【正文】 C. P2 端口（） :PZ 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 1/0 端口。 在訪問外部程序和數(shù)據(jù)時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址 低 8 位 /數(shù)據(jù)總線，在訪問 期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。當(dāng) AT89C51 由外部程序貯存器取指令（或常數(shù)）時(shí)每個(gè)機(jī)器周期兩次 有效（即輸出 2 個(gè)脈沖）。即使不訪問外部存貯器， ALE 端仍以不變 的頻率 此頻率為震蕩器頻率的 1/6 周期性地出現(xiàn)正脈沖信號。在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端 。 : AT89C15 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。它是通過并聯(lián)電阻把晶體管連到蓄電池的并聯(lián)電路上實(shí)現(xiàn)過充電保護(hù)的。 圖 完全匹配系統(tǒng)電路圖 蓄電池充電電壓在蓄電池接收電荷期間是增加的。 四、控制部分的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要在東西、南北兩個(gè)方向上對太陽光照射角進(jìn)行跟蹤，跟蹤方式可由第一章中提到的太陽照射規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)。 表 步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 型號 相數(shù) 步進(jìn)角 靜力矩 電流（ I） 重量（ kg） 85BYGH350A 2 176。 （ 2）永磁式步進(jìn)電功機(jī) Pemranentmanegt，簡稱 PM 永磁式步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的 .轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)磁源。步進(jìn)電動機(jī)可以在很寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來調(diào)速 。但價(jià)格略貴。因此要選用合適的減速機(jī)構(gòu)來提高扭矩，使轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本章還簡要的敘述了太陽能發(fā)電系統(tǒng)的基本構(gòu)成，闡述了各個(gè)組成部分的功能和實(shí)現(xiàn)方法，并且闡述了太陽能的照射規(guī)律從而為以后的控制方式的設(shè)計(jì)提供一個(gè)理論基礎(chǔ)。 3）日照時(shí)間 太陽在地平線的出沒瞬間，其太陽高度角 h 0。 27′ 。冬至日 12 月 2 日 ，太陽正午高度達(dá)最小值 90176。 夏至日 6 月 2 日 ，太陽正午高度達(dá)到最大值 90176。因 此，地球處于運(yùn)行軌道不同位置時(shí)，陽光投射到地球上的方向也就不同，形成地球四季的變化。但采用脈沖寬度調(diào)制型控制器，往往包含最大功率的跟蹤功能，只能用 MOS 晶體管作為開關(guān)器件。 為了最大限度地利用蓄電池的性能和延長使用壽命，必須對它的充電條件加以規(guī)定和控制。比對兩種蓄電池的特點(diǎn)，鉛酸蓄電池價(jià)格低廉，原材料易得，維護(hù)方便，原材料豐富，但體積較大。 在本系統(tǒng)中，考慮選用的控制核心為單片機(jī)。驅(qū)動電機(jī)選用的是步進(jìn)電機(jī)，此種電機(jī)性能可靠，對于角度量轉(zhuǎn)向控制精確。不能滿足本系統(tǒng)經(jīng)久耐用的研發(fā)要求。 本系統(tǒng)的整體研發(fā)要求是經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠。用正系數(shù)校正理論值存入控制程序，可以提高跟蹤精度。每當(dāng)試驗(yàn)時(shí)，跟蹤器在跟蹤太陽前先得讓方位軸和俯仰軸自動回零 。時(shí)，步進(jìn)電機(jī)發(fā)出 120176。該中心在集熱器性能測試試驗(yàn)中，要求集熱器采光面始終垂直太陽光線，入射角偏差不超過 5176。這種跟蹤裝置主要應(yīng)用于科研，因此最應(yīng)保證的是機(jī)構(gòu)的精度，其造價(jià)相對也比較昂貴。例如，當(dāng)光照在左邊第 1個(gè)光敏電阻上時(shí)電機(jī)帶動定位裝置向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動一定角度，光從左邊第 1個(gè)光敏電阻離開并照在左邊第 2 個(gè)光敏電阻上，電機(jī)帶動定位裝置又向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動相同的角度，這時(shí)光照在正中央的光敏電阻上，光垂直照在定位裝置上，電機(jī)停轉(zhuǎn) .這種跟蹤裝置通過在半球狀傳感器上設(shè)置多個(gè)光敏電阻，提高了對太陽定位的速度，避免了為尋找太陽方位傳感器的重復(fù)擺動，但是設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，而且由于每兩個(gè)光敏電阻的間隔造成其不能連續(xù)監(jiān)測和跟蹤太陽位置的變化，跟蹤精度有限。短圓筒允許太陽光偏離角度的范圍為 B，如圖 所示，即太陽光線的偏離角度在 B 的范圍內(nèi)，短圓筒內(nèi)部的兩個(gè)光敏電 阻不會出現(xiàn)照度差。高度角的跟蹤基本原理及工作方式雷同。其中一對光電阻 PS， P7 東西對稱安裝在圓筒的內(nèi)側(cè)，用來精確檢測太陽由東往西運(yùn)動的偏轉(zhuǎn)角度 。光電式太陽跟蹤裝置使用光敏傳感器來測定入射太陽光線和跟蹤裝置主光軸間的偏差，當(dāng)偏差超過一個(gè)閉值時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整集熱裝置的位置，直到使太陽光線與集熱裝置光軸重新平行，實(shí)現(xiàn)對太陽高度角和方位角的跟蹤。當(dāng)太陽重新出現(xiàn)時(shí)，集熱裝置必須作大角度的旋轉(zhuǎn)才能跟上太陽。彈簧則由電磁鐵控制。 這種跟蹤器在實(shí)際中應(yīng)用很廣，其主 要的優(yōu)點(diǎn)是 :結(jié)構(gòu)比較簡單，制作費(fèi)用低，純機(jī)械式，不需電子控制部分及外接電源。因?yàn)槿章浜罂諝庾兝洌⑶胰萜鲀?nèi)液體冷卻速度預(yù)先己經(jīng)調(diào)整，東面容器比西面容器冷卻得快，其內(nèi)壓力下降也快，于是東邊變重 ，使整個(gè)裝置向東傾斜，以待日出。 重力差式跟蹤器是 1799 年美國公布的一項(xiàng)專利。這種跟蹤裝置在多云天氣下仍可正常工作，但是存在累計(jì)誤差，并且自身不能消除。為了完成這兩個(gè)方向上的跟蹤，機(jī)構(gòu)應(yīng)該采用子午坐標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。 近幾年來國內(nèi)不少專家學(xué)者也相繼開展了這方面的研究。太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分的方位軸垂直于地平面，另一根軸與方位軸垂直，稱為俯仰軸。采用這種跟蹤方式，一天之中只有正午時(shí)刻太陽光與柱形拋物面的母線相垂直，此時(shí)太陽能接收率最大 。由于接收器安裝在碟式反射鏡的焦點(diǎn)上，那么只要碟式反 射鏡的中軸線跟太陽光線平行，便能保證碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的太陽能轉(zhuǎn)換效率為最大。主要特征是采用盤狀拋物面鏡聚光集熱器，其結(jié)構(gòu)從外形上看類似于大型拋物面雷達(dá)天線。菲涅爾透鏡也是聚光電池模塊的主要部件，具有體積小、重量輕、加工方便、透光率高等特點(diǎn)。聚光電池陣列由若干聚光電池串并聯(lián)構(gòu)成，若干陣 列的串并聯(lián)還可構(gòu)成不同規(guī)模的聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)。 由幾何光學(xué)基本知識可知，要使反射光線方向保持不變，當(dāng)入射光線偏轉(zhuǎn)角度時(shí)，平面鏡需要偏轉(zhuǎn) /2 角度。從國家發(fā)改委制定的中長期規(guī)劃看 ,20212020 年每年的平均裝機(jī)容量約 60MW。預(yù)測未來 10 年仍將保持 10%或稍高的發(fā)展水平 ,達(dá)到 約 % 。光伏發(fā)電是利用太陽能電池這種半導(dǎo)體器件吸收太陽光輻射能，使之轉(zhuǎn)化成電能的直接發(fā)電形式，光伏發(fā)電是當(dāng)今太陽能發(fā)電的主流。隨著科技的發(fā)展以及人類開發(fā)利用太陽能的技術(shù)突破，太陽能利用的經(jīng)濟(jì)性將會更明顯。相對于常規(guī)能源的有限性，太陽能具有儲量的“無限性”，取之不盡，用之不竭。全世界人們一年所用的各種能量之和也只有到達(dá)地球表面的太陽能的數(shù)萬分之一，因此利用太陽能的潛力是十分大的。煤的儲量約為 5600 億噸， 1995 年煤炭開采量為 3 億噸，可以供應(yīng) 169 年 。 化石能源的利用產(chǎn)生大量的溫室氣體而導(dǎo)致溫室效應(yīng)，引起全球氣候變化。該系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，利用太陽軌道公式進(jìn)行太陽高度角及方位角計(jì)算，并利用 計(jì)時(shí)芯片以及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動雙軸跟蹤系統(tǒng)，使太陽能電池板始終垂直于太陽入射光線，從而提高太陽能的吸收效率。 太陽能電池板在 0― 180℃內(nèi)自動跟蹤太陽，使入射光垂直照射； 根據(jù)季節(jié)變化太陽能電池板可調(diào)整維度； 該設(shè)計(jì)的自動跟蹤系統(tǒng)使用此太陽能電池板供 電力工作； 使用該系統(tǒng)后應(yīng)使用太陽能電池板提高效率≥ 5% ； 此設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠長期室外運(yùn)行。 第 3 頁 主要參 考文獻(xiàn)（資料）： 《單片機(jī)原理》教材 《控制電機(jī)》教材 《傳感器原理及檢測技術(shù)》教材 《模擬電子技術(shù)》教材 太陽能電池的有關(guān)資料（自己檢索） 相關(guān)的地理、天文資料（自己檢索） 專業(yè)班級 自動化 2021 級 05 班 學(xué)生 要求設(shè)計(jì) 論文 工作起止日期 2021 年 2 月 16 日― 200 年 6 月 20 日 指導(dǎo)教師簽字 日期 教研室主任審查簽字 日期 系主任批準(zhǔn)簽字 日期 第 4 頁摘要 1 一、概述 3 （一）能源與環(huán)保 3 3 3 3 （二）太陽能的特點(diǎn) 4 （三）國內(nèi)外太陽能應(yīng)用的現(xiàn)狀 5 （四）幾種主要的太陽能發(fā)電裝置 6 6 7 8 （五）太陽能跟蹤技術(shù)現(xiàn)狀 10 （八）本章小結(jié) 22 二、跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想及框架 23 （一）跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 23 （二）跟蹤系統(tǒng)的組成 23 24 24 25 25 25 26 （三） 太陽照射規(guī)律 26 26 27 （三）本章小結(jié) 30 三、機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 31 （一）整體框架的設(shè)計(jì) 31 （二）減速裝置的選型 32 （三）驅(qū)動電機(jī)的選型 33 （四）本章小結(jié) 34 四、控制部分的設(shè)計(jì) 36 （一）控 制器 36 36 38 39 （二）單片機(jī)的選型 40 : 40 的引腳 41 （三）計(jì)時(shí)芯片的選型 45 （四）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片的選型 47 （五）整體電路圖的設(shè)計(jì) 50 （六）本章小結(jié) 50 五 程序部分的設(shè)計(jì) 51 （一）流程圖設(shè)計(jì) 51 （二）程序設(shè)計(jì) 53 （三）本章小結(jié) 57 結(jié)論與展望 58 參考文獻(xiàn) 59 致謝 60 外文文獻(xiàn) 61 （一）原文 61 （二）翻譯 66 摘要 隨著以常規(guī)能源為基礎(chǔ)的能源結(jié)構(gòu)隨著資源的不斷耗用將越來越適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的需要，包括太陽能在內(nèi)的可再生資源將會越來越受到人們的重視。目前世界的主要能源是由吸收太陽能的植物經(jīng)億萬年的演化積累而形成的化石能源，如煤炭、石油、天然氣等。占人們能源消費(fèi)的大部分的煤炭和石油都是有限的，不可再生的。其中太陽能應(yīng)用技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢在全世界蓬勃發(fā)展，使人們在能源危機(jī)的焦慮中，感到不少欣慰。其中到達(dá)地球的能量高達(dá) X 1011kW,穿過大氣層到達(dá)地球表面的太陽輻射能大約為 。 可以從兩個(gè)方面看太陽能利用的經(jīng)濟(jì)性。我國太陽能資源豐富和比較豐富的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類地區(qū)，年日照時(shí)數(shù)大于 2200h，太陽輻射總量高于 50165852MJ/（ m2a） ,面積約占全國總面積的 2/3 以上。美國能源部制定了從 2021年 1月 1日開始的 5年國家光伏計(jì)劃和 2020～ 2030年的長期規(guī)劃 ,以實(shí)現(xiàn)美國能源、環(huán)境、社會發(fā)展和保持光伏產(chǎn)業(yè)世界領(lǐng)導(dǎo)地位的戰(zhàn)略目標(biāo)。這些電站都建在光照充足，地理位置偏僻，電網(wǎng)不能到達(dá)的地區(qū)。其概念設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)如圖 所示，整個(gè)系統(tǒng)由 4 部分組成 :聚光子系統(tǒng)、集熱子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)和發(fā)電子系統(tǒng)。定日鏡采用視日運(yùn)動軌跡跟蹤和傳感器跟蹤相結(jié)合的方式進(jìn)行跟蹤，當(dāng)定日鏡和接收器表面最大距離為 300m 時(shí)，其跟蹤誤差為 91m，跟蹤角度精度達(dá)到 19176。這時(shí)普通晶體硅太陽電池已無法承受，必須選用專門的材料和電池結(jié)構(gòu)制造聚光太陽電池。 但是正是由于其高倍聚光的作用，落在光伏電池上的光斑能量很強(qiáng)，因此聚焦式光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是精確跟蹤太陽，其聚光比越 大跟蹤精度要求就越高，聚光比為 400 時(shí)跟蹤精度要求小于 176。 這種系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)行，作為無電邊遠(yuǎn)地區(qū)的小型電源，一般功率為1025kW，聚光鏡直徑約 1015m。 1 單軸跟蹤一般采用：傾斜布置東西跟蹤； 焦線南北水平布置，東西跟蹤；焦線東西水平布置，南北跟蹤。工作時(shí)太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分所在平面繞極軸運(yùn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速的設(shè)定與地球自轉(zhuǎn)角速度大小相同方向相反用以跟蹤太陽方位角 :反射鏡圍繞赤緯軸作俯仰轉(zhuǎn)動是為了適應(yīng)太陽高度角的變化，通常根據(jù)季節(jié)的變化定期調(diào)整。 2021 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(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。根據(jù)太陽在天空中每分鐘的運(yùn)動角度，計(jì)算出太陽光接收器每分鐘應(yīng)轉(zhuǎn)動的角度，從而確定出電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得 太陽光接收器根據(jù)太陽的位置而相應(yīng)變動。首先利用一套公式通過計(jì)算機(jī)算出在給定時(shí)間的太陽的位置，再計(jì)算出跟蹤裝置被要求的位置，最后通過電機(jī)傳動裝置達(dá)到要求的位置，實(shí)現(xiàn)對太陽高度角和方位角的跟蹤。 .IMPa 的自來水作為跟蹤動力 若無自來水，可裝一只容積為 ZL 的壓力水箱 。液體多的容器重量增加，使裝置傾斜而跟蹤太陽，直至對準(zhǔn)時(shí)為止。 當(dāng)太陽光線向西偏移一個(gè)角度時(shí)，遮光板使黑管的受熱面積發(fā)生變化，右黑管將被遮光板遮住一部分，受熱面積改變，而左黑管的受熱面積不變，僅是位置發(fā)生了變化。 控放式太陽跟蹤裝置由配重塊、彈簧、杠桿、制動裝置、電磁鐵等部分組成。此時(shí)遮光板又重新?lián)踝￡柟?，太陽能電池進(jìn)入陰影區(qū)，電磁鐵釋放，完成跟蹤。其缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)只能做成單軸跟蹤器，不能自動復(fù)位 除非另外加復(fù)位機(jī)構(gòu) 因而不能滿足晝夜更替之后的跟蹤需求 。其中一對光電阻 PI， P3 東西對稱安裝在圓筒的兩側(cè)，用來粗略的檢測太陽由東往西運(yùn)動的偏轉(zhuǎn)角度即方位角 。而 PS， P7 這一對光電阻受到了圓筒對環(huán)境散射光的屏蔽保護(hù)，它們接收的照度會出現(xiàn)差值，這就是偏離信號。理論上講，圓筒的長度越長，跟蹤器的精度就越高。正中央的光敏電阻與接收面垂直， Aa， Bb， Cc， Dd，助， Ff 將圓分成 12 等份，它們分別代表單方向定位裝置。自人造天體發(fā)射后又出現(xiàn)了三軸、四軸式跟蹤器。限位裝置有東、兩、上、下四個(gè)極限限位功能，跟蹤精度高，范圍寬，有自動返回功能。減速