论文总字数：14895字

摘 要

为了使太阳能电池板能够实时跟踪太阳光线变化，提高太阳能电池板的光电转换效率。本文设计了基于STC89C52单片机的太阳能板追踪系统，可以用来检测太阳光的入射方向，从而调整太阳能板的方位。本设计首先通过光敏电阻检测太阳光线，然后经过由PCF8591组成的AD转换模块，将模拟信号转换为数字信号。接着将信号传送到单片机里进行处理。最后经过ULN2803驱动模块的放大，实现高压输出，驱动电机调整太阳能板的方位，使太阳光线更好的照射在太阳能板上，提高太阳光的利用率。该课题用材廉价，具有一定的实际意义。

关键词：太阳跟踪；单片机；光敏电阻；步进电机

Abstract

In order to enable solar panels to track solar light changes in real time, the photoelectric conversion efficiency of solar panels is improved.This paper designs a solar panel tracking system based on STC89C52 microcontroller, which can be used to detect the incident direction of sunlight and adjust the orientation of the solar panel.The design first detects the sun's rays through a photoresistor, and then converts the analog signal into a digital signal through an AD conversion module composed of PCF8591.The signal is then passed to the microcontroller for processing.Finally, through the amplification of the ULN2803 drive module, the high-voltage output is realized, and the motor is adjusted to adjust the orientation of the solar panel, so that the solar light is better irradiated on the solar panel to improve the utilization of sunlight.The subject is cheap and has practical significance.

Key words: the sun tracking；microcontroller；photosensitive resistance；stepper motor

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2研究意义 1

1.3国内外的研究情况 2

1.4论文的主要研究内容 2

第二章 系统的总体设计 4

2.1太阳跟踪方式 4

2.1.1光电跟踪 4

2.1.2视日运动轨迹跟踪 4

2.2系统设计要求及结构框图 4

2.2.1系统设计要求 4

2.2.2系统框图 5

第三章 系统的硬件设计 6

3.1单片机控制电路 6

3.1.1时钟电路 6

3.1.2复位电路 7

3.1.3晶振电路 8

3.2光电转换电路设计 8

3.2.1光电传感器 8

3.2.2光电转换电路工作原理及电路设计 8

3.3 AD转换模块电路设计 9

3.4步进电机驱动电路设计 10

3.4.1步进电机 10

3.4.2步进电机驱动电路 10

3.5单片机外围电路设计 11

3.6系统实物平台搭建 12

第四章 系统软件设计 13

4.1按键部分 13

4.2指示灯部分 13

4.3主程序模数转换 13

4.4驱动电路子程序 14

4.5 AD电压采样子程序 14

第五章 实验与验证 17

第六章 总结与展望 18

6.1总结 18

6.2展望 18

参考文献 19

谢辞 21

附录 22

第一章 绪论

研究背景

自从20世纪以来，经济快速发展，人们越来越意识到保护环境的重要性^[1]，科学家们开始探寻一些环保型的能源，比如说有太阳能，风能，核能等等，在这其中，大部分的研究人员都更为青睐的去研究太阳能。其实风能、生物质能还有很多其他的能源都是属于可以再生的能源，这都是“广义太阳能”的概念。所以，太阳能是那些可再生能源中最主要的基本能源^[2]。太阳能跟传统能源相比是一种新型并且能够不污染环境的能源，它有四个显著的特点： 第一、 太阳能的总量十分巨大：每年辐射到地球表面上的太阳能大约相当于130万亿吨煤碳燃烧的热量，从世界能源会议发布的数据可以看出，世界煤炭储量还有大约13.6万亿吨，大约还能够支撑200年的开采，在全球范围内的化石能源总计约等于33730亿吨煤炭，从这点可以很明显的看出来太阳能源的丰富。第二、太阳能是一种清洁并且对环境没有丝毫污染的能源，在采集和使用太阳能的过程中对环境不会产生任何的破坏，太阳能是为数不多的无污染的能源之一，对如今这个污染越来越严重的地球来说，这是非常重要的一点，所以人类对太阳能的普及已经是重中之重。第三、太阳能具有普遍性：是人类可以利用的最丰富的能源，从人类的发展史上我们可以看出，太阳是贯穿人类进化的整个过程的，不论是动物，还是植物，乃至整个地球，缺少了太阳的能源，都将会走向灭亡。并且太阳能是到处都有，都可以直接开发利用，而且不需要开采运输。第四、太阳能还有长久性：科学家根据日前太阳产生的核能速率进行估算，得出结果，氢的储存量可以维持上百亿年，而且地球的寿命约为几十亿年^[3]，单从这一点上，就能够说明太阳能量是用之不竭的^[4]。因此高效的利用太阳能是实现可持续发展的必经之路。

随着社会日益发展，人类对电的需求每年以很大的幅度增加，所以对能源的需求也极速增长[5]。全世界对这些能源的消耗在1970年约为83亿吨的标准煤^[6]，而在1995年,这种消耗达到了 140亿吨标准煤,即25年间增长了69.7%^[7]，按照这样的速率计算下来，很多学者预测在2020年的时候，这种能源消耗将会达到195亿吨标准煤的水平^[7]。根据现在这种情况的增长速度，全世界的石油将在今后40年间被消耗完，还有天然气和煤也最多分别能维持60年和200年左右^[8]。与此同时，过度的燃烧化石，使得全球气温升高，冰川融化，海平面上升，并且这样的燃烧会释放出大量的有毒气体，污染我们生存的家园。从这个方面来说，开发并使用新型的无污染的能源，用来替代传统的可消耗的能源，是保护地球，响应国家可持续发展政策的重要途经。这个举措对于世界尤其是我国来说是十分迫切的。太阳能不仅可以再生产，不污染环境，而且最主要是总量可观，分布范围广泛，所以，它是世界上公认的理想新兴清洁替代能源。

1.2研究意义

从目前的情况来看，全球各地的学者们越来越重视太阳能源的利用，每个国家都有大量的人才对其进行研究。太阳能因其免费环保的特性而被大众推崇。我国幅员辽阔，在这其中所蕴藏的太阳能资源很丰富，太阳能源在我国的发展未来是很光明的，随着时间的推移，使用太阳能进行电力转换早已成为全球人们最为喜欢的一种方式。然而，这个世界上没有完美的事物，太阳能在有其优势的同时，也会有着一点的瑕疵，太阳能也有间歇性、光照方向和光照强度随时间不断变化等等问题，这样就要求对太阳能的采集和利用提出了更高的要求^[9]。现在的情况下，很少有相关的公司能够高效的利用太阳能，因为目前市场上大量的太阳能板的排列都是不能移动的，造成的后果就是利用率的低下。有实验表明，采用太阳能跟踪的设备比不能移动的设备的发电效率要高出35%，这是一个非常惊人的数据。所以说在对太阳能的采集利用过程中，追踪这一特性是很关键的。通过智能的方式来自动跟踪太阳方向的设计是用来解决太阳能转换效率低的问题，并且为了更大限度的利用太阳能。太阳光照射的角度不能固定，要想达到最大的集热效果，太阳能电池板应和太阳光线保持垂直。本设计要求设计一种可以自动跟踪太阳的控制系统，使太阳能电池板可以随着太阳光线的移动而转动方向，保持太阳板与太阳光线基本垂直，以达到最大的发电效率，成本低，有较好的推广利用价值。

从工业革命之后，全球消耗的能源主要是一些不可再生的矿物燃料，这些燃料并不是取之不竭的，同时它们在燃烧的时候会释放出有毒的气体，污染环境。所以，根据现状，各国加大力度开发新能源。于是，太阳能这个清洁可再生能源已然被大众所接受，如果可以高效地利用太阳能，将会推动人类的发展。

1.3国内外的研究情况

1994年《太阳能》 杂志介绍了单轴液压自动跟踪器，完成了单向跟踪^[10]。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测^[11]。21世纪初，中国与以色列进行了一番这个方面的合作，成果就是在江苏省南京市开创性的建立了一座功率为75kw的太阳能塔式热发电示范电站。

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