【正文】 ，大致確定設(shè)計(jì)極限； (2)機(jī)械部分也是實(shí)現(xiàn)跟蹤目的的關(guān)鍵，主要是機(jī)械零件的設(shè)計(jì)和計(jì)算，裝配圖及其零件圖； (3)分析傳感器工作原理及設(shè)計(jì)光電轉(zhuǎn)換電路； (4)選取控制芯片 C51，分析系統(tǒng)的硬件需求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)； (5)設(shè)計(jì)控制方案，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電路。雙曲柄機(jī)構(gòu)，具有兩個(gè)曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為雙曲柄機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是當(dāng)主動(dòng)曲柄連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)曲柄一般做不等速轉(zhuǎn)動(dòng)。在 應(yīng)用中，全球定位系統(tǒng) (GPS)可為系統(tǒng)提供精度很高的地理經(jīng)緯度和當(dāng)?shù)貢r(shí)間，控制系統(tǒng)則根據(jù)提供的地理、時(shí)間參數(shù)來(lái)確定即時(shí)的太陽(yáng)位置，以保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位和跟蹤的高準(zhǔn)確性和高可靠性。特別是多云天氣會(huì)試圖跟蹤云層邊緣的亮點(diǎn)，電機(jī)往復(fù)運(yùn)行，造成了能源的浪 費(fèi)和部件的額外磨損。 圖 總體結(jié)構(gòu)圖 煙臺(tái) 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第 3 章 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 齒輪的選擇 材料選擇 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng) [11]。/178。 u= 7)計(jì)算模數(shù) m m=d1/z1= m： m=179。如圖 所示，它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滑動(dòng)動(dòng)作變成滾動(dòng)動(dòng)作。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng) ,所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率，與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到 1/3 以下 ,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的 1/3，在省電方面很有幫助。應(yīng)根據(jù)軸向載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇。非晶硅電池 板： 薄膜太陽(yáng)能電池 、 有機(jī)太陽(yáng)能電池 。 太陽(yáng)能電池板材料： 當(dāng)前，晶體硅材料（包括多晶硅和單晶硅）是最主要的光伏材料，其市場(chǎng)占有率在 90％以上 ,而且在今后相當(dāng) 長(zhǎng)的一段時(shí)期也依然是太陽(yáng)能電池的主流材料。太陽(yáng)能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈煙臺(tái) 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 活性三大優(yōu)點(diǎn) .太陽(yáng)能電池壽命長(zhǎng)，只要太陽(yáng)存在，太陽(yáng)能電池就可以一次投資而長(zhǎng)期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽(yáng)能電池不會(huì)引起環(huán)境污染；太陽(yáng)能電池可以大中小并舉，大到百萬(wàn)千瓦的中型電站，小到只供一戶(hù)用的太陽(yáng)能電池組，這是其它電源無(wú)法比擬的。 47500179。 P=( 5500＋ 2700)= 4) 驗(yàn)算 6405 軸承的壽命： Lh=10178。主要用于兩軸要求 嚴(yán)格對(duì)中并在工作中不發(fā)生相對(duì)位移的地方，結(jié)構(gòu)一般較簡(jiǎn)單，容易制造，且兩軸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速相同，主要有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等。 (2) 滑塊聯(lián)軸器 半聯(lián)軸器 3上的凹槽與中間滑塊的凸榫→移動(dòng)副→可補(bǔ)償兩軸偏移特點(diǎn)、應(yīng)用： 無(wú)緩沖，移動(dòng)副應(yīng)加潤(rùn)滑→用于低速傳動(dòng)。太陽(yáng)能煙臺(tái) 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 電池板有兩個(gè)自由度。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。 暗電流、暗電阻。光敏電阻的光電效應(yīng)受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。若陽(yáng)光發(fā)生傾斜，使Rl 被陽(yáng)光照射較 R2 強(qiáng)，即呈低電阻，則 u1u2。當(dāng)陽(yáng)光正對(duì)太陽(yáng)能板時(shí)，光敏電阻 R R2 阻值相等， u u2 電壓相等。伏安特性曲線(xiàn)用來(lái)描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系，對(duì)于光敏器件來(lái)說(shuō)，其光電流隨外加電壓的增大而增大。 光敏電阻的特性包括： 光電流、亮電阻。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。聯(lián)軸器材料選用鑄鋼。不 允許兩軸有相對(duì)位移，無(wú)緩沖。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接。 2) 用線(xiàn)性插值法求 Y 值。現(xiàn)暫選一近似中間值，取 Y=，則 P=( 1500＋ 5500)=10908N (3) 求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值 C=P179。太陽(yáng)能電池是一種由于 光生伏特效應(yīng) 而將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽(yáng)光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽(yáng)的光能變成電能，產(chǎn)生電流。為能向 AC220V 的電器提供電能，需要將太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的 直流電 能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用 DCAC逆變器。既能達(dá)到裝置要求又最大限度滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)性要求。和公 稱(chēng)導(dǎo)程 Ph。但這種反向器的外輪廓和螺母上的切槽尺寸精度要求較高。 滾珠絲杠副的選擇 滾珠絲杠副是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€(xiàn)運(yùn)動(dòng) 轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。175。 Ze178。 3) 選取齒寬系數(shù) ?d=1。 機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤的原理：當(dāng)太陽(yáng)光線(xiàn)發(fā)生偏離時(shí)。因此使用程序跟蹤方法時(shí)，需要定期的人為調(diào)整跟 蹤裝煙臺(tái) 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 置的方向。而在赤道坐標(biāo)系中赤緯角和時(shí)角在日地相對(duì)運(yùn)動(dòng)中任何時(shí)刻的 具體值卻嚴(yán)格已知，同時(shí)赤道坐標(biāo)系和地平坐標(biāo)系都與地球運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，于是通過(guò)天文三角形之間的關(guān)系式可以得到太陽(yáng)和觀(guān)測(cè)者位置之間的關(guān)系。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，按照連架桿是否可以做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，可以將其分為三種基本形式，即曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。目前，太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)跟蹤太陽(yáng)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(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤；前者是閉環(huán)的隨機(jī)系統(tǒng)，后者是開(kāi)環(huán)的程控系統(tǒng)。太陽(yáng)能在能源發(fā)展中占有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，據(jù)美國(guó)博士對(duì)世界一次能源替代趨勢(shì) 的研究結(jié)果表明，到 2050 年后，核能將占第一位，太陽(yáng)能占第二位， 21 世紀(jì)末，太陽(yáng)能將取代核能占第一位，很多國(guó)家對(duì)太陽(yáng)能的利用加強(qiáng)了重視。太陽(yáng)能技術(shù)日益創(chuàng)新，能量轉(zhuǎn)換率不斷提高，成本也是新能源中最低的。全國(guó)以四川和貴州兩省的太陽(yáng)年輻射總量最小，其中尤以四川盆地為最，那里雨多、霧多，晴天較少。 [關(guān)鍵詞 ]： 太陽(yáng)能 ；自動(dòng)跟蹤 ；單片機(jī) ；步進(jìn)電機(jī) ；二維運(yùn)動(dòng) 。當(dāng)前，包括我國(guó)在內(nèi)的絕大多數(shù)國(guó)家都以石油、天然氣和煤炭等礦物燃料為主要能源。 目前太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用 人類(lèi)直接利用太陽(yáng)能有三大技術(shù)領(lǐng)域 [3]，即光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化學(xué)轉(zhuǎn)換，此外，還有儲(chǔ)能技術(shù)。從 2021 年起，日本太陽(yáng)能發(fā)電量一直居世界首位， 2021 年太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量約為 86 萬(wàn)千瓦，占世界太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量的 %，并計(jì)劃到 2021 年達(dá)到 482 萬(wàn)千瓦，增加約 6 倍。法國(guó)已經(jīng)批準(zhǔn)了代號(hào)為“太陽(yáng)神 2021”的太陽(yáng)能利用計(jì)劃，按照該計(jì)劃，每年將投入 3000 萬(wàn)法郎資金，到 2021 年，法國(guó)每年安裝太陽(yáng)能熱水器的用戶(hù)達(dá) 2 萬(wàn)家。 煙臺(tái) 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 太陽(yáng)運(yùn)行的規(guī)律 由于地球的自轉(zhuǎn)和地球繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)導(dǎo)致了太陽(yáng)位置相對(duì)于地面 靜止物體的運(yùn)動(dòng)。在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，如果兩對(duì)邊構(gòu)件長(zhǎng)度相等且平行，則成為平行四邊形機(jī)構(gòu)。在設(shè)定跟蹤地點(diǎn)和基準(zhǔn)零點(diǎn)后，控制系統(tǒng)會(huì)按照太陽(yáng)的地平坐標(biāo)公式自動(dòng)運(yùn)算太陽(yáng)的高度角和方位角。如果兩者結(jié)合，各取其長(zhǎng)處，可以獲得較滿(mǎn)意的跟蹤結(jié)果。太陽(yáng)能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 7 級(jí)精度（ GB 10095— 88）。 5) 小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 σhlim1=600MPa，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σhlim2=550MPa。 [σh]) = 。√ (2KT1YfaYsa)/(?dz1178。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密 儀器。 高精度的保證。螺紋長(zhǎng)度 L1 在允許的情況下藥盡量短，一般煙臺(tái) 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 取 L1/d。 化學(xué)染料電池板：染料敏化太陽(yáng)能電池。多晶硅材料的生產(chǎn)技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)掌握在美、日、德等 3個(gè)國(guó)家 7個(gè)公司的 10家工廠(chǎng)手中，形成技術(shù)封鎖、市場(chǎng)壟斷的狀況。 底座的設(shè)計(jì) 底座材料選用 45 鋼 [14]， 底座要有足夠的支撐強(qiáng)度，同時(shí)也要滿(mǎn)足盡可能節(jié)省材料，所以，選擇用焊接法組合底座，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖 所示。 179。/ 60300179。②可移式聯(lián)軸器。 (3) 彈性聯(lián)軸器 特點(diǎn)：緩沖吸振，可補(bǔ)償較大的軸向位移，微量的徑向位移和角位移。控制機(jī)構(gòu)將分別對(duì)東西方向與南北方向進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)電池板對(duì)太陽(yáng)的跟蹤。在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻在一定的外加電壓下，當(dāng)沒(méi)有光照射的時(shí)候，流過(guò)的電流 稱(chēng)為暗電流。 額定功率。運(yùn)算放大器是一個(gè)減法器，其輸出為 u2與 u1 的電壓差值的常數(shù)倍。 光電轉(zhuǎn)換電路 如圖 所示為光電轉(zhuǎn)換電路是其中的一組，另一組電路與此相同 [17]。 伏安特性曲線(xiàn)。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)戶(hù)，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅，自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置，機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和位置檢測(cè)器，極薄零件的厚度檢測(cè)器，照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置，光電計(jì)數(shù)器，煙霧報(bào)警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照射下，其 阻值迅速減小的特性。新 技術(shù)革命的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。 基于以上各種聯(lián)軸器的對(duì)比，考慮到該裝置的要求，所以在連接步進(jìn)電機(jī) 2 和滾珠絲杠副時(shí)，本設(shè)計(jì)選擇采用剛性凸緣式聯(lián)軸器 [11]，如圖 ，而不采用齒輪傳動(dòng)，以便節(jié)省空間，降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度，保證傳遞精度。 (1) 凸緣式聯(lián)軸器 特點(diǎn)：簡(jiǎn)單，成本低，可傳遞較大轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。 相 對(duì) 軸 向 載 荷 為Fa/Co=2700/19200=，它介于 ～ 之間，對(duì)應(yīng)的 e 值為 ～ ， Y 值為～ 。=10178。同時(shí)可得 X=， Y值需在已知型號(hào)和基本額定靜載荷 Co 后才能求出。（ 2） 光 — 電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光 — 電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽(yáng)能電池。由于太陽(yáng)能的直接輸出一般都是 DC12V、 DC24V、 DC48V。 考慮到本設(shè)計(jì)裝置的軸向載荷不大，所以選擇深溝球軸承，并采用簡(jiǎn) 易単推 — 単推式作為支承方式，如圖 所示。 滾珠絲杠副尺寸的選擇 選用滾珠絲杠副時(shí)通常主要選擇絲杠的公稱(chēng)直經(jīng) d。兩種反向器比較，后者尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸及縮短了軸向尺寸。 (1) 計(jì)算分度圓直徑 d1=z1m=28=70mm d2=z2m=90=225mm (2) 計(jì)算中心距 a=(d1+d2)/2=(70+225)/2mm= (3) 計(jì)算齒輪寬度 b=?dd1=170mm=70mm 取 B2=70mm， B1=75mm?！?75。 (u＋－ 1) mm。絲杠上的滑塊與支承桿相連，連接到太陽(yáng)能板，太陽(yáng)能板一端固定在托盤(pán)上，托盤(pán)焊接安裝在主軸上 [10]。 (3) 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合 由上述討論可知，開(kāi)環(huán)的程序跟蹤存在許多局限性，主要是在開(kāi)始運(yùn)行前需要精確定位，出現(xiàn)誤差后不能自動(dòng)調(diào)整等。太陽(yáng)跟蹤裝置采用地平坐標(biāo)系較為直觀(guān)方便，操作性強(qiáng)，但也存在軌跡坐標(biāo)計(jì)算沒(méi)有具體公式可用的問(wèn)題。如果以轉(zhuǎn)動(dòng)副連接的兩個(gè)構(gòu)件可以做整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，則稱(chēng)之為整轉(zhuǎn)副，反之稱(chēng)之為擺轉(zhuǎn)副。在國(guó)內(nèi)近年來(lái)有不少專(zhuān)家學(xué)者也相繼開(kāi)展了這方面的研究， 1992 年推出了太陽(yáng)灶自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)， 1994 年《太陽(yáng)能》雜志介紹的單軸液壓自動(dòng)跟蹤器完成了單向跟蹤。預(yù)計(jì)到 2021 年，美國(guó)光伏發(fā)電成本將從現(xiàn)在的 21～ 40 美分 /千瓦時(shí)降到 6 美分 /千瓦時(shí)，屆時(shí)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力將會(huì)大大增強(qiáng)。日本太陽(yáng)熱能的利用，從 1979 年第二次石油危機(jī)后開(kāi)始， 1990 年進(jìn)入普及高峰。例如被人們稱(chēng)為“日光城”的拉薩市， 1961 年至 1970 年的平均值，年平均 日照時(shí)間為 ，相對(duì)日照為 68％，年平均晴天為 天，陰天為 天，年平均云量為 ，太陽(yáng)總輻射為 816KJ/cm2a，比全國(guó)其它省 區(qū)和同緯度的地區(qū)都高。并且對(duì)該系統(tǒng)采用二維跟蹤方式，以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板東西方向和南北方向共同調(diào)整跟蹤，達(dá)到進(jìn)一步提高利用效率、跟蹤精度的要求。隨著礦物燃料的日漸枯竭 和全球環(huán)境的不斷惡化，很多國(guó)家都在認(rèn)真探索能源多樣化的途徑，積極開(kāi)展新能源和可再生能源的研究開(kāi)發(fā)工作。太陽(yáng)光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)的產(chǎn)品很多，如熱水器、開(kāi)水器、干燥器、采暖和制冷，溫室與太陽(yáng)房，太 陽(yáng)灶和高溫爐，海水淡化裝置、水泵、熱力發(fā)電裝置及太陽(yáng)能醫(yī)療器具。 德國(guó)對(duì)太陽(yáng)能資源的利用可追溯到 20 世紀(jì) 70 年代，現(xiàn)在德國(guó)已經(jīng)在太陽(yáng)能系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、規(guī)劃和安裝等方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)，發(fā)明了一系列高效的太陽(yáng)能系統(tǒng)。 我國(guó)由建設(shè)部制定的《建筑 節(jié)能“九五”計(jì)劃和 2021 年規(guī)則》中已將太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)列入成果推廣項(xiàng)目 [6]。這