太陽(yáng)能智能追光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文正稿(編輯修改稿)
2025-07-25 13:22 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ers型號(hào) 參數(shù) 光譜響 應(yīng)范圍 μm峰值 波長(zhǎng) μm允許 功耗 mW最高工 作電壓 V響應(yīng)時(shí)間 光電特性 電阻溫度系數(shù)/%/℃ （20~60℃）Tτ/mStf/mS暗電阻值 MΩ亮電阻值 KΩ（100IX）UR74A ~ 5010040301 ~ UR74B ~ 3050201510 ~ 4 UR74C ~ 5010064100 ~ 2 硬件結(jié)構(gòu)框圖與原理圖 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖水平與垂直方向步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)AT89C52單片機(jī)四個(gè)光敏電阻感光電壓比較器轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電壓跟隨 硬件結(jié)構(gòu)框圖Figure hardware block diagram 整體硬件原理圖 整體硬件原理圖Figure the overall hardware schematic 3 方案研究 基于擋板的傳感部分方案 基于擋板的傳感部分方案安裝簡(jiǎn)單，對(duì)擋板的要求不高，所以選擇此方案。感光部分把光敏電阻分布在不同象限，通過(guò)擋光板將象限隔離，根據(jù)每個(gè)象限光敏電阻所傳回?cái)?shù)據(jù)的大小來(lái)判定感光狀態(tài)，通過(guò)調(diào)整擋光板的高度將系統(tǒng)追光誤差降低到5％以內(nèi)。當(dāng)太陽(yáng)光移動(dòng)時(shí)，擋板會(huì)把光敏電阻的一個(gè)或者幾個(gè)擋住。這樣，通過(guò)單片機(jī)對(duì)光敏電阻電平的采樣，對(duì)電壓值進(jìn)行比較，根據(jù)電平的變化，使單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)，使太陽(yáng)能電池板重新垂直對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)[5]。：俯視圖 立體圖 基于擋板的傳感方案效果圖Figure renderings bafflebased sensing scheme底板具體尺寸參數(shù)：56nm32nm 接收系統(tǒng)方案接收系統(tǒng)主要功能是對(duì)不同強(qiáng)度光線進(jìn)行感應(yīng)，把陽(yáng)光強(qiáng)度轉(zhuǎn)化成電壓伏特值，將感應(yīng)的伏特值與我們?cè)O(shè)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果感應(yīng)的伏特值比我們?cè)O(shè)定的值大，接收系統(tǒng)將輸出一個(gè)信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)接收到該信號(hào)后進(jìn)行處理，然后控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)接收板沿光線強(qiáng)烈地方轉(zhuǎn)，直到四個(gè)光敏電阻感應(yīng)光線強(qiáng)度一樣。該電路中的核心元件是光敏電阻，它可以把不同強(qiáng)度光線轉(zhuǎn)化成不同幅值的電壓。四個(gè)光敏電阻RRRR4是兩兩之間互相比較的，當(dāng)陽(yáng)光照到光敏電阻R1比照到光敏電阻R2光強(qiáng)度弱時(shí)，LM339內(nèi)部第四個(gè)比較器導(dǎo)通輸出信號(hào)（高電平），通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部燒好的程序控制垂直方向步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。也即照到這四個(gè)光敏電阻光線強(qiáng)度不一樣時(shí)，單片機(jī)將會(huì)控制接收板向陽(yáng)光強(qiáng)度強(qiáng)的地方偏轉(zhuǎn)，做到實(shí)時(shí)追光，直到它們受光強(qiáng)度一樣。光敏電阻 RRRR4感應(yīng)環(huán)境光度，耦合給比較器 LM339進(jìn)行比較，從比較器 端輸出比較數(shù)據(jù)。單片機(jī)根據(jù)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過(guò) ，控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)[6]。： 接收系統(tǒng)原理圖Figure The receiving system schematic 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制,系統(tǒng)剛上電，首先對(duì)IO端口初始化,然后開(kāi)中斷，此時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始工作，檢測(cè)當(dāng)前太陽(yáng)位置，直到接收板對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能全方位跟蹤。系統(tǒng)自動(dòng)控制接收板與大地平行，這樣不管太陽(yáng)在哪個(gè)位置，接收板都能檢測(cè)到太陽(yáng)[7]。：開(kāi)始垂直電機(jī)反轉(zhuǎn)水平電機(jī)反轉(zhuǎn)水平電機(jī)正轉(zhuǎn)保持電機(jī)不動(dòng)第四組傳感器未受光照第二組傳感器未受光照第一組傳感器未受光照 Y N Y N 第三組傳感器未受光照 N垂直電機(jī)正轉(zhuǎn)YN YN返回 主程序流程圖Figure The main program flow chart執(zhí)行程序時(shí)先執(zhí)行識(shí)別方向子程序，然后執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)子程序（源程序見(jiàn)附錄A）。一直循環(huán)直到四個(gè)光敏電阻受到的光照強(qiáng)度基本相同時(shí)，程序控制電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。識(shí)別方向子程序源于硬件設(shè)計(jì)，電壓比較器LM339實(shí)時(shí)的將光敏傳感器獲得的光照結(jié)果送給單片機(jī)，四個(gè)電壓比較器輸出的信號(hào)分別在程序中定義，當(dāng)其有效時(shí)控制步進(jìn)電機(jī)按照需要的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)控制子程序需要檢測(cè)方向識(shí)別子程序給出的控制字。首先識(shí)別是否需要水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)，若是則識(shí)別正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，然后移動(dòng)到水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)位置碼開(kāi)始執(zhí)行程序，如果不需要水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)則固定水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)碼。水平方向識(shí)別完后再識(shí)別垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)控制字，如果需要垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)再識(shí)別需要正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，識(shí)別完后移動(dòng)到垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)位置碼執(zhí)行，如果不需要垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)則固定垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)碼。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)碼全部確定之后分別從單片機(jī)P0口和P2口發(fā)送轉(zhuǎn)動(dòng)碼給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003，由驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。每轉(zhuǎn)動(dòng)一步之后令轉(zhuǎn)動(dòng)控制字失效，以免電機(jī)一直轉(zhuǎn)動(dòng)。只有當(dāng)光敏電阻傳送有效信號(hào)時(shí)電機(jī)才轉(zhuǎn)動(dòng)。 5 智能追光算法 要確定一天中太陽(yáng)的方向需要知道太陽(yáng)高度和太陽(yáng)方位角兩個(gè)量，對(duì)于地球上的某個(gè)地點(diǎn)，太陽(yáng)高度是指太陽(yáng)光的入射方向和地平線之間的夾角。太陽(yáng)高度是決定地球表面獲得太陽(yáng)熱能數(shù)量的最重要的因素，用h來(lái)表示這個(gè)角度，它在數(shù)值上等于太陽(yáng)在天體地平坐標(biāo)系中的地平高度。太陽(yáng)高度角隨著地方時(shí)和太陽(yáng)的赤緯的變化而變化[8]。太陽(yáng)赤緯以δ表示，觀測(cè)地地理緯度用φ表示，地方時(shí)（時(shí)角）以t表示，有太陽(yáng)高度角的計(jì)算公式： sinh＝sinφ sinδ＋cosφ cosδ cos t (1) 日升日落，同一地點(diǎn)一天內(nèi)太陽(yáng)高度角是不斷變化的。日出日落時(shí)角度都為零度，正午時(shí)太陽(yáng)高度角最大。正午時(shí)時(shí)角為0，以上公式可以簡(jiǎn)化為： sinH＝sinφ sinδ＋cosφ cosδ (2) 其中，H表示正午太陽(yáng)高度角。由兩角和與差的三角函數(shù)公式，可得： sinH＝cos(φ－δ) (3) 由于太陽(yáng)赤緯角在周年運(yùn)動(dòng)中任何時(shí)刻的具體值都是嚴(yán)格已知的，所以它（δ）也可以用與式（1）相類似的表達(dá)式表述，即： δ=＋＋－－＋＋ (4) 式中θ稱日角，即 θ=2πt／ (5) 這里t又由兩部分組成，即 t=N－N0 (6) 式中N為積日，所謂積日，就是日期在年內(nèi)的順序號(hào)，例如：1月1日其積日為1，平年12月31日的積日為365，閏年則為366
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