【正文】 .......................... 16 關(guān)鍵器件介紹 ...................................................................................... 16 STC12C5A60S2 簡介 ................................................................. 16 步進電機介紹 ............................................................................ 18 光敏傳感器及元件 .................................................................... 20 CPU 模塊設(shè)計 ..................................................................................... 21 CPU 硬件模塊結(jié)構(gòu)框圖 ............................................................ 21 CPU 模 塊電路原理圖 ............................................................... 22 華北科技學(xué)院 V 復(fù)位電路 .................................................................................... 23 晶振電路 .................................................................................... 23 發(fā)光二極管 ................................................................................ 24 光電傳感模 塊 ...................................................................................... 24 實時時鐘模塊 ...................................................................................... 27 RS232 通訊模塊 .................................................................................. 28 EEPROM 存儲模塊 ............................................................................ 29 系統(tǒng)電源 設(shè)計 ...................................................................................... 30 步進電機驅(qū)動電路 .............................................................................. 30 第 5 章 太陽能電池板跟蹤系統(tǒng)軟件設(shè)計 ........................................................ 31 Keil C51 軟件介紹 ............................................................................. 31 軟件總體設(shè)計及流程圖 ...................................................................... 32 軟件總體設(shè)計 ............................................................................ 32 軟件流程圖設(shè)計 ........................................................................ 33 軟件關(guān)鍵模塊設(shè)計 .............................................................................. 34 串口通信程序設(shè)計 .................................................................... 34 EEPROM 的讀寫程序核心代碼 ................................................ 34 程序設(shè)計要點及注意事項 .................................................................. 36 第 6 章 實驗及結(jié)論 ............................................................................................ 40 第 7 章 總結(jié)及展望 ............................................................................................ 41 總結(jié) ...................................................................................................... 41 展望 ...................................................................................................... 41 第 8 章 附錄 ........................................................................................................ 42 控 制板原理圖 ...................................................................................... 42 部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ...................................................................................... 42 部分軟件代碼 ...................................................................................... 46 參 考 文 獻 ........................................................................................................ 53 致 謝 .............................................................................................................. 54 華北科技學(xué)院 第 1 頁 共 54 頁 第 1章 緒論 太陽能電池板自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計的背景及意義 英國的工業(yè)革命推動生產(chǎn)力的極大發(fā)展，而工業(yè)化需要能源作為保障的。據(jù)統(tǒng)計人類前 5000 年都沒有近 300 年對能源需求的迫切。隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展需要更多的能源滿足人們的需求！尤其是正處于發(fā)展高速期的我國更是對能源的需求更加旺盛；預(yù)計全球?qū)Ω鞣N能源的需求年均增長約 %， 到 2030 年日需 求量將從目前的約 億桶油當(dāng)量增加到約 億桶油當(dāng)量。這樣巨大的能源增量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出今天所消耗的能源數(shù)量，以油當(dāng)量計算，大約是目前沙特阿拉伯石油產(chǎn)量的 10 倍 中國能源消費目前已經(jīng)占世界總量的 %使得世界越來越將能源的話題聚焦在中國和亞太地區(qū)； 能源危機已經(jīng)開始顯現(xiàn)。能源的危機對我國經(jīng)濟增長是致命的。發(fā)達國家美國對石油極其的敏感。各國多石油的爭奪日趨激烈化，眾所周知的伊拉克戰(zhàn)爭，現(xiàn)在的北極之爭等都是以能源爭奪作為背景的！因此對資源的爭奪，仍將是未來幾十年世界動蕩的主要原因之一。 太陽能利用可分為熱利用和光 伏發(fā)電兩種方式，熱利用主要在采暖領(lǐng)域多，形式比較單一；而光伏發(fā)電可以把太陽能轉(zhuǎn)換為當(dāng)今最普遍的能源利用形式 — 電能，從而具有熱利用不可比擬的優(yōu)勢，同時光伏發(fā)電系統(tǒng)與其他發(fā)電系統(tǒng)相比具有許多優(yōu)點： 1. 太陽能取之不盡，用之不竭，每天照射到地球上的太陽能是人類消耗的能 6000 倍。光伏發(fā)電安全可靠，不會遭受能源危機或燃料市場不穩(wěn)定的沖擊。 2. 太陽能隨處可得，就近供電，不必長距離輸送，因而避免了輸電線路等電 能損失。 3. 太陽能不用燃料，運行成本很小。 4. 發(fā)電部件不易損壞，維 護簡單。 5. 光伏發(fā)電不產(chǎn)生任何廢棄物，沒有污染、噪聲等公害，對環(huán)境無不良影 響，是理想的清潔能源。安裝 1KW 光伏發(fā)電系統(tǒng)，每年可少排放二氧化碳 600～2300kg， 一氧化氮 16kg，二氧化硫 9kg 及其他微粒 。一個 4KW 的屋頂家用光伏系統(tǒng)，可以滿足普通美國家庭用電需要，每年少排放的二氧化碳數(shù)量，相當(dāng)于一輛家庭轎車每年的排放量。 太陽能電池板自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計 第 2 頁 共 54 頁 6. 光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，由于是模 塊化安裝，不僅可用于小到太陽能計算器的幾個毫瓦，大到數(shù)十兆瓦的光伏電站，而且可以根據(jù)負(fù)荷的增減，任意添加或減少太陽電池容量，既方便靈活，又避免了浪費。 但是，目前光伏發(fā)電與電網(wǎng)供電的比較，光伏發(fā)電價格還比較高，不過其維修費用很少，隨著發(fā)電量的增加，其價格會下降，優(yōu)勢才逐漸體現(xiàn)出來。 由于太陽能發(fā)電的成本比較高是照成光伏發(fā)電沒有高速發(fā)展的主要原因之一，所以為了降低成本提高太陽能利用率顯得極其重要。又由于新技術(shù)的發(fā)展即聚光技術(shù)的發(fā)展極大的提高了太陽能利用率，目前最新技術(shù)最高達到 3～ 4 倍。但是聚光對于但是聚光組件 對太陽入射角度要求很高，要求光線要幾近垂直的照射到電池板上，所以太陽跟蹤技術(shù)顯得愈加重要了。有了跟蹤器加上聚光技術(shù)使得太陽能利用率有很大的提高。所以對太陽能電池板的跟蹤技術(shù)的研究就顯得十分必要了。而目前市場上的太陽電池板跟蹤器的跟蹤精度普遍不高，而且價格比較昂貴尤其是光電傳感器。本設(shè)計為一種高精度的跟蹤系統(tǒng)，而且盡可能的降低成本。因此，從能源利用及經(jīng)濟性等方面綜合考慮，低成本的太陽光線跟蹤技術(shù)具有重要意義。 太陽光自動跟蹤系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在太陽能跟蹤方面，我國在 1997 年研制了單軸太陽跟蹤器，完成了 東西方向的自動跟蹤，而南北方向則通過手動調(diào)節(jié)，接收器的接收效率提高了。 1998年美國加州成功的研究了 ATM 兩軸跟蹤器，并在太陽能面板上裝有集中陽光的透鏡，這樣可以使小塊的太陽能面板硅收集更多的能量，使效率進一步提高。 2020年 2 月美國亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機完成跟蹤，采用鋁型材框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，大大拓寬了跟蹤器的應(yīng)用領(lǐng)域。在國內(nèi)近年來有不少專家學(xué)者也相繼開展了這方面的研究， 1992 年推出了太陽灶自動跟蹤系統(tǒng)， 1994 年《太陽能》雜志介紹的單軸液壓自動跟蹤器，完成了單 向跟蹤。 目前，太陽追蹤系統(tǒng)中實現(xiàn)追蹤太陽的方法很多，但是不外乎采用如下兩種方式：一種是光電追蹤方式，另一種是根據(jù)視日運動軌跡追蹤（也叫程序跟蹤）；前者是閉環(huán)的隨機系統(tǒng)，后者是開環(huán)的程控系統(tǒng)。 從上世紀(jì) 80 年代美國的 Solar One 到 2020 年西班牙的 PSIO 均采用程序控華北科技學(xué)院 第 3 頁 共 54 頁 制方式。該跟蹤方式優(yōu)點是具有較高的適應(yīng)性，在任何氣候條件下都能穩(wěn)定的跟蹤，但是算法復(fù)雜，現(xiàn)場控制器需要實時進行大量的計算，這就要求現(xiàn)場控制器具有很高的數(shù)據(jù)處理能力和較大的數(shù)據(jù)存儲空間，該跟蹤系統(tǒng)還需要兩個運動軸的高精度角度傳感器作為本地定 位檢測，成本較高。 根據(jù)跟蹤裝置的軸數(shù)，視日運動軌跡跟蹤裝置分為單軸和雙軸兩種。（因為大都采用雙軸跟蹤，故下面主要講后者） 1．單軸跟蹤 單軸跟蹤裝置一般采用三種方式： (1)傾斜布置東西跟蹤 。 (2)焦線南北水平布置，東西跟蹤 。 (3)焦線東西水平布置，南北跟蹤 。 2．雙軸跟蹤 如果能夠同時跟蹤太陽兩個角度的變化，就能獲得更多的太陽能量，雙軸跟蹤就是根據(jù)這樣的要求而設(shè)計的。雙軸跟蹤通?？梢苑譃閮煞N方式