太阳光入射角光电检测装置_开题报告

1、齐 齐 哈 尔 大 学毕业设计开题报告题 目 太阳光入射角光电检测装置 学 院 通信与电子工程学院 专业班级 电子085班 学生姓名 董 建 指导教师 苗 凤 娟 2012年03月20日毕业设计（论文）开题报告一、选题的依据、意义和理论或实际应用方面的价值光源自动跟踪系统在日常生活中经常见到，光源跟踪技术可以应用到太阳追踪系统、太阳能电池板自动跟踪太阳系统，当今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，但是太阳能又存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点，这就使目前的一系列太阳能设备对太阳能的利用率不高，加装了智

2、能太阳跟踪仪的太阳能发电系统安装在高速行驶的汽车、火车，以及通讯应急车、特种军用汽车、军舰或轮船上，不论系统向何方行驶、如何调头、拐弯，该太阳能跟踪系统都能保证设备的要求跟踪部位正对太阳，太阳光入射角光电检测装置解决了太阳能利用率不高的问题。光源跟踪检测仪也可应用到工业生产中，在工业自动化控制方面，用光源信号作为引导，光源跟踪仪做出相应的执行动作；在农业方面，光源检测系统也可应用于园艺温室、农作物温室，光源跟踪仪可以检测当前最强光线的光线强度，采集当前的温度和光线强度等级，以便于农作物的生产环境的检测，除这些之外光源跟踪技术还可应用于空间科技、军事、冶金、轻工、机电工程及交通管理、环境保护等领

3、域。这不但使生产设备或生产过程实现了自动化，大大提高了生产效率和质量，改善了劳动条件，在人类征服大自然和改善居住条件和生活环境方面发挥了重要作用。这次尝试设计一种能够自动跟踪太阳光照射角度的双轴自动跟踪系统以提高太阳能电池的光-电转化率。该系统是以单片机为核心，利用太阳轨道公式进行太阳高度角及方位角计算，并利用计时芯片以及步进电机驱动双轴跟踪系统，使太阳能电池板始终垂直于太阳入射光线，从而提高太阳能的吸收效率。二、本课题在国内外的研究现状现阶段国内外已有的跟踪装置的跟踪方式可分为单轴跟踪和双轴跟踪两种。(1) 单轴跟踪一般采用：倾斜布置东西跟踪；焦线南北水平布置，东西跟踪；焦线东西水平布置，南

4、北跟踪。(2) 双轴跟踪又可以分为两种方式：极轴式全跟踪和高度一方位角式全跟踪。目前，国外对于太阳光线自动跟踪装置(或称为太阳跟踪器)的研究有，美国Blackacc，在1997年研制了单轴太阳跟踪器，完成了东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，接收器对太阳能的热接收率提高了15。1998年美国加州成功的研究了删两轴跟踪器，并在太阳能面板上装有集中阳光的涅耳透镜，这样可以使小块的太阳能面板硅收集更多的能量，使热收率进一步提高。2002年2月美国亚利桑那大学推出了新型太阳能跟踪装置，该装置利用控制电机完成跟踪，采用铝型材框架结构，结构紧凑，重量轻，大大拓宽了跟踪器的应用领域。近几年来国内不

5、少专家学者也相继开展了这方面的研究。1992年推出了太阳灶自动跟踪系统1994年太阳能杂志介绍的单轴液压自动跟踪器，完成了单轴跟踪，国家气象局计量站在1990年研制了FsT型全自动太阳跟踪器，成功的应用于太阳辐射观。虽然我国太阳能发电水平有了相当程度的提高，但是离大规模的应用推广还有很大的距离，光电检测系统还处于成长期。随着技术的进步，太阳光入射角光电检测系统的成本会越来越低，性能会越来越好，应用的领域会越来越宽广。三、课题研究的内容及拟采取的方法研究内容:（1）光源跟踪系统中的指向激光笔可以通过现场设置参数的方法尽快指向点光源； （2）将激光笔光点调偏离点光源中心30cm时，激光笔能够尽快指

6、向点光源；（3）在激光笔基本对准光源时，以A为圆心，将光源支架沿着圆周缓慢（1015秒内）平稳移动20（约60cm），激光笔能够连续跟踪指向LED点光源； （4）在激光笔基本对准光源时，将光源支架沿着直线LM平稳缓慢（15秒内）移动60cm，激光笔能够连续跟踪指向光源。（5）将光源支架旋转一个角度（20），激光笔能够迅速指向光源。（6）光源跟踪系统检测光源具有自适应性，改变点光源的亮度时（LED驱动电流变化50mA），能够实现 （4）的内容；采取方法：方案一 以LM3S811单片机为控制核心，由光敏三极管（3DU33）组成的传感器阵列检测点光源发出的光信号，经过运算放大器LM324将光信号放大

7、后并经A/D模数转换，然后通过单片机处理这些信号后，确定点光源的位置，从而实现云台自动跟踪光信号。点光源以LM3S811为控制核心，通过升压转换器（TPS61062）来控制点光源的功率，再通过INA270A 实现电流监测。方案二 采用TI公司的超低功耗的MSP430系列单片机作为整个系统的核心，主要由电机驱动模块，点光源检测模块，电源转换模块等模块组成。利用4路光敏三极管(3DU33)来检测点光源的位置并将检测到的信号经过放大传给控制器MSP430F149单片机，经过单片机的运算和处理来确定点光源的运动趋势，并将运算的控制信号传给两台步进电机，使其跟随点光源运动。当水平方向上的2路光敏三极管测

8、量数值相对接近，同时竖直方向上的2路光敏三极管测量数值也相对接近时，位于竖直传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。同时将光敏三极管检测的信号显示在LCD液晶屏幕上。方案三 使用 51 单片机来控制两个步进电机转动，并使用 AD 来比较光敏传感 器输出电压的大小，比较后使电机转动找到点光源的位置。方案四 使用 51 单片机来控制两个直流电机转动来带动两个转盘转动，使用比较器来判断光敏传感器输出电压的大小，并且确定点光源的位置后靠两电机转动来调整位置。根据任务要求的需要，根据各方案所需要的器材及其所能实现的功能的比较，我们选择了方案二作为本设计的实现方案。四、课题研究中的主要难点及解决的方法难点1

9、：如何让太阳光跟踪器跟踪太阳光线？解决方法：跟踪系统机械结构大致为大齿轮固定在底座上，主轴支撑轴承安装在底座上面，主轴相对于底座可以转动，小齿轮与大齿轮啮合，小齿轮连接步进电机1的输出轴。步进电机1固定在转动架上，转动架以及支架固定安装在主轴上，接收器、步进电机2安装在支架上面，步进电机2的输出轴连接在接收器上。机械结构的工作原理为用2个步进电机分别对高度角和方位角2两个方向进行控制。跟踪器的方位轴垂直地平面，控制水平方向；另一根轴与方位轴垂直成为俯仰轴。控制垂直方向。两轴分别套上一大齿轮，大齿轮与小齿轮连接，小齿轮再与2个步进电机的主动轮分别相接。工作时，太阳跟踪器根据太阳运动的而位置，通过

10、方位轴转动改变方位角来改变水平方向，通过俯仰轴作俯仰运动改变接收平台的倾斜角来改变垂直方向，从而使太阳光线与接收平台垂直，以达到跟踪目的。难点2：如何用控制单片机达到追踪太阳光的目的？解决方法：目前跟踪系统控制部分采用AT89C51单片机作为系统的控制核心，系统大都有采用了两种跟踪模式：光强比较法追踪模式和太阳角度追踪模式、在光强比较法追踪模式下，利用特殊的装置通过光电二极管的比较电路来判断太阳的方位，配合电动机的转动从而达到了追踪太阳的目的。太阳角度追踪模式下：主要是通过软件计算当时当地的太阳高度角和太阳方位角，再配合机械装置来实现对太阳的追踪。本课程设计采用光强比较法追踪模式，通过光敏电阻

11、的比较电路来判断太阳的方位，配合电动机的转动从而达到了追踪太阳的目的。 五、毕业设计（论文）工作进度计划13周 进行毕业调研，查阅文献，整理材料，完成调研报告、外文翻译和论文大纲；4周 开题答辩并整理完善开题报告内容；5周 填写开题报告和任务书，开始毕业设计；68周 进行系统设计，撰写毕业设计论文；910周 修改和完善论文，完成论文初稿和系统的设计；1113周 完善系统设计、进行系统调试、进一步完善论文；1415周 完成论文成稿，包括图纸，实现全部系统设计和调试；16周 毕业论文审阅，准备答辩的相关事宜；17周 整理材料、答辩。六、主要参考文献（或资料）1 牛昱光.单片机原理M.电子工业出版社

12、,2008:P224P231.2 华成英，童诗白.模拟电子技术基础（第四版）M.高等教育出版社，2006:P185P214.3 徐科军.传感器与检测技术M.电子工业出版社，2007:P108P148.4 张强，吴红星.基于单片机的电机控制技术M.中国电力出版社，2008:P213P2385 孙茵茵，鲍剑斌，王凡.太阳自动跟踪器的研究M.机械设计与制造，2005:P157P159.6 冯垛生.太阳能发电原理与应用M.人民邮电出版社，2007.7 李鹏.基于单片机的太阳能充电装置设计M.高校理科研究，2006.8 李安定.太阳能光伏发电系统工程M.北京:北京工业出版社,2001.9 Kenneth

13、 WStone，Charles WLopezPerformance of so1ar concentrator control systemsJoint Solar Engineering ConferenceASME：199410 Guisan A.Thuiller W. Predicting species distribution: offeringmore than simple habitat models, Ecol. Lett.8(2005) 9931009. 11 刘心.我国太阳能行业的发展情况J.科技创业月刊，2002,44(23):P19P20.12 袁林.我国住宅太阳能热水器的应用与发展J.煤气与热力学报,2001，55（28）：P324P344.13 由世俊，孙贺江.中国太阳能资源及应用潜力J.城市环境与城市生态学报,2002，80（56）：P57P59.14 赵钦铭.太阳能热水器发展前景及其储能技术探索J.能源开发与节约通报.2O00，69（58）：P45P46.15 高峰.太阳能开发利用的现状及发展趋势J.世界科技研究与展学报,2001，44（13）：P35P39.16 黄宝圣.太阳能