【正文】 .................................................................................................................. 14 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ..................................................................................................................... 15 限位裝置 ................................................................................................................................ 16 串口通訊電路 ......................................................................................................................... 17 4 太陽(yáng)跟蹤控制器軟件部分設(shè)計(jì) ............................................................................................... 18 主函數(shù)模塊 ............................................................................................................................. 18 參數(shù)設(shè)置模塊 ......................................................................................................................... 19 太陽(yáng)角度計(jì)算及數(shù)據(jù)處理模塊 ............................................................................................. 20 太陽(yáng)角度計(jì)算模塊 .............................................................................................................. 20 數(shù)據(jù)處理模塊 ...................................................................................................................... 21 圖像處理模塊 ......................................................................................................................... 22 PC 機(jī)與單片機(jī)通信模塊 ....................................................................................................... 23 利用 Windows API 函數(shù)實(shí)現(xiàn)串口操作 ............................................................................. 23 PC 機(jī)與單片機(jī)通信協(xié)議 .................................................................................................... 23 控制平臺(tái)手動(dòng)調(diào)整模塊 ......................................................................................................... 24 控制平臺(tái)太陽(yáng)圖像動(dòng)態(tài)顯示模塊 ......................................................................................... 26 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VC 與 MATLAB 聯(lián)合編程模塊 ............................................................................................ 29 單片機(jī)通信及控制部分 ........................................................................................................ 29 結(jié) 論 ........................................................................................................................................... 31 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 33 致 謝 ............................................................................................................................................. 35 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 課題研究的背景及意義 能源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。幾十年來(lái)，能源問(wèn)題一直是舉世矚目的重大問(wèn)題之一。目前世界消耗的主要能源是由吸收太陽(yáng)能的植物 經(jīng)億萬(wàn)年的演化積累而形成的化石能源，如煤炭、石油、天然氣等，這些都屬于不可再生資源。地球上的資源是有限的，但卻以不斷增長(zhǎng)的速度在消耗。能源短缺，礦物燃料減少和污染增加，彼此互相關(guān)聯(lián)，威脅著人類的正常生活和持續(xù)發(fā)展。常規(guī)能源逐漸枯竭，形勢(shì)危機(jī)不容低估，所以尋找和開發(fā)新能源是一項(xiàng)刻不容緩的任務(wù)。在眾多可再生清潔能源中，太陽(yáng)能是較理想的替代能源。太陽(yáng)每秒鐘放射的能量大約是 161023KW，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共約 18921013 千億噸，是目前世界主要探明能源儲(chǔ)量的一萬(wàn)倍。相對(duì)于常規(guī)能源的有限性，太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的 “無(wú)限性 ”，取之不盡，用之不竭。這就決定了開發(fā)利用太陽(yáng)能資源將是人類解決常規(guī)能源匱乏、枯竭的有效途徑之一。其次，太陽(yáng)能不像其它的能源那樣具有分布的偏集性，它處處都可就地利用，有利于緩解能源供需矛盾，緩解運(yùn)輸壓力，對(duì)解決偏僻邊遠(yuǎn)地區(qū)及交通不便的農(nóng)村，海島的能源供應(yīng)，更有其明顯的優(yōu)越性。并且太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染。這在環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的今天顯得尤為重要。隨著太陽(yáng)能利用技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能利用的成本已經(jīng)大大下降。利用太陽(yáng)能發(fā)電，既不會(huì)污染環(huán)境，又取之 不盡，無(wú)處不在。因此從長(zhǎng)期來(lái)看，其發(fā)電成本要小的多，專家們的預(yù)測(cè)和研究一致認(rèn)為 21 世紀(jì)人類最清潔，最廉價(jià)的能源就是太陽(yáng)能。因此太陽(yáng)能資源是可替代能源中最引人注目、開發(fā)研究最多、應(yīng)用最廣的清潔能源。 但是，太陽(yáng)能也不可避免地存在一些缺點(diǎn)，致使它未能迅速的大面積推廣應(yīng)用。 強(qiáng)度弱。雖然到達(dá)地球大氣上界和到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量都十分巨大，但它的強(qiáng)度卻是相當(dāng)弱的。 不穩(wěn)定性。同一個(gè)地點(diǎn)在同一天內(nèi)，日出和日落時(shí)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如正午前后。而在同一個(gè)地點(diǎn)的不同季節(jié)里，冬季的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度顯然又遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上夏季。一 個(gè)原因是，由于太陽(yáng)的高度角不同，因此對(duì)同一個(gè)水平面的入射角自然不同。當(dāng)太陽(yáng)高度角越大，或者說(shuō)太陽(yáng)輻射入射角越小，也就是越接近于正射時(shí)．地面上同一水平面內(nèi)所接收到的太陽(yáng)能就越多。 間歇性。到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射能，隨晝夜交替的變化。這就使大多數(shù)太陽(yáng)能設(shè)備在夜間無(wú)法工作。為克服夜間沒(méi)有太陽(yáng)直接輻射，就需要研制和配備儲(chǔ)能設(shè)備，以便在晴天時(shí)把太陽(yáng)能收集并存儲(chǔ)起來(lái)，供夜晚或陰雨天便用。 而目前太陽(yáng)能利用的基本方式主要有： 光熱轉(zhuǎn)換。它是靠吸收太陽(yáng)輻射的光能直接轉(zhuǎn)換為熱能的。這種途徑雖最古老，但發(fā)展的最成熟、普及 性最廣、工業(yè)化程度最高。光熱轉(zhuǎn)換提供的熱能一般溫度都較低，小于或等于 100℃ 。較高一些的也只有幾百攝氏度。顯然，它的能源品位較低，適合于直接利用。 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 光電轉(zhuǎn)換。將太陽(yáng)輻射的光能根據(jù) “光電轉(zhuǎn)換 ”原理把光能變成電能再加以利用，常稱 “光伏轉(zhuǎn)換 ”。這是近幾十年才發(fā)明和發(fā)展起來(lái)的。由于電能的品位相當(dāng)高，所以它的應(yīng)用領(lǐng)域最寬、范圍最廣、工業(yè)化程度最高、發(fā)展最快且前景十分樂(lè)觀。 太陽(yáng)光導(dǎo)入。目前，美、日、英、德等國(guó)聯(lián)合主攻太陽(yáng)光安全導(dǎo)入應(yīng)用技術(shù)，已成功地將陽(yáng)光導(dǎo)入產(chǎn)品推向民用消費(fèi)市場(chǎng)。運(yùn)用該技術(shù)可直接將太陽(yáng)光導(dǎo)入室 內(nèi)，適用于各種需要采集自然光的場(chǎng)合。 光化學(xué)轉(zhuǎn)換。通過(guò)光化學(xué)作用轉(zhuǎn)換成電能或制氫。這也是利用太陽(yáng)能的一個(gè)途徑。二三十年前有不少人對(duì)此做了許多研究。光化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)目前仍處于研究、開發(fā)階段。 光生物轉(zhuǎn)換。通過(guò)光合作用收集與儲(chǔ)存太陽(yáng)能。近來(lái)在這方面的研究有所增加，人們期盼出現(xiàn)突破性的進(jìn)展。 中國(guó)地處北半球，幅員遼闊，絕大部分地區(qū)位于北緯 45176。以南。中國(guó)擁有豐富的太陽(yáng)輻射能資源，太陽(yáng)能的年輻射總量超過(guò) 102kwh/m2a，約相當(dāng)于 104 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。我國(guó)大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米 4 千瓦時(shí)以上，有巨大的開發(fā)潛能。中國(guó)太陽(yáng)能輻射主要特點(diǎn)西部高于東部、北方高于南方。這樣來(lái)說(shuō)，如何最大限度的提高太陽(yáng)能利用率在當(dāng)今社會(huì)顯得尤為重要。 太陽(yáng)能作為一種清潔無(wú)污染的能源，發(fā)展前景非常廣闊，太陽(yáng)能發(fā)電已成為未來(lái)全球解決能源危機(jī)的最具獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的重要途徑。就目前的太陽(yáng)能設(shè)備而言，如何最大限度的提高太陽(yáng)能利用效率，仍為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。解決這一問(wèn)題應(yīng)從兩個(gè)方面入手，一是提高太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換率，二是提高設(shè)備的能量接收效率，前者屬于能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，還有待研究，而后者利用現(xiàn)有的技術(shù)則可解決。香港大學(xué)建筑系 的 KPCheng 和 SCMHui教授研究了太陽(yáng)光照角度與太陽(yáng)能接收率的關(guān)系，理論分析表明對(duì)太陽(yáng)光線運(yùn)動(dòng)的跟蹤與非跟蹤，太陽(yáng)能設(shè)備能量的接收率相差 %，可見(jiàn)精確的跟蹤太陽(yáng)可使太陽(yáng)能設(shè)備的能量利用率大大提高。太陽(yáng)能每年有約 350000000 萬(wàn)億瓦小時(shí)照射到地球表面。使用直接的太陽(yáng)能輻射，其效率比燃燒化石燃料要高出約 1015 倍，而且太陽(yáng)能不會(huì)危及支撐生命的地球存在。因此，從解決能源危機(jī)和節(jié)能綠色環(huán)保的角度上看太陽(yáng)能具有無(wú)以比擬的優(yōu)勢(shì)，但從實(shí)際工程實(shí)踐來(lái)看，有必要通過(guò)各種手段和途徑發(fā)揮計(jì)算機(jī)的重要作用，把自動(dòng)跟 蹤系統(tǒng)與太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備相結(jié)合，使之大大提升自身的發(fā)電能力，提高設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益。本課題為提高利用太陽(yáng)能效率而進(jìn)行太陽(yáng)跟蹤控制器的研究，對(duì)我們面臨的日益嚴(yán)峻的能源問(wèn)題、對(duì)大范圍推廣太陽(yáng)能應(yīng)用具有重大而深遠(yuǎn)的意義。 國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)跟蹤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展 現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 80 年代后期，美國(guó) Sandia 國(guó)家光伏實(shí)驗(yàn)室的 Alex Maish 開始著手開發(fā)太陽(yáng)跟蹤器 （ Solar Track） ，在這之后的二十年里，高效率太陽(yáng)跟蹤控制器的研發(fā)也成為國(guó)內(nèi)外許多科研機(jī)構(gòu)所關(guān)注的課題。 國(guó)外對(duì)太陽(yáng)跟蹤的研究歷來(lái)比較重視， 1994 年捷 克科學(xué)院物理研究所則以形狀記憶合華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 金調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)，通過(guò)日照溫度的變化實(shí)現(xiàn)了單軸被動(dòng)式太陽(yáng)跟蹤。 1997 年美國(guó) Blackace研制了單軸跟蹤器，這種跟蹤裝置根據(jù)赤道坐標(biāo)系下太陽(yáng)運(yùn)行的原理完成東西方向的自動(dòng)跟蹤，但南北方向通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)，接收器的熱接收率提高了 15%。 1998 年美國(guó)加州成功的研究了 ATM 兩軸太陽(yáng)跟蹤器，使熱接收率進(jìn)一步提高。 研制了活動(dòng)太陽(yáng)能方位跟蹤裝置，該裝置通過(guò)大直徑回轉(zhuǎn)臺(tái)使太陽(yáng)能接收器可從東到西跟蹤太陽(yáng)。 20xx 年2 月美國(guó)亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽(yáng)能跟蹤裝置，該裝置利 用控制電機(jī)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。 20xx 年 2 月， Acciona太陽(yáng)能公司建立的被稱為西班牙最大的太陽(yáng)能電站設(shè)施開始投入使用，整個(gè)設(shè)施由 400 個(gè)太陽(yáng)跟蹤托盤， 14400 個(gè)電池板組成。這些太陽(yáng)跟蹤托盤設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為全年每天根據(jù)太陽(yáng)不同的位置跟蹤陽(yáng)光，與通常固定的平面系統(tǒng)相比，這種托盤設(shè)計(jì)可以增加 35%的能源產(chǎn)出量。 20xx 年日本大成建設(shè)公司開發(fā)出了一種叫 “TSoleil”的新產(chǎn)品， TSoleil 系統(tǒng)設(shè)置在高樓內(nèi)部和屋頂，由太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤型平面鏡和多塊反光鏡組成 。太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤型平面鏡安置在屋頂天井