【正文】 常州信息職業(yè)技術(shù)學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設(shè)計論文 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 設(shè)計（論文）題目 光伏發(fā)電光源跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計 一、 選題的背景和意義： 背景：太陽能是一種清潔可再生的新型能源，但其也有間歇性、空間分布不斷變化的缺點。 用四個光敏三極管 3DU5 組成光敏傳感器其最高工作電壓為 10V，響應(yīng)時間為 1ms1ums。 目前很多太陽能電池板陣列基本上都是固定的，沒有充分利用太陽能資源，發(fā)電效率低下。用四個 光敏三極管 3DU5 組成 光敏傳感器來檢測光源的位置，并將其檢測到的信號放 大傳給單片機 AT89C51。本設(shè)計注重對單片機的使用、太陽能光電轉(zhuǎn)換原理的應(yīng)用與光敏傳感 器的工作原理和應(yīng)用。設(shè)計完成后利用軟件對系統(tǒng)進行編譯和調(diào)試，以保證設(shè)計的準確性。其依據(jù)光照度的變化、大小來判斷光源的位置，并將光源運 動分解為水平和豎直方向的二維運動，借以來控制水平電機與豎直電機的旋轉(zhuǎn)角度。如果光線變暗，則光敏器件阻值增大，達到翻轉(zhuǎn)閾值后單穩(wěn)輸出端出現(xiàn)高電平，單片機的 和 接收到這個高電平就知道太陽能電池板光線不足。每 2個微型光電池之間就有一個中間位置，所以共有 N1 個這樣的位置，這樣 N 路常州信息職業(yè)技術(shù)學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設(shè)計論文 4 微型光電池共能判別 2N1 個太陽方位。 方案 選擇 主控芯片的選擇 本設(shè)計是基于單片機為控制核心的設(shè)計，因此要選擇一個 主控芯片來處理數(shù)據(jù)和控制操作，主要考慮以下兩種方案： 方案一： AT89C51 單片機 是一種低功耗且?guī)?4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器， 它采用 CMOS 工藝和高密度非易失性存貯器技術(shù)，而且引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51 兼容。 方案二： MSP430F149 系列單片機是 16 位低 功耗的單片機，具有良好的性能。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。 （ 3）是輸出轉(zhuǎn)角的精度高，無積累誤差。 步進電機的性能指標 1) 步距角精度（ Δα） 在討論步距角精度之前 ,先介紹步距角的概念。在實際使用中，常以累計誤差表示步距角精度。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩越大，自鎖力越大，靜態(tài)誤差越小。 表 21 步進電機的啟動轉(zhuǎn)矩 項目 數(shù)據(jù) 運行方式 相數(shù) 3 4 5 6 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12 Tq/Tjmax 3） 動態(tài)轉(zhuǎn)矩和距頻特性 在不同頻率下步進電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩。 5） 最高運行頻率 運行頻率是指電動機在額定狀態(tài)下逐升速，達到不失步的連續(xù)工作頻率。根據(jù)上述將 Vx， Vy進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后送入單片機。 方案四：光敏三極管。 顯示器 的選擇 本系統(tǒng)顯示器主要顯示的是傳感器檢測到的信號，可選用以下方案： 方案一： FYD128640402B是一種具有 4位 /8位并行、 2線或 3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形 LCD液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64, 內(nèi)置 8192個 16*16點漢字，和 128個 16*8點 ASCII字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。系統(tǒng)的硬件主要有控制器單片機，電機驅(qū)動模塊，顯示模塊，鍵盤等模塊組 成的。在片內(nèi)程序存儲其的配置上，該系列的單片機有三種形式：掩膜ROM、 EPROM、 ROM Less（無片內(nèi)程序存儲器）。在單片機內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。圖中電容 C1和 C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在 5～ 30pF，典型值為 30pF。如下圖 。晶振為 6MHZ,R2為 200Ω。N 步進電機在單單僅給予電壓時，電機是不會動作的，必須由脈沖產(chǎn)生器提供位置 (脈波數(shù) )、速度的脈沖信號指令，以及驅(qū)動器驅(qū)動電流流過電機內(nèi)部線圈、依順序切換激磁相序的方式才能夠讓電機運轉(zhuǎn)。 （ 2）由于 RPM與 PPS的單位不同，所以于轉(zhuǎn)換的過程中要先將 PPS的秒鐘乘以 60變?yōu)榉昼姟? (2)控制步進電機的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機 就反轉(zhuǎn)。我們選的是兩相混合式步 進電機，型號是 56BYG250B0241，步距角 ，相電流 ，保持轉(zhuǎn)矩 *m，轉(zhuǎn)動慣量 180g*cm178。 常州信息職業(yè)技術(shù)學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設(shè)計論文 14 圖 脈沖信號 由上圖我們可以得到每轉(zhuǎn)動一個角度所需要的脈沖信號，如需連續(xù)轉(zhuǎn)動，單片機只需依次向 L298N輸出上述信號即可。 所以我們選用的是 LED液晶顯示器 ，型號 ： FYD128640402B。 ：傳感器轉(zhuǎn)換后的電壓或電流信號都很弱，在進入 A/D轉(zhuǎn)換前需要進行信號放大，以滿足 A/D對輸入信號的要求。 2128是 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 , 21是最高位 ,28是最低位。當光敏三極管受到不同光照時阻值不同。 在每次定時器 T1中斷時，系統(tǒng) 都檢查控制字。 定義變量 LDR2，光線傳感器 2輸入 SD1: JB LDR2,SD3 。 定義變量 MY1， Y 軸電動機控制端 1 MY2 EQU 。當兩個傳感器都檢測到閾值以上的光線時電動機就會停止運動，從而實現(xiàn)太陽能電池板對光線的跟隨功能。其二是通過串行口接收上位機的控制命令。 調(diào)試與分析 本設(shè)計采用 51 單片機 AT89C51（晶振頻率為 12MHZ）對兩相四線制步進電機進行控制?？赡艿脑蚴浅霈F(xiàn)了一干擾光源或太陽能板與太陽位置發(fā)生偏離。 遇到這種情況時，首先檢查電機與驅(qū)動芯片 L298N 的連接是否正確；如沒有接錯再檢查輸入頻率是否太高；是否升降頻設(shè)計不合理；以上原因都不是，可能是驅(qū)動器燒毀。 在系統(tǒng)設(shè)計的過程中學習到了很多的知識，了解了一個系列的單片機 MSP430，并學習了一些相關(guān)。第二種方法是按所示圖逆時針輸出脈沖信號。 問題處理與分析 1)光源跟蹤控制系統(tǒng)異常處理 程序運行中會發(fā)生多種異常情況，有些可以通過檢查輸入數(shù)據(jù)判斷，而有一些情況系統(tǒng)可以自行校正。 常州信息職業(yè)技術(shù)學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設(shè)計論文 25 下圖 是電機反轉(zhuǎn)的仿真電路： 圖 電動機反轉(zhuǎn) 在仿真中按下正轉(zhuǎn)按鈕電路接通此時有脈沖給予電路高電平則步進電機驅(qū)動芯片 L298N 的 IN1 為高電平， IN IN IN4 為低電平，同時 ENA 和 ENB端與接入的信號相同步進電機正轉(zhuǎn)。 該設(shè)計的軟件結(jié)構(gòu) 中 系統(tǒng)上電后先進行必要的初始化操作 ,包括主處理器內(nèi)部時鐘系統(tǒng)的設(shè)置、定時 /計數(shù)器的初始化、串行口、 I/O 端口及中斷系統(tǒng)的設(shè)置等。 X 軸和 Y 軸電動機反轉(zhuǎn) SETB ENB CLR MX1 SETB MX2 CLR MY1 SETB MY2 RET 程序?qū)崿F(xiàn)太陽跟隨系統(tǒng)實時跟蹤太陽，當直射到太陽能電池板的光線變?nèi)鯐r，程序會自動改變電池板的方向、位置去得到最大的強度的太陽光。 定義變量 MX1， X 軸電動機控制端 1 MX2 EQU 。圖 為按鍵 模塊： 常州信息職業(yè)技術(shù)學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設(shè)計論文 20 開 始按 鍵正 轉(zhuǎn)P 1 . 0 = ? 0按 鍵 判 斷P 1 . 2 = ? 0 P 1 . 3 = ? 0P 1 . 1 = ? 0反 轉(zhuǎn)減 速加 速顯 示 轉(zhuǎn) 動 方 式 圖 按鍵 按鍵子程序： LDR1 EQU 。為了避免在多云情況下的盲目跟蹤，如果輻射強度沒有達到特定值，則對于誤差信號超出死區(qū)不作任何操作。 ADD A, ADDB, ADDC是地址輸入 ,用它們來選擇要轉(zhuǎn)換的通道。 STAPT是 A/D轉(zhuǎn)換啟動輸入腳 ,有一個高脈沖輸入時開始進行轉(zhuǎn)換。而機器芯片能夠接收和處理的信號是 TTL點評信號，上述三種信號形式不一定直接被識別接收，中間需要接口電路。鍵盤就在這個過程中應(yīng)用。 注意： ENA和 ENB必須接與輸入到驅(qū)動芯片中完全相同的脈沖信號，否則就無法轉(zhuǎn)動。橋式整流電路雖然用了四肢二極管，但卻克服了全波整流電路要求變壓器次級有中心抽頭和二極管承受反壓大的缺點。 )輸入脈沖數(shù) (1)控制換相順序 通電換相這一過程稱為脈沖分配。電機的運轉(zhuǎn)速度 (RPM)與脈沖速度 (PPS， 又稱 Hz)間的關(guān)系式如下： 電機的運轉(zhuǎn)速度 (RPM)＝脈沖速度 (PPS或 Hz) 60247。為一個半步。 步進電動機每次換相轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。 上電與按鍵均有的復(fù)位電路如圖 （ b）所示。 當在 89C51單片機的 RST引腳引入高電平并保持 2個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。內(nèi)部時鐘方式如圖所示。 I/O口和其他功能單元 ： 4個并行 I/O； 2個 16為定時 /計數(shù)器； 1個全雙工異步串行口；中斷系統(tǒng)（ 5個中斷源、 2個優(yōu)先級）。 單片機主要特點 是由 ATMEL公司生產(chǎn)的一個單片機。 常州信息職業(yè)技術(shù)學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設(shè)計論文 9 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 硬件方框圖 本系統(tǒng)是有控制核心的單片機對傳感器檢測的光源的信號進行分析和處理然后控制電機，使其跟隨點光源移動。經(jīng)實踐測定，光敏二級管與光敏三極管滿足要求，但在反映速度，及變化的靈敏、快速性方面，光敏三極管更勝一籌，因此傳感器選擇方案四。 方案三：光敏二極管。當光軸未對準太陽時即太陽光與光軸成一角度 θ時，光線經(jīng)光學系統(tǒng)照射到四象限光電池上形成的光斑必然發(fā)生偏移即 (x≠ 0， y≠ 0)。電動機啟動頻率與轉(zhuǎn)子和負載的慣性有關(guān)。不同相數(shù)的電機，啟動轉(zhuǎn)矩不同。 m； θ──失調(diào)角， θ=2π /m（ m為一個通電順序內(nèi)的拍數(shù)）。步進電機的靜態(tài)步進誤差一般在 10′之內(nèi)。 由于本次跟蹤設(shè)計對電機轉(zhuǎn)動的精度有較高的要求，直流減速電機在此方面有明顯的不足速度不容易控制， 而步進電機的控制和實現(xiàn)是相對簡單一些。步進電機是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯。有以下方案可供選擇： 方案一：步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。而在中間狀態(tài)時實行疏跟蹤。在結(jié)構(gòu)上，用 N 個 微型光電池均勻分布在一個半圓弧上，若太陽正對某一個微型光電池時，則此時它的輸出最大，這樣系統(tǒng)就能判斷此 時太陽的位置從而進行跟蹤。和 B,B39。主要設(shè)計思路框圖如圖 所示。硬件部分設(shè)計是圍繞著太陽能電池板、步進電機驅(qū)動電路、 按鍵、液晶顯示器、 AT89S51 型單片機這些主要部件進行設(shè)計的。 本設(shè)計的目的是為了提高設(shè)計者自身設(shè)計產(chǎn)品的能力，將理論與實際相結(jié)合，實踐所學的知識，豐富實踐經(jīng)驗。本次設(shè)計是將固定的太陽能光伏組件改變成雙軸跟蹤光源的太陽能光伏組件，通過跟蹤光源使光伏組件保持較高的輸出功率。此系統(tǒng)也可以應(yīng)用在工業(yè)中，用光源作為引導(dǎo)實現(xiàn)自動化控制等。 常州信息職業(yè)技術(shù)學院 學生畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 系 別： 電子與電氣工程學院 專 業(yè)： 光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用 班 號： 光伏 122 學 生 姓 名： 王冬冬 學 生 學 號： 1206213215 設(shè)計（論文）題目： 光伏發(fā)電光源跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計 指 導(dǎo) 教 師： 朱文杰 設(shè) 計 地 點： 常州信息職業(yè)技術(shù)學院 起 迄 日 期： ～ 常州信息職業(yè)技術(shù)學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設(shè)計論文 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 專業(yè) 光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用 班級 光伏 122 姓名 王冬冬 一、課題名稱： 光伏發(fā)電光源跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計 二、主要技術(shù)指標（或基本要求）： 光照強度低于 100Lx 時系統(tǒng)暫停跟蹤光源， 100500Lx時進行疏跟蹤，大于 500Lx 時進行密跟蹤 。 光源跟蹤控制系統(tǒng)可以始終跟蹤太陽 能保證設(shè)備的要求跟蹤部位正對太陽 ，從而提高設(shè)備對太陽能的利用率。目前許多太光源陽能電池板陣列沒能高效的利用太陽資源，發(fā)電效率低。并且其結(jié)構(gòu)相對簡單，不需太多的人工干預(yù)，特別適合天氣狀況較復(fù)雜的地域和無人值守的情況，有較好的推廣應(yīng)用價值。方案比較部分是為了選取更適合此次設(shè)計的器件。通常按照性價比最高來設(shè)計。 根據(jù)圖 的系統(tǒng)