光伏组件的最佳倾角跟踪系统毕业设计

(3.1)式中：U表示为给定的电压，在此U的数值为5V；K指的是光敏电阻的光敏系数，光敏上所照射的光强为E。从式(3.1)可看出电压U4随光电增大而增大。最终，U4到U7的电压信号将送入信号调整差动转换模块。3.5比较放大模块的选取本设计中的比较放大模块的芯片选择为LM224。信号调整差动转换的目的是实现对光敏传感器输入信号的比较放大，并调整成为单片机可识别的高、低电压信号。信号调整差动转换电路芯片说明:在信号调整差动转换电路中主要具有运算放大功能的芯片。两个运算放大器在其内部，它们之间是相互独立，不影响的。特点是有很大的增益，而且可以进行内部对于频率损失的补偿。LM224的工作模式有多种，它可以用到双电源当中，也可以用到单电源中区，单电源的电压范围可以很宽，并不受到影响。表3.1LM224特性额定工作电压+5V工作温度-25至85°C-3dB的带宽增益乘积1.2MHz变化斜率0.5V/μsLM224管脚图如图3.7所示。图3.7LM224N管脚图由图3.7可看出，LM224N有四个用于运算的放大器，第一个运算放大器的输入端是引脚2、3，引脚1为输出端，同样5.、6、7,9、10、8，12、13、14为另外三个运算放大器的输入、输出端口。引脚4接5V直流电，引脚11接地。3.6单片机在阳光循迹控制器中，单片机所要完成的功能为：首先，读取光传感器或开关量的输入信号。然后，运算和控制存储器里面存储的程序，再将把输出端输出的信号作为结果。单片机根据写入存储器的程序产生不同的动作，而程序则是根据微控制器内部的“0”和“1”所组合成的二进制数进行操作。示单片机结构：图3.8单片机结构图由图3.8可看出，单片机有输入、输出、存储、运算及控制功能，输入、输出仅由端口出入。3.7单片机芯片的选择HT46RU232是有28个管脚的插件芯片。复位功能是低电复位。HT46RU232与别的单片机芯片不同之处在于它带有A/D转换功能，它是一种性能很高的，且计算机指令相对简单的8位单片机。为一些需要用到数模转换模块的产品提供了便利之处。同时它的功率消耗控制在了一个极低的范围内，输入输出端口的使用也十分的方便。HT46RU232这款单片机被很大范围的使用到很多工业控制的技术当中，比如传感器中需要的数模转换功能，在电机的控制，和其他工业的控制领域也起到了便利的作用。28管脚的分布如图3.9所示：图3.9HT46UR232引脚图3.8振荡电路元件选择振荡电路HT46RU232芯片，其内部的振荡的法子有两种，第一种是外部电阻电容的振荡方式。另外一种是芯片外面的晶体的振荡。当选取了外部电容电阻的振荡时，应该有额外的一个电阻在外部接于OSC1,VSS的中间。这个数值是30kΩ～750kΩ。这时OSC2被用于和外部的逻辑进行协同。这种方式所需要提供的资源或者是金钱并不是很多。缺点是其频率会因为外在的一些材料上，硬件上的影响而产生偏移。所以，并不适合被使用在对精确度有太高要求的场合下。如果所选择的方式为晶体震荡，则还需要一个晶体被连接接入OSC1和OSC2两者的中间。这个晶体为设备提供了信号返回时的信息。并不需要在外部接入其他的器件【13】。晶体振荡被选择为本次设计的震荡方式，在此需要一个晶体连接接入OSC1和OSC2两者的中间。而且还需要额外接入两个电容。这两个电容作为交联电容加入电路中间。如果不加入这两个电容会使得电路无法正常的工作。停止振动。在本系统中选用的是8MHz。负载电容CL的计算公式如下（3.2）其中，CL为负载电容；C1和C2为额外接入的电容；Cic为集成电路内部电容，在本设计中选用的外接电容C1=C2=0.1uF,Cic一般等于3pF此电路中CL的计算数值为：（3.3）根据以上介绍和计算，设计出本系统的振荡电路如下图3.10所示:图3.10振荡电路图3.9复位电路的构建为了保证系统振荡器起振并稳定运行，系统复位或暂停状态唤醒时，系统启动定时器提供了一个额外的延迟时间。由于按键都是电动式，故在按键两端并上一个电容和电阻，缓解按键松开时，对单片机管脚的冲击。因为单片机的承受的工作电流最大为2mA,故在按键的下端要接上一个20K的电阻，使此时电路的电流为0.25mA,起到一个限流的作用。复位电路如图3.11所示：图3.11复位电路3.10显示模块的选取1602连接图如下图3.12所示：图3.121602连接图1602模块的功能是被人们用于显示平常所用到的数字，包括文字和字母等。表3.31602管脚介表引脚符号功能说明1VSS一般接地2VDD接电源（+5V）3V0液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。4RSRS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。5R/WR/W为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。6EE(或EN)端为使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三态、双向数据总线0位（最低位）8DB1底4位三态、双向数据总线1位9DB2底4位三态、双向数据总线2位10DB3底4位三态、双向数据总线3位11DB4高4位三态、双向数据总线4位12DB5高4位三态、双向数据总线5位13DB6高4位三态、双向数据总线6位14DB7高4位三态、双向数据总线7位（最高位）（也是busyflag）15BLA背光电源正极16BLK背光电源负极3.11步进电机步进电动机是感应式电机。它的原理是当脉冲信号给入后电机按照要求向某一方向转动相应的角度。其特点是控制起来简单，准确，因为其转动的度数可以根据给定的脉冲个数来控制。电机速度随着脉冲频率改变而改变。设备整体构成也并不复杂，易于调整。而且过载能力很强。转速并不受到所加负载的影响【14】。步进电机连接如图3.13所示：图3.13步进电机连接示意图步进电动机又三种励磁方式第一种：反应式步进电动机此种电动机的特别之处在于其转子的制作用到了一种特殊的材料。这种材料就是软磁。而且在转子的内部也没有加入电阻【15】。步距角能被控制在一个很小的度数下而且成本并不高，结构又不复杂是它的特点。第二种：永磁式步进电功机所谓永磁式就是由于电动机转子的材料是由永磁材料制作的。这样一来其转子自身就相当于一个磁源,而且不仅输出转矩大，动态性也很好,步距角也相对较大。第三种：混合式步进电动机作为感应式步进电动机。它最大的特点是将前两种电机的优点进行整合，加入到自身的设计当中。拥有很大的输出转矩，在运动的性能上也有着很大的优势，而且步距角也可以控制的很精细，运行起来十分的平稳。但价格相对较为昂贵。3.12电动机的选取表3-4森创57BYG250C两相混合式步进电机参数规格编号相数步距角静态相电流（A）相电阻（Ω）相电感(mH)保持转矩（NM）定位转矩（NM）空载启动频率(KHz)57BYG250C20.9/8.710.042.5图3.14森创57BYG250C两相混合式步进电机3.13电机驱动模块的选取本设计的驱动器为：森创两相混合式步进电机细分驱动器SH-20403表3.5性能指标供电电源10V-40VDC,容量0.03KVA输出电流峰值3A/相（MAX）驱动方式衡相流PWM控制励磁方式整步，半步，4细分，8细分，16细分，32细分，64细分绝缘电阻在常温常压下>100MΩ绝缘方式在常温常压下0.5KV，1分钟步进电机接线图如下图3.15所示：图3.15步进电机接线图4软件设计4.1步进电机水平方向流程图图4.1太阳能蓄电系统水平跟踪模块流程图系统水平方向：该系统由左右光敏电阻、比较放大器和驱动执行机构三部分组成，左右光敏电阻安装在太阳能光伏板同一平面上，与其同步运行，四片光电池做在一个开口的小盒内，小盒的四个盒壁是由遮光片做成【16】。光源方向一旦发生改变，则左右光电池输出电压产生差(V1-V2)，经过LM224芯片内电路比较放大以后输出相应信号：当右边光强大于左边时，由于右边遮光片挡住了右边的光电池，导致左光电池接受的光大于右光电池，即(V1>V2)时，驱动电路1导通，电动机开始正向转动，带动太阳能板向右转动；当左边光强大于右边时，右光电池接收到更强的光，(V1<V2)，驱动电路2导通，电动机反转，带动系统向右转。当左右光电池无电压差即光源在水平方向已垂直入射光伏板时，驱动电路1和驱动电路2都不导通，电动机停止转动，此时水平方向达到最佳入射角。竖直方向原理相同【17】。4.2启动A/D转换此模块作用是被用来控制A/D转换。当要进行A/D转换的时候，先要进行的是对PB口进行设定，调好需要进行工作的通道，再将上升和下降两个信号给入START的控制位。然后进行转换工作。首先应先打开总中断控制位EMI为1，再打开A/D转换器的中断使能EEI为1。这样才能打开A/D中断。然后循环的测试ADCR的EOCB，看是否这个过程已经结束。要是A/D转换完成了工作，则EOCB位等于0。图4.2A/D转换在此程序中核心语句：intcur1;longdis0,dis1;dis0=_adrl>>4;//A/D转换后低4位数据dis0+=_adrh<<4;//A/D转换后高8位数据cur1=dis0/82; //分辨率为0.1V时用4096/50=82if(dis0%82>41) cur1=cur1+1;//四舍五入4.31602显示1602的显示只有当其使能信号只有在下降沿时液晶模块执行命令。RS将作为寄存器的选择，若为1时，则选择数据寄存器，若为0时，则选择指令寄存器。R/W为读写操作选择，1时为读，0为写。在其打开1602时，应该对其使能信号进行一定时间的延时。在液晶1602写数据或写指令之前是要判断其是否已经启动好1602模块【18】。在1602模块中，对于显示屏的控制有以下几条重要的指令：0x38//设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口0x0c//设置显示开，光标不显示0x06//每次输入一个字符后地址指针就加10x01//显示清零，数据指针也显示清零1602的程序流程图如下所示：图4.31602流程图注意：在此程序中的核心语句有：voidwrite_cmd(intcom)//写指令{ rs=0; rw=0; e=0; data=com;//data为数据端口 e=1; _delay(100); e=0; }voidwrite_dat(intdat)//写数据{ rs=1; rw=0; e=0; data=dat;//data为数据端口 e=1; _delay(100); e=0; }结论小型太阳能并网发电系统对于我们这个能源消耗大国来说，有着很强的现实意义，而在美国、德国等国家都已经实现大规模并网发电，如果将本设计的系统应用到并网发电系统中其效率会得到很大提升。如今的太阳能光伏发电装置大部分所安置的方式是将其固定到一处，方位也相对固定。这种方式是一种低效的发电方式，太阳能板的固定，无法做到始终正对太阳光的照射。使用太阳能跟踪系统在理论上可增加发电量40%，从而降低投资超过20%。现阶段各个国家所用到的跟踪太阳运动的系统或者设备的工作方式都较为复杂。这需要通过收集你所安装设备地点的多项数据，比如这个地点上每天不同时刻的太阳的运动位置。然后将其整理经过计算再输入到各种计算机软件当中，比如单片机或者PLC。根据参数的总结，设计出设备所要运动的情况。这种方式主要靠的是收集数据然后再进行计算机方面的计算与设计。当设备被安装后，就按照设定好的轨迹进行运动。并不能随意的将设备进行移动。应为一旦设备原有的安装位置发生改变，就又需要重新的对其地点的参数进行调整并且重新进行设定。这种方法无论是从其基本的原理，还是硬件的安装与技术支持和设备的选择都十分的复杂。还需要专业的人员进行操作。十分的不方便。本设计，太阳能跟踪系统的造价相对便宜，而且易于使用。外部条件以及地域的影响也较小。该太阳能自动跟踪系统的设计相对的使用了较少的元件，较为简单的电路完成了提高太阳能电池板对太阳光最大吸收效率的目的。无论是今后在民用，还是在大的适用范围上，都有着良好的发展。致谢在大学的最后这一个学期，在这最后的几个月的时间里，通过这次毕业设计的工作，我学到了很多。几个月的时间，通过查询大量的有关资料，对其进行筛选，整理。提取出自己的设计中需要用到的部分，同时也经过了老师大量的帮助。最终终于完成了本项毕业论文。四年时间过得很快，四年了我学会了许多。在这里，我首先要感谢的是指导我做毕业设计的武老师。武老师虽然表面很严厉，但我们知道其实这是为了我们好，武老师一直在督促着我们进行自我学习。要多动手，多努力。而不是以逸待劳。在设计当中，武老师为我解决了很多的困惑。同时也耐心细致的为我指导,点拨。同时，我也要感谢在大学四年期间教授我们知识的老师们,而且你们不仅传授给我知识，还传授给我一种提高学习效率的方法。一种查询资料的能力。通过这次设计，我收获了许多。很大程度的培养了自己的实践能力。本次毕业设计期间，我真正的做到了学以致用，大学做到了很好的收尾，给我的将来打下了坚实的基础。参考文献[1]李申生．太阳能．北京人民教育出版社[M]，1988:12-14.[2]言惠．太阳能21世纪的能源[J]．上海大中型电机，2004，(04):16-18.[3]戴闻．太阳能利用前景光明[J]．物理，2003，(08):9-14.[4]张明.德国太阳能发电最多的国家[R]．广西电力建设科技信息,2004，(04):51-52.[5]周惠．美国有关可再生能