【正文】 （數(shù)據(jù)線）、 RST（復(fù)位線）。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷提供秒、分、時(shí)、日、月和年等信息，對(duì)小于 31 天的月末的日期進(jìn)行調(diào)整，還包括閏年的校正功能。采用雙電源 (主電源和備用電源 )供電。 8RAM，可供保存有用數(shù)據(jù)。 我們選擇 DALLAS 公司生產(chǎn)的串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302，它雖然沒(méi)有采取光電隔離，但由于讀寫(xiě)靠時(shí)序控制，且具有寫(xiě)保護(hù)位，抗干擾效果好，同時(shí)體積小，連線少，外圍只有一 晶振，使用靈活。西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 故在系統(tǒng)中加入一個(gè)外部時(shí)鐘電路，使系統(tǒng)能夠識(shí)別時(shí)間。經(jīng)計(jì)算選取 R7=450K， R8=30K,L=34uH。電感值最佳值的選取應(yīng)符合式L=VOUT/7179。 IN O U TG N D112233U1M C 78M 05 A C TV I N V O U TG N D112233U4A S 111 7+ C 1C610 0uF 3uFV I N 12C 1 6+ C 52 + C 3C 3 0+ C 51 uF16 V10 0uF 10 uF uFV5L134 uHV I N 12G N D1G N D8G N D9G N D12VL11S H D N5IN10LX2LX3LX4FB7C O M P6P G N D13P G N D14P G N D15G N D16U2M A X 6 18E E EC8C 1 1D2+ C out 1C p 1C 5 3R745 0KR830 KV 2 433 uF47 pFC c om p 7uF86 uF1u F uF1 2W41 2W3 圖 電源電路 MAX618 芯片輸出電壓的大小由 R7 和 R8 的阻值決定。 利用 78M05 將外部輸入的 12V 變換成 5V,同時(shí) AS1117 將 5V 變?yōu)?。 電源電路 電源模塊需要向 C8051F020 供 3V,為 LM324 和 TA8435H 的邏輯電壓供 5V,還要為 TA8435H 的功率電壓提供 24V，以及為 A/D 轉(zhuǎn)化提供 的基準(zhǔn)電壓。 ⑨硬件實(shí)現(xiàn)的 SPI、 SMBus/I2C和兩個(gè) UART 串行接口。 ⑦ 4352（ 4096+256）字節(jié)的片內(nèi) RAM。 ⑤兩個(gè) 12 位 DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式。 ③真正 12 位、 100 ksps 的 8 通道 ADC，帶 PGA 和模擬多路開(kāi)關(guān)。下面列出了一些主要特性： ①高速、流水線結(jié)構(gòu)的 8051 兼容的 CIP51 內(nèi)核（可達(dá) 25MIPS）。短路電流≥ 23mA；輸出電流≥ ；轉(zhuǎn)換效率 1012%。 10mm2。 光電池的型號(hào) 根據(jù)硅光電池的特點(diǎn)和工作的需要程度，本文選用 2CR43 硅光電池 。硒光電池在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi) 有較高的靈敏度，峰值波長(zhǎng)在附近，適宜測(cè)可見(jiàn)光。短路電流是指把光電池結(jié)的兩端通過(guò)外導(dǎo)線短接，形成流過(guò)外電路的電流，該電流稱為光電池的輸出短路電流，其大小與光強(qiáng)成正比。 光電池的開(kāi)路電壓是指當(dāng)光電池外接電阻為無(wú)窮大時(shí)，該電阻上所測(cè)得的電壓即為開(kāi)路電壓。目前，應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的是硅光電池。它是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是發(fā)電式有源元件， 具有較大面積的結(jié)，當(dāng)光照射在結(jié)上時(shí)，在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)。所謂光生伏特效應(yīng)就是在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。測(cè)量光電池的生要功能是作為光電探測(cè)用，對(duì)它的要求是線性范圍寬、靈敏度高、光譜響應(yīng)合適、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)，它被廣泛地應(yīng)用在光度、色度、光學(xué)精密計(jì)量和測(cè)試中。按用途光電池可分為太陽(yáng)能光電池和測(cè)量光電池兩大類。圖給出硅光電池的光電轉(zhuǎn)換電路，運(yùn)放采用 LM324，在圖中 所示條件下， 令 Rf=R3， R1=R2，則電路放大倍數(shù) 如式（ ）所示 放大倍數(shù) =Rf/R1 （ ） 其中若取 R1=R2=100K， R3=Rf=1M，則電路放大倍數(shù)為 10。本文中選用 LM324,它的偏置電流是 nA 數(shù)量級(jí)， LM324 是一種 4集成運(yùn)算放大器，由于價(jià)廉且使用方便，被廣泛應(yīng)用于控制和一般信號(hào)放大處理之中。東西或南北兩 塊光電池的電壓接入 U U0。 由于光電 池的信號(hào)可能比較微弱或信號(hào)差比較小，故先經(jīng)運(yùn)算放大后輸入單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行比較再由執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作?？梢圆捎孟尬婚_(kāi)關(guān)來(lái)復(fù)位，當(dāng)機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)到極限位置時(shí)，限位開(kāi)關(guān)向單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)送個(gè)脈沖，單片機(jī)響應(yīng)此操作，進(jìn)行中斷處理，跟蹤裝置歸位 。光電傳感器輸出的誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理輸入到 AD,為跟蹤提供依據(jù)。 系統(tǒng)工作原理圖 本系統(tǒng)主要由傳感器，單片機(jī)控制器，步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)裝置等組成，系統(tǒng)工作原理圖如圖 。這種跟蹤方案跟蹤精度高，工作過(guò)程穩(wěn)定，應(yīng)用于目前許多大型太陽(yáng)能發(fā)電裝置。在運(yùn)行當(dāng)中，以程序控制為主，傳感器瞬時(shí)測(cè)量作反饋，對(duì)程序進(jìn)行累積誤差修正。 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié) 合 在視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤的基礎(chǔ)上加兩個(gè)高精度傳感器。入射太陽(yáng) 光與地面的夾角改變時(shí) ,如果甲電池板得到太陽(yáng)光的能流密度大于乙得到的能流密度 ,則甲電池板產(chǎn)生的光電流強(qiáng)度就大于乙電池板的光電流強(qiáng)度 ,利用這一信號(hào)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) ,使得電池板與太陽(yáng)光的夾角同光垂直于地面時(shí)完全相同。 光電跟蹤 把兩塊完全相同的太陽(yáng)能電池板按照一定的角度連接成“人”字型 ,它們既用作光電轉(zhuǎn)化的電池 ,也起光敏器件的作用。初始化安裝時(shí)，儀器的中心南北線與觀測(cè)點(diǎn)的地理南北線要求重合。而且這種跟蹤裝置為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，無(wú)角度反饋值做比較，因而為了達(dá)到高精度跟蹤的要求，不僅對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的加工水平 有較嚴(yán)格的要求，而且與儀器的安裝是否正確關(guān)系極為密切。 視日運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡跟 蹤 無(wú)論是采用時(shí)角坐標(biāo)系統(tǒng)還是地平坐標(biāo)系統(tǒng)，太陽(yáng)運(yùn)行的位置變化都是可以預(yù) 測(cè)的，通過(guò)在數(shù)學(xué)上對(duì)太陽(yáng)軌跡的預(yù)測(cè)可完成對(duì)日跟蹤。 跟蹤控 制方式的比較 目前國(guó)內(nèi)外跟蹤太陽(yáng)的方法可以分為三種：①視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤②光電跟蹤③視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合。 從式 （ 21） ， （ 22） ， （ 23） 可看出，當(dāng)δ，ω，φ確定后，采光組件傾角β和方位角γ的值決定了直接日射入角θ，因此只要控制采光組件使其傾角和方位角有合適的值，就可以保證太陽(yáng)光線入射角θ為 0，從而最大限度地收集太陽(yáng)能。上午時(shí)角為負(fù)值，下午時(shí)角為正 值 ，例如，上午 10 時(shí)和下午 2 時(shí)的時(shí)角分別為30176。相應(yīng)的時(shí)間為 24h，每 1h地球自轉(zhuǎn)的角度定義為太陽(yáng)時(shí)角ω，則 ω＝ 360／ 24＝ 15176。 （ ） 時(shí)角計(jì)算公式見(jiàn)式 ()， T 為當(dāng)?shù)貢r(shí)間，按小時(shí)計(jì)算。 （ ） ω =(t12)179。以上角度如圖 所示。采光組件的方位角γ：采光組件表面法線在地面上有個(gè)投影，此投影線與正南方的夾角為采光組件的方位角。太陽(yáng)光線在地面上的投影線與正南方的夾角γ s，為太陽(yáng)的方位角。該射線與地面法線的夾角叫太陽(yáng)天頂角θ z.。由此可見(jiàn)，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)該是入射角θ越小越好，這也就是所說(shuō)的跟蹤。 太陽(yáng)光線入射角θ：太陽(yáng)光線和采光組件表面法線之間的夾角，稱為太陽(yáng)光線的入射角。所以有必要分析傾斜面在特定時(shí)間 及地點(diǎn)下的太陽(yáng)入射計(jì)算。均勻地增加到 360176。通過(guò)北天極和太陽(yáng) X作一個(gè)大圓，叫做時(shí)圈；時(shí)圈交天赤道于 T點(diǎn)；從原點(diǎn) Q 沿天赤道順時(shí)針?lè)较蛴?jì)量，弧 QT為時(shí)角ω，ω以度、分，秒單位來(lái)表示，也可以用時(shí)，分，秒為單位來(lái)表示；弧 XT 為赤緯角δ，δ以度、分，秒單位來(lái)表示；從天赤道算起，向上為正，向下為負(fù)。 α?；?ZX稱為天頂距，自 Z 起計(jì)量，用 Z表示。 ①地平坐標(biāo) 系 以地平圈為基本圈，天頂為基本點(diǎn)，南點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)系叫做地平坐標(biāo)系，如圖 所示。夏至的白天最長(zhǎng)而冬至的黑夜最長(zhǎng)；春分和秋分的晝夜各 12 個(gè)小時(shí)。在地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的一年中有四個(gè)特殊的日期，這就是受地球傾斜運(yùn)動(dòng)影響最大的冬至和夏至以及不受地球傾斜運(yùn)動(dòng)影響的春分和秋分。即 365． 241 天，因此每四年須閏一日。在自轉(zhuǎn)的同時(shí)。 論文結(jié)構(gòu) 本文同過(guò)幾部分進(jìn)行敘述： 緒論，介紹了本課題的研究?jī)?nèi)容、意義及 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀； 系統(tǒng)工作原理和總體設(shè)計(jì)； 太陽(yáng)追蹤和跟蹤控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)； 總結(jié)本課題。 ③ 研究和 設(shè)計(jì)高太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng) 方案 。 主要研究?jī)?nèi)容為： ①了解太陽(yáng)能利用的相關(guān)背景知識(shí)。截止到 2020年底，中國(guó)太陽(yáng)電池組件的生產(chǎn)能力己經(jīng)達(dá)到 400Mwp，當(dāng)年產(chǎn)量達(dá)到 140Mwp，絕大部分太陽(yáng)電池組件出口歐洲， 2020年國(guó)內(nèi)安裝量只有 5MWp， 2020年為 10Mwp，國(guó)內(nèi)光伏電池累計(jì)使用量達(dá)到 80MWP。 2020 年，國(guó)家計(jì)委啟動(dòng)“西部省區(qū)無(wú)電鄉(xiāng)通電計(jì)劃”，通過(guò)光伏和小型風(fēng)力發(fā)電解決西部七省區(qū) 700 多個(gè)無(wú)電鄉(xiāng)的用電問(wèn)題，光伏電池用量達(dá)到 。 中國(guó)早在 1958 年就開(kāi)始了光伏電池的研究，于 1971 年首次成功用于我國(guó)發(fā)西 安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 射的東方紅二號(hào)衛(wèi)星上，并于 1973 年開(kāi)始將光伏電池應(yīng)用于地面，由于受到價(jià)格 和產(chǎn)量的限制，市場(chǎng)發(fā)展緩慢。這些太陽(yáng)跟蹤托盤(pán)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為全年每天根據(jù)太陽(yáng)不同的位置跟蹤陽(yáng)光 ,與通常固定的平面系統(tǒng)相比，這種托盤(pán)設(shè)計(jì)可以增加 35%的能源產(chǎn)出量。捷克科學(xué)院物理研究所則以形狀記憶合金調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)，通過(guò)日照溫度 的變化實(shí)現(xiàn)了單軸被動(dòng)式太陽(yáng)跟蹤。 1998 年美國(guó)加州成功的研究了 ATM 兩軸跟蹤器，并在太陽(yáng)能面板上裝有集中陽(yáng)光的涅耳透鏡，這樣可以使小塊的太陽(yáng)能面板 硅收集更多的能量 ,使熱收率進(jìn)一步提高； 研制了活動(dòng)太陽(yáng)能方位跟蹤裝置，該裝置通過(guò)大直徑回轉(zhuǎn)臺(tái)使太陽(yáng)能接收器可從東到西跟蹤太陽(yáng)，這個(gè)方位跟蹤器具有大直徑的軌跡，通風(fēng)窗體是白晝光照鼓膜結(jié)構(gòu)窗體，窗體上面是圓頂結(jié)構(gòu)，成排的太陽(yáng)能收集器可以從東到西跟蹤太陽(yáng)，以提高夏季能量的獲取率。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，國(guó)外對(duì)于太陽(yáng)光線自動(dòng)跟蹤裝置或稱為太陽(yáng)跟蹤器的研究有， 1994年在德國(guó)北部，太陽(yáng)能廚房投入使用，該廚房也采用了單軸太陽(yáng)能跟蹤裝置 [8]。跟蹤指是太陽(yáng)能利用裝置始終垂直于太陽(yáng)輻射光線，即入射角度為零。解決這一問(wèn)題應(yīng)從兩個(gè)方面入手，一是提高太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換率，二是提高設(shè)備的能量接收效率，前者屬于能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，還有待研究，而后者利用現(xiàn)有的技術(shù)則可解決。盡管相繼研究出一系列的太陽(yáng)能設(shè)備，如太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能干燥器、太陽(yáng)能電池等等，但對(duì)太陽(yáng)能的利用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，究其原因，主要是利用率不高 。但由于受地理緯度和氣候等的限制，各地分布不均。 h／ m2178。 a 的地區(qū)，約占全國(guó)總面積的 2/3。太西 安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 陽(yáng)能年輻射總量超過(guò) 1630kw178。 104億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。 a(新的規(guī)定不再使用 kcal“千卡”這個(gè)單位，可選用 kJ 或kw178。中國(guó)擁有豐富的太陽(yáng)輻射能資源，在大約 600 萬(wàn) km2的國(guó)土上，太陽(yáng)能的年輻射總量超過(guò)179。 我國(guó)太陽(yáng)能資源及利用情況 中國(guó)地處北半球，幅員遼闊，絕大部分地區(qū)位于北緯 45176。通過(guò)光合作用收集與儲(chǔ)存太陽(yáng)能。目前仍處于研究、開(kāi)發(fā)階段。二三十年前有不少人對(duì)此做了許多研究。通過(guò)光化學(xué) 作用轉(zhuǎn)換成電能或制氫。由于電能的位品相當(dāng)高，所以它的應(yīng)用領(lǐng)域最寬、范圍最廣、工業(yè)化程度最高、發(fā)展最快且前景十分樂(lè)觀。將太陽(yáng)輻射的光能根據(jù)“光電轉(zhuǎn)換”原理把光能變成電能再加以利用，常稱“光伏轉(zhuǎn)換”。顯然，它的能源 應(yīng)用難度 較低，適合于直接利用。光熱轉(zhuǎn)換提供的熱能一般溫度都較低，小于或等于 100℃。它是靠吸收太陽(yáng)輻射的光能直接轉(zhuǎn)換為熱能的。自然界中的燃料能、風(fēng)能、水能等皆來(lái)源于太陽(yáng)能。為克服夜間沒(méi)有太陽(yáng)直接輻射、散射輻射也很微弱所造成的困難，就需要研究和配備儲(chǔ)能設(shè)備，以便在晴天時(shí)把太陽(yáng)能收集并存儲(chǔ)起來(lái)，供夜晚或陰雨天便用。到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射能，隨晝夜交替的變化。顯然 ，當(dāng)太陽(yáng)高度角越大，或者說(shuō)太陽(yáng)輻射入射角越小，也就是說(shuō)越接近于正射時(shí)．地面上同一水平面內(nèi)所接收到的太陽(yáng)能就越多。一個(gè)原因是，由于太陽(yáng)的高度角不同，因此對(duì)同一個(gè)水平面的人射角自然不同。同一個(gè)地點(diǎn)在同一天內(nèi)，日出和日落時(shí)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如正午前后。 47%=640 瓦。從到達(dá)地球大氣上界的太陽(yáng)能來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)常數(shù)的值就表明了這西 安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 個(gè)強(qiáng)度的大小。雖然到達(dá)地球大氣上界和到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量都十分巨大，但它的強(qiáng)度卻是相當(dāng)弱的。但是，它也不可避免地存在一些缺點(diǎn)，致使它未能迅速的大面積推廣應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展以及人類開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的技術(shù)突破，太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)更明顯。可以從兩個(gè)方面看太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性。太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開(kāi)發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染是人類理想的替代能源。這就為常規(guī)能源缺乏的國(guó)家和地區(qū)解決能源問(wèn)題提供了美好前景。 ②存在的普遍性。相對(duì)于常規(guī)能源的有限性，太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的“無(wú)限性”，取之不盡，用之不竭。 1023KW，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共約 1892179。其主要有以下優(yōu)點(diǎn)有： ①儲(chǔ)量的“無(wú)限性”。目前許多國(guó)家就開(kāi)展了這方面的工作。能源短缺，礦物