【正文】 310mm數(shù)值孔徑可見光透過率97%99%97%99%95%以上80%以上最高耐溫約200℃1800℃小于200℃小于250℃軟皮層石英的參數(shù)介于硬皮層石英光纖與塑料光纖之間，代表性不強，因此選用硬皮層石英光纖、塑料光纖及液芯光纖三種光纖作為傳能光纖。圖38 橫向偏移誤差和耦合效率的關(guān)系曲線 縱向誤差對耦合效率的影響縱向誤差是指太陽光束的匯聚光斑的最小直徑處未能對準光纖端面，兩者間存在偏差，將此偏差稱為縱向誤差。；橫向誤差對耦合效率的影響次之，但橫向變動的區(qū)間僅限于光纖芯徑的范圍內(nèi)部，因此當橫向誤差增大到 時，耦合效率將降至 0；相比于橫向和縱向兩種誤差，角度誤差的對耦合效率的影響相對較小，但角度誤差θ增大到5。1/l= 1/f確定凹透鏡的焦距。最后展示了簡易的實驗裝置及實驗效果。然后再利用A/D轉(zhuǎn)換器將這些模擬信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號，最后再送入到控制芯片一單片機，單片機芯片在接收到這些數(shù)字信號后，會對他們進行處理，繼而輸出相應(yīng)的控制字給步進電機的驅(qū)動電路以控制步進電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)。 單片機本單元的主要功能是接收由光電檢測電路所發(fā)出的信號，據(jù)此信號來控制電機的驅(qū)動電路，從而實現(xiàn)對電動機的控制，進而實現(xiàn)對太陽的追蹤。而太陽固定軌跡追蹤模式是通過計算太陽高度角和太陽方位角來進行追蹤的，太陽角度追蹤模式與太陽光強度沒關(guān)系。檢測電路如下所示。當D1～D4中的某一個受到光照時，電路工作原理是一樣的。 時鐘電路設(shè)計本次選擇DALLAS公司生產(chǎn)的串行實時時鐘芯片DS1302，它雖然沒有采取光電隔離，但由于讀寫靠時序控制，且具有寫保護位，抗干擾效果好，同時體積小，連線少，使用靈活。如果RST輸出低電平，則I/O引腳變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，中止數(shù)據(jù)傳送。如下圖所示。需要注意的問題是每個步進電機都有自己的共振點，二相混合式步進電機的共振區(qū)一般在180~250pps之間，故在步進電機使用的過程中，我們要避免否其產(chǎn)生共振，這樣步進電機不僅噪聲會很大，而且會劇烈抖動，產(chǎn)生意想不到的后果?；?5。（1）步進電機的技術(shù)參數(shù)步進電機在靜止狀態(tài)時所具有的一些技術(shù)參數(shù)指標有相數(shù)、步距角、拍數(shù)、定位轉(zhuǎn)矩以及保持轉(zhuǎn)矩，如下①相數(shù)一步進電機內(nèi)部所含有的線圈繞組個數(shù)。例如對于四相電機來說，其運行模式是四相四拍的，也就是說ABBCCDDAAB。②失步一步進電機在實際轉(zhuǎn)動的過程中，轉(zhuǎn)動的步數(shù)與理論上的步數(shù)不相等時，其被定義為失步。步進電機運行時候的共振不僅會使電機失步，而且還會產(chǎn)生很大的噪聲，因此在使用步進電機時一般主動采取措施避開步進電機的共振區(qū)間。而半步勵磁又被叫做一二相勵磁。步進電機接收到任意一個勵磁脈沖信號后。如果要想讓步進電機按反方向進行轉(zhuǎn)動的話，只需要將勵磁脈沖信號按反向傳送即可實現(xiàn)。電路連接如下圖所示。在光電跟蹤模式下：系統(tǒng)首先檢測位于圓盤中央的光敏二極管D0是否受到了光照，系統(tǒng)是通過檢測D0對應(yīng)的單片機的引腳的高低電位來判斷的。因此這部分的設(shè)計也不存在每次調(diào)整時電動機轉(zhuǎn)動時間的計算，因為這個轉(zhuǎn)動時間是隨機的，它因太陽光線與太陽板之間的角度的大小而不同。啟動太陽固定軌跡追蹤模式程序?？偨Y(jié) 總結(jié)太陽能光纖照明與傳統(tǒng)市電照明技術(shù)的有機結(jié)合使得太陽能被廣泛應(yīng)用于照明。增加的濾光片有效地濾除了太陽光纖中對人。還有主要內(nèi)容是系統(tǒng)的軟件設(shè)計，以理論為主。設(shè)計如下圖所示。系統(tǒng)中用到了中斷服務(wù)程序，黑夜狀態(tài)下INT0檢測到低電位，系統(tǒng)進入中斷處理程序，命令兩個電機停止轉(zhuǎn)動，程序設(shè)計如下：　Void initial（）//初始化{EA=1； //CPU所以中斷開EX0=1； //IT0中斷開IT0=0； //IT0低電平觸發(fā)EX=1； //INT1中斷開IT1=0； //IT1低電平觸發(fā)Return；}void int0（）interrupt 0 using 0{ FINT0=1；}If（FINT0=0） //中斷0{ FINT0=0；P1=0xff； } //所有電機停轉(zhuǎn)第4章 陽光跟蹤系統(tǒng)設(shè)計 光電追蹤器模塊的設(shè)計系統(tǒng)啟動之后進行判斷啟用何種模式，晴天時進入光電檢測追蹤模式，遇到陰天時進入太陽固定軌跡追蹤模式。圖413 系統(tǒng)流程圖其中檢測白天還是黑夜時通過中斷0來判斷的，只要INT0檢測到低電位，系統(tǒng)就進入中斷服務(wù)程序，即等待狀態(tài)。該驅(qū)動器驅(qū)動二相混合式步進電機57BYG450D4。該種勵磁方式的特點是步進電機在運行的過程中不僅平滑，而且分辨率也很高，因此應(yīng)用的范圍非常廣泛。下表中的1和0分別代表傳送給步進電機的勵磁脈沖信號的高電平和低電平。 圖410等效電路圖411 繞組說明步進電機勵磁方式:步進電機的勵磁方式有半步勵磁和全步勵磁兩種類型。步進電機輸出力矩和頻率之間的關(guān)系曲線如下圖所示。如下:①步距角精度一步進電機在實際轉(zhuǎn)動的過程中，每轉(zhuǎn)過一個步距角大小的實際值與理論值之間的誤差，用百分比表示為:誤差/步距角100%。步進電機在實際工作時的步距角與步進電機的驅(qū)動器密切相關(guān)。176。對于步進電機來說，其種類不僅有反應(yīng)式的，而且還有混合式的以及永磁式的。步進電機有很多種，按其運動方式分為有旋轉(zhuǎn)型和直線型，通常使用的旋轉(zhuǎn)型步進電動機又可分為反應(yīng)式、永磁式、感應(yīng)式，其中反應(yīng)式步進電動機是我國應(yīng)用最廣泛的一種，它具有調(diào)速范圍大、動態(tài)性能好、能快速起動、制動和反轉(zhuǎn)。SCLK：串行時鐘輸入。時鐘SCLK是上升沿后繼以下降沿的序列?？赏ㄟ^軟件設(shè)計程序，這時控制電路中的第一個晶體管截止，而第二個晶體管導(dǎo)通，從而繼電器吸合，電機轉(zhuǎn)動，這樣就達到了對電機的控制。也就是當D0受到光照時，～ 圖45 光電檢測電路設(shè)計同時檢測到高電位。(2)判斷晝夜的電路設(shè)計檢測白天還是黑夜，除了可以用時鐘芯片來設(shè)定跟蹤系統(tǒng)的運行時間范圍，當然也可以采用圖42類似的電路所不同的是二極管型號不同，電阻的大小不同，運放輸出要接到中斷0上。 圖42 AT89C51芯片引腳圖 光電檢測電路的設(shè)計（1）判斷陰晴的電路設(shè)計 因為整個系統(tǒng)由兩種追蹤模式組成，即光電追蹤模式和太陽角度追蹤模式。另外為了滿足對太陽方位較高追蹤精度的要求，設(shè)計的太陽光自動跟蹤裝置采用了閉環(huán)跟蹤的方式，即自動跟蹤裝置可對太陽光強度進行自動檢測，若太陽的方位與聚光裝置采光面的指向有偏差的話，則由太陽光自動跟蹤裝置的控制系統(tǒng)驅(qū)動步進電機對聚光裝置的釆光面的指向進行修正，使得聚光裝置的采光面始終對準太陽，從而有效地進行太陽光匯聚和收集。因此整個系統(tǒng)的實際使用情況在很大程度上取決于太陽光自動跟蹤裝置的控制系統(tǒng)單元. 圖41 太陽跟蹤控制系統(tǒng)硬件框圖太陽能光纖照明系統(tǒng)中太陽光自動跟蹤裝置的設(shè)計關(guān)鍵在于對直射太陽光線強度的檢測以及驅(qū)動步進電機帶動聚光裝置精確地追蹤太陽的方位。圖316 實驗效果圖 本章小結(jié)本章詳述了太陽光采集跟蹤系統(tǒng)的光路部分，對菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)特點和匯聚特性、以及光纖傳光與耦合對入射太陽光束精度的要求等均做了詳細分析計算。圖313 透鏡組結(jié)構(gòu)圖根據(jù)光與光纖耦合條件的要求，本系統(tǒng)設(shè)計了專用的耦合裝置二級凹凸透鏡組，通過它對菲涅爾透鏡的匯聚光束的調(diào)整可解決如下問題：1. 消球差，所謂球差是指太陽光的某單色光束經(jīng)菲涅爾透鏡后與中心光軸夾不同角度的光線交中心軸于不同的位置，從而焦點處不是一個光點而是一個圓形的彌散斑。角度誤差增大到一定程度后將不在滿足光束與光纖耦合的條件，即θs＜2arcsin(NA) ，則光纖端面會出現(xiàn)太陽光線流失的現(xiàn)象，從而降低耦合效率。太陽光經(jīng)過匯聚后盡管符合光與光纖的耦合條件，但太陽光匯聚光斑的中心未對準纖芯的中心軸，如圖 ，這就使得部分匯聚太陽光束沒有耦合入光纖內(nèi)部。光線穿過距離長度為D的光纖后，那么減去各種光損失所剩下的光功率為： (329) 光纖的選擇通雖然光纖有這么多種，但是適用于光傳輸?shù)墓饫w主要有石英光纖、塑料光纖和液芯光纖三種。圖37 斜光線全反射條件 光纖傳輸特性光纖對傳輸光的衰減是指進光纖的總光量與光纖末端所發(fā)射出的總光量的差值，即光纖在對光的傳輸?shù)倪^程中所產(chǎn)生的光損耗量。是斜光線入射到光纖內(nèi)部并且與之間所成的角，其大小用字母β表示。對于公式(323)來說，該公式只被有限地用于子午光線入射的時候。而子午面內(nèi)的任意一條光線都被叫做子午線。而當入射到傳光光纖上的光線的入射角比臨界角大的時候，入射光線在傳光光纖中只會產(chǎn)生全反射，而不會產(chǎn)生反射。其光纖纖芯的橫截面面積比較小，模場直徑的尺寸大小也是介于8um至10um的范圍之間。從光纖的橫切截面來分析的話，光纖從外到內(nèi)包括三部分，即外層是表面的涂覆層，中間部分是折射率較低的包層，而最內(nèi)層是折射率極高的纖芯?，F(xiàn)在在項目建設(shè)的具體過程中，使用場所最多的導(dǎo)光管有兩種，一種是液芯導(dǎo)光管，另一種是空芯導(dǎo)光管。 (315) 圖33 某波段太陽光束以角度i 入射菲涅爾透鏡匯聚示意圖對于菲涅爾透鏡的聚光性能來說，若不考慮匯聚過程中的能量損失，則可以用幾何聚光比 C 表示聚光程度： (316) 式中的Sa為菲涅爾透鏡的匯聚光斑的面積，S1 為太陽光束入射透鏡的面積，可以視為菲涅爾透鏡的有效面積。 菲尼爾透鏡聚光器菲涅爾透鏡是將普通曲面透鏡的曲面切割成若干個平行排列于同一平面的同心環(huán)帶，這樣做的主要目的是對傳統(tǒng)的曲面透鏡簡化，其不僅降低了透鏡的重量、厚度和體積，而且更易于加工制造。如果這個長度越短，棱角的角度變化就越連續(xù)，則光斑的面積就會越小，單位面積的能量密度會越大。透鏡對其表面上的紋理的設(shè)計、光潔度、厚度等要求很高。從聚焦特性來說，可分為點狀光斑即點聚焦聚光器和線狀光斑亦線聚焦聚聚光器。結(jié)合光纖耦合所提出的要求，設(shè)計了專用的耦合透鏡組，從而實現(xiàn)光纖太陽光照明系統(tǒng)的太陽光匯聚與傳輸。該跟蹤裝置的控制系統(tǒng)的硬件部分主要包括由光電傳感器組成的信號檢測電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機控制芯片和電機及其驅(qū)動器等部分組成。這就需要對不同種類光纖的性能進行分析，針對本系統(tǒng)對光纖提出的性能要求進行詳細分析，跟據(jù)光纖太陽光照明系統(tǒng)對光纖提出的要求，對其進行了選擇。通過耦合器的調(diào)整，太陽光與光纖的耦合效率得到了較大的提高。其中太陽光匯聚后與光纖的耦合效率問題、太陽光跟蹤精度問題是整個系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部分。目前主要用于住宅等小型室內(nèi)照明，技術(shù)水平與國外相比還相對落后，應(yīng)用仍處于試驗階段，2008年北京奧運會中心區(qū)地下車庫安裝的19套導(dǎo)光管系統(tǒng)，是我國將太陽光照明系統(tǒng)用于大型地下空間的首次嘗試。Himanwari采光器的核心組成為菲涅爾透鏡、太陽跟蹤裝置及光纜，還包括照明燈具和供夜晚、陰雨天用的人工照明光源設(shè)備。光纖照明與電照明相比，具有不可替代的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的太陽追蹤光纖導(dǎo)光照明系統(tǒng)存在很多缺陷:由于采光結(jié)構(gòu)接受光照的面積較大，面積大小也易發(fā)生變化。太陽能開發(fā)和利用的技術(shù)包括太陽采光、熱能利用和光伏發(fā)電，其中利用晝光進行采光照明，可實現(xiàn)建筑的晝間照明，若利用太陽能電池給蓄電池充電，則夜間也可實現(xiàn)照明，充分利用太陽能是照明技術(shù)發(fā)展的一種趨勢。 陽光光纖采集系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文 目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景及意義 1 國內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀 2 課題主要研究內(nèi)容 3第2章 陽光光纖采集系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 5 系統(tǒng)組成 5 系統(tǒng)各部分工作原理 5 本章小結(jié) 8第3章 光路系統(tǒng)設(shè)計 9 聚光器的選擇 9 聚光器的種類 9 菲尼爾透鏡聚光器 11 菲涅爾透鏡匯聚特性 14 光傳導(dǎo)導(dǎo)體的選擇與分析 16 導(dǎo)光管的基本結(jié)構(gòu) 16 光纖的基本結(jié)構(gòu) 18 光纖導(dǎo)光原理 19 光纖傳輸特性 24 光纖的選擇 25 光耦合條件 25 橫向誤差對耦合效率的影響 26 縱向誤差對耦合效率的影響 27 角度誤差對耦合效率的影響 28 太陽光與光纖耦合裝置設(shè)計 29 陽光光纖照明簡易實驗裝置 31 裝置組成 31 裝置照明效果 32 本章小結(jié) 33第4章 陽光跟蹤系統(tǒng)設(shè)計 34 硬件控制系統(tǒng) 34 單片機 35 光電檢測電路的設(shè)計 36 單片機控制電路設(shè)計 39 時鐘電路設(shè)計 40 步進電機的選擇 41 軟件控制系統(tǒng) 50 光電追蹤器模塊的設(shè)計 52 光電檢測追蹤模塊的設(shè)計 53 太陽固定軌跡追蹤模式的設(shè)計 54 本章小節(jié) 55總結(jié) 56參考文獻 57致謝 59附錄 光電追蹤設(shè)計程序 60