，利用单片机控制实现太阳能电池板随着太阳（光源）的位置变化而调整自身相应的姿态，以达到太阳光能的最佳利用。2，实现一定的姿态控制精度。3，以低成本、低功耗完成设计并实现目标电路的组装。主要参考资料电路基础、电工技术、电子手工焊接、单片机原理及应用、传感器原理与应用。完成日期指导教师实验组组长课题名称太阳能自动跟踪装置设计指导教师组别组员姓名课题来源设计目的掌握单片机、电机拖动及传感器等基本工作原理，根据任务要求能够设计出简单的自动控制电路。为了达到方便、准确而又不耗费人力资源的情况下，制作一个人工智能电子产品太阳能自动跟踪装置设计。设计要求1，能够实现利用太阳能电池板随着太阳角度而随时转变，从而实现太阳能电池板一直照向太阳。2，能够实现一定的精度控制要求。设计特色利用TRCT5000对系统进行自定位，以达到最佳演示效果。任务完成的阶段内容及时间安排1，2013年5月初，构思方案，设计和论证，若有问题和指导老师沟通，完成方案的设计，进行该设计的程序编写及电路的制作；2，2013年5月中旬，完成对太阳能自动跟踪装置的设计、调试并与指导老师汇报自己的设计进展；3，2013年5月末制作出作品，调试成功后交由指导老师验收成果太阳能自动跟踪装置研制目的人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，太阳能光伏发电是改善生态环境、提高人类生存质量的绿色能源之一，但由于传统太阳能板方向固定，受光时间有限。因此研制可随光移动的太阳能跟随系统。一自动跟踪系统整体设计11系统总体结构本系统包括光电转换器、步进电机、89C5系列单片机以及相应的外围电路等。太阳能电池板可以360度自由旋转。控制机构将分别对水平方向进行调整。单片机加电复位后，首先由TRCT5000构成的定位系统对整个系统进行预置定位，然后单片机将对两光敏电阻采样进来的两个电平进行比较，电平有高电平和低电平两种，若两电平相等则电池板停止转动，若不等单片机将对两电平进行比较判定，驱动步进电机让太阳能板与之相对应转动，实现电池板对太阳的跟踪。图11所示图11系统总体结构12光电转换器光电转换器接收太阳光，将光信号转换成电信号，利用LM339对电信号和基准电压进行比较，单片机根据采集来的信号进行分析比较，得出结果最终控制步进电动机的转动与转向来达到太阳能电池面板始终垂直于入射光线，从而达传感光电单片机驱动器步进电机电源定位到最高效率的利用太阳能。本设计的光敏器件选为光敏电阻。利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理，将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西方向边沿处的下方。如果太阳光垂直照射太阳能电池板时，两个光敏电阻接收到的光强度相同，所以它们的阻值相同，此时电动机不转动。当太阳光方向与电池板垂直方向有夹角时，接收光强多的光敏电阻阻值减少，驱动电动机转动，直至两个光敏电阻上的光照强度相同，称为光敏电阻光强比较法。其优点在于控制较精确且电路比较容易实现。13光电转换电路，下图13所示中光电转换电路是其中的一组，另一组电路与此相同。当阳光正对太阳能板时，光敏电阻R1、R2都是高电阻，A、B两点光照相等。四运放LM339的输出的电压相同，单片机收到的信号相等，所以单片机不控制电动机转动。若阳光发生倾斜，使RL被阳光射中呈低电阻，则A点输出电位比B点输出电位高。单片机控制ULN2003控制步进电机向R1倾斜。反之则毅然。图13二单片机及其外围电路21单片机的选择及外围电路AT89C51是51系列单片机的一个型号，采用双列直插封装（DIP），有40个引脚。22外围电路电源管理部分电路由普通单片机或电脑USB输出口供5V电压。三步进电动机及驱动电路31步进电动机介绍步进电机其功用是将脉冲电信号变换相应的角位脉电号电动机就转动一个角度或前进一步。因此非常适合单片机控制。本实验采用永磁式步进电功机。步进电机流程图图31步进电示意图步进电机电源步进电机驱动器四驱动电路41ULN2003高耐压、大电流复合晶体管ICULN2003概述与特点ULN2003是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN复合晶体管组成。五系统的实现51光敏电阻光强比较法利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理，将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西方向边沿处的下方。如果太阳光垂直照射太阳能电池板时，两个光敏电阻接收到的光照强度相同，所以它们的阻值完全相等，此时电动机不转动。当太阳光方向与电池板垂直方向有夹角时，接收光强多的光敏电阻阻值减小，驱动电动机转动，直至两个光敏电阻上的光照强度相同。其优点在于控制较精确，且电路也比较容易实现。其控制主要由以下三部分来完成A信号采集部分用光敏电阻实现信号采集的电路原理为桥式电路，电路的输出信号只与照射在两个光敏电阻上光强的相对值有关，不受外界环境的影响，增加了装置的抗干扰能力。B数据处理部分采用非倒向放大接法，由运算放大器及其外围电阻组成线性放大单元。零电位调整单元以抵消零点漂移的直流信号。因调零后包含一定量的负脉冲信号，用反相单元为下一级电路提供正电压信号。对输入信号进行判断，当输出信号的强度大于一定值时，给下一级一个高电平信号；反之，提供低电平信号，这样能屏蔽一些微小信号的扰动，使系统的工作更稳定。C控制单元根据前一级送出的触发信号，控制电动机的工作状态。由于继电器在实现逻辑过程中需要的吸合电流较大，会造成整体电路的耗电增大；另外，继电器的反应速度很慢，灵敏度不高，会造成设备整体灵敏度及精确度下降。45图45光敏电阻放置52系统的流程图开机之后，上电复位，系统进行初始化，初始化之后，系统首先判断当时是白天还是黑夜，若是黑夜，则系统启用中断处理程序，进入等待状态，系统进入光电追踪模式。系统主流程图太阳能板12NNYYYN图52系统主流程图光敏电阻光强比较法流程图这部分的程序设计很简单，只需要单片机检测2个光敏电阻所对应的单片机的2个引脚的电位的高低，就可以判断当时太阳的朝向，并对电动机发出相应的命令，程序流程图如图53示系统初始化定位DINGWEI开始日出传感器跟踪电机要驱动吗步进电机驱动NNYNY图53光敏电阻光强比较法流程图开始R1是否小于R2R3是否小于R4电机正转电机正转电机反转电机反转返回程序INCLUDE/51芯片管脚定义头文件INCLUDE/内部包含延时函数_NOP_DEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTUCHARCODEFFW80X01,0X03,0X02,0X06,0X04,0X0C,0X08,0X09/四相八拍正转编码UCHARCODEREV80X09,0X08,0X0C,0X04,0X06,0X02,0X03,0X01/四相八拍反转编码SBITK1P32/正转SBITK2P33/反转SBITK3P34/停止SBITKKP10/定位SBITAP11/右位SBITBBP12/左位/延时T毫秒/110592MHZ时钟，延时约1MS/VOIDDELAYUINTTUINTKWHILETFORK0K125K/VOIDDELAYBUCHARX/X014MSUCHARIWHILEXFORI0I13I/步进电机正转/VOIDMOTOR_FFWUCHARIUINTJFORJ0J8J/转1N圈IFK30BREAK/退出此循环程序FORI0I8I/一个周期转45度P2FFWI/取数据DELAY2/调节转速/VOIDMOTOR_FFWUCHARI/IFK30/BREAK/退出此循环程序FORI0I8I/一个周期转45度P2FFWI/取数据DELAY2/调节转速/步进电机反转/VOIDMOTOR_REVUCHARIUINTJFORJ0J8J/转1N圈IFK30BREAK/退出此循环程序FORI0I8I/一个周期转45度P2REVI/取数据DELAY2/调节转速/VOIDMOTOR_REVUCHARI/IFK30/BREAK/退出此循环程序FORI0I8I/一个周期转45度P2REVI/取数据DELAY2/调节转速/主程序/MAINUCHARRRR,RR,NUM0DOMOTOR_FFWWHILEKK0/定位寻开始位置WHILE1IFA1RR100RRMOTOR_REV/步进电机反转NUMIFNUM99|A0BREAKFORRR0RR100RRMOTOR_FFW/步进电机反转NUMIFNUM0|A0IFA0IFA0|BB0BREAK/IFA0RR100RRMOTOR