【正文】 KA＝ 。 大齒輪直徑 2 4 10 02 40 6c os c os 10mzd ? ?? ? ? ，取 d2=405mm。 初選齒輪齒數(shù) Z1=25，分度圓螺旋角 ? =10 度，則齒輪齒數(shù) Z2=iZ1=4 25=100。 (二 ) 尺寸計算 初選模數(shù) m=4mm,中心距 a=260，轉(zhuǎn)動比 i=4。太陽能自動旋轉(zhuǎn)裝置為一般工作機器，速度不高，故選用 7 級精度（ GB 10095— 88）。 2 機械設(shè)計部分 太陽能自動追光系統(tǒng)機械設(shè)計方案 本設(shè)計方案采用 所述方法對機械部分進行分析設(shè)計，并對齒輪、底座、軸承、中心軸、軸承等重要部件的材料選擇，尺寸計算進行分析校核，對機械部分的抗風(fēng)性進行系統(tǒng)分析。如果太陽光線垂直照射太陽能電池板時，那么兩個光敏電阻接收到的光照是同樣的，因此它們的阻值是相同的，此時電機是不轉(zhuǎn)動的。 光 敏電阻被選為本設(shè)計的光敏器件。并且 ,用儀器底部的水平準(zhǔn)直儀將底面與地面保持水平 ,使儀器的高度角處在地面的水平面內(nèi)。 必須要求在工程機械結(jié)構(gòu)的加工精度中有足夠高的生產(chǎn) 。 因此，可以看出，跟蹤的解決方案，無論是什么算法，這種算法的過程是非常復(fù)雜的，隨著計算量的增大會增加系統(tǒng)成本。然后控制系統(tǒng)根據(jù)太陽的軌跡角每分鐘改變驅(qū)動信號 ,實現(xiàn)跟蹤裝置二維旋轉(zhuǎn)角度和方向的變化。在 全球定位系統(tǒng)（ GPS）的應(yīng)用中 ，可以為系統(tǒng)提供高精度的地理經(jīng)度和緯度 ,以及本地時間，控制系統(tǒng)則根據(jù)提供的地域和時間參數(shù)來確定即時的太陽位置， 確保準(zhǔn)確的定位和跟蹤系統(tǒng)高精度及高靠性。而且在一天中的任何時刻 ,赤道坐標(biāo)系中赤緯角和時角在相對運動中具體角度卻是嚴(yán)格已知， 在同一時間 ,赤道坐標(biāo)系和水平坐標(biāo)系統(tǒng)是密切相的與地球運動相關(guān)， 然后通過天文三角形之間的關(guān)系式可以得到 太陽和觀察者的位置之間的關(guān)系。所以該跟蹤裝置只能在一定的角度范圍內(nèi)實現(xiàn)高精度的跟蹤，其跟蹤范圍與鏡筒的結(jié)構(gòu)有關(guān)。傳感器精度的高低決定了系統(tǒng)的位置的精度，所以很容易實現(xiàn)高精度的跟蹤裝置。 從理論上講，筒越長，光電池靈敏度的系數(shù)就越高，但是筒長度與透鏡之間的參數(shù)也有存在關(guān)系，不可能沒有限制增長。 安全、可靠是測量跟蹤裝置的必要問題，該設(shè)備采用 V 象限的 主測光電池的方法進行光強度的測量和判斷，使設(shè)備在晚間 停止工作。當(dāng)太陽光與光軸形成某一角度時，光線經(jīng)過透鏡照射到 5 枚光電池時 ,所形成的光斑將會發(fā)生偏移，在這樣條件下 ,光斑不能完全覆蓋在光電池上，所以生成的光電流不全相同。 為了精確測量，在光電池前面放置可調(diào)節(jié)的光學(xué)鏡筒，把凸透鏡放在鏡筒前，透鏡安裝在鏡筒的 外側(cè)邊緣 ，如圖 17中示 出。 II III I IV 圖 16 五象限光電轉(zhuǎn)換器原理 放大器 1 放大器 2 功效 電機 減速器 鏡子 云遮切換裝置 測速機 位置檢測器 + —— 太陽能自動追光系統(tǒng)的設(shè)計 7 在上述 5個象限中為跟蹤定位測向象限， V象限為主測象限。在半徑為 R /2 的小圓外面包圍一個半徑為 R 的大圓，將兩圓之間的圓環(huán)分為四個象限。 控制部分主要是接受來自位置檢測到的微弱信號 ，然后經(jīng)過放大后送到跟蹤頭，其實跟蹤頭為跟蹤裝置的執(zhí)行元件 。 15 中所示的跟蹤系統(tǒng)的框圖。簡單介紹一下這兩種跟蹤方案。小齒輪 2 帶動齒圈和太陽能板工作，通過馬達 1和馬達 2的共同努力完成對太陽的方位角和高度角跟蹤。把齒輪連 接到主軸上，將主軸固定安裝在支架上，在主軸前端的板上將馬達 2安裝，馬達 2的輸出軸與小齒輪 2相嚙合，小齒輪 2與齒圈是嚙合的，齒圈連接著太陽能板，在主軸上將旋轉(zhuǎn)框架安裝。它的結(jié)構(gòu)緊湊，剛度較高 ,傳動裝置安裝在轉(zhuǎn)動架下，受到了良好的保護，有利于提高它的壽命。 1馬達 2馬達 a接收 器 A主軸 C支架 D轉(zhuǎn)動架 E1大齒輪 E2小齒輪 F底座 圖 13 立柱轉(zhuǎn)動式跟蹤器 系統(tǒng)的優(yōu)勢：該跟蹤機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，成本低。在轉(zhuǎn)動架上將馬達 1固定好，在主軸上將轉(zhuǎn)動架與支架都固定好，將接收器、 馬達 2 相繼安裝在支架的上面，馬達 2的輸出軸與接收器相互連接 [3]。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，運動空間是很大的。 系統(tǒng)的優(yōu)勢：該跟蹤機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，成本低。 (二 ) 齒圈轉(zhuǎn)動式跟蹤器 1馬達 2馬達 Ⅰ 小齒輪 Ⅱ 小齒輪 a接收器 A主軸 B1齒圈 B2齒圈 D轉(zhuǎn)動架 圖 12 齒圈轉(zhuǎn)動跟蹤器 該機構(gòu)結(jié)構(gòu)：馬 達 1的輸出軸與小齒輪Ⅰ連接并將馬達 1 固定在支架上，小齒輪Ⅰ與齒圈 B1 相嚙合且齒圈 B1 連接到安裝在支架上的主軸，而馬達 2 安裝在主軸前部的一塊板上，馬達 2 的輸出軸連接小齒輪Ⅱ，小齒輪Ⅱ與連接著轉(zhuǎn)動架的齒圈 B2 嚙合，且轉(zhuǎn)動架安裝在主軸上 [2]。結(jié)構(gòu)緊湊，運動空間是很大的。追 蹤在兩個方向上，使用蝸桿和蝸輪副傳動，傳東 北 北 南 C B Ⅰ a 2 1 Ⅱ 菏澤 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，可以使用小功率電動機，且同一時間，使用小功率電動機，不僅降低能源成本和制造成本，而且提供足夠的電力 。 跟蹤器朝向安裝有很多種選擇，根據(jù)圖中所示的安裝，跟蹤器執(zhí)行的原則如下：當(dāng)太陽的光線偏離發(fā)生時，所述控制部分會發(fā)出的信號，此信號會驅(qū)動馬達 2帶動傳動箱Ⅱ中的蝸輪蝸桿旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動接收器輸出相對于支撐環(huán)旋轉(zhuǎn)，跟蹤太陽從東到西的運動，在同一時間，控制部分發(fā)出的信號驅(qū)動馬達 1帶動傳動箱Ⅰ中的蝸桿和蝸輪的旋轉(zhuǎn)，第二次輸出帶動環(huán)支撐架和接收器旋轉(zhuǎn)，跟蹤太陽北部和南部方向的運動，從而最終實現(xiàn)兩個方向的太陽跟蹤。 (一 ) 陀螺儀式跟蹤器 1馬達 2馬達 Ⅰ 傳動箱 Ⅱ 傳動箱 a接收器 B環(huán)形支架 C支架 圖 11 陀螺儀式跟蹤器 跟蹤器所具有的結(jié)構(gòu) :傳動箱Ⅰ安裝在支架上 ,并將其固定；馬達 1安裝在傳動箱Ⅰ上，傳動箱Ⅰ的內(nèi)部是由蝸桿、蝸輪組成的運動副，馬達 1 輸出軸連接蝸桿，環(huán)形支架安裝在支架上面 (環(huán)形支架相對于支架可以轉(zhuǎn)動 )，傳動箱Ⅰ的輸出軸連接環(huán)形支架，傳動箱Ⅱ固定安裝在環(huán)形支架上，馬達 2安裝在傳動箱Ⅱ上，傳動箱Ⅱ內(nèi)也是由蝸桿、蝸輪組成的運動副。 夏至?xí)r赤緯角最大為 23度 27 分，并開始減?。坏角锓謺r赤緯角又變?yōu)?0，并繼續(xù)減??；冬至?xí)r這個角為 23 度 27 分，然后逐漸增大，到春分時變?yōu)?0 并繼續(xù)增大，直到夏至，另一個變化周期開始。因為地球自轉(zhuǎn)和地球繞太陽公轉(zhuǎn)，使太陽相對于地面物體是運動的。此裝置利用廣泛，可在太陽能發(fā)電站、太陽能電池、太陽能路燈、太陽能熱水器等方面使用。因此，本文設(shè)計了一種自動循日的智能型太陽能追光系統(tǒng)，使太陽能利用裝置最大程度的提高太陽能的利用率。于是，合理開發(fā)并提高太陽能的利用率具有非常重要的意義。 the control part design is the automatic control system based on single chip, using photoelectric detection tracking mode, with the mechanical device to make the system more stable, improve the system tracking accuracy. Key words: Solar Energy； Solar Tracking； Stepper Motor； SCM 菏澤 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 引言 隨著經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，自然資源被人為的任意開發(fā)和利用，面臨枯竭的境地，人類的生活環(huán)境在大量自然資源使用過程中面臨巨大的威脅，由于人類對自然資源的需求越來越高，因此，尋找可替代的新能源成為當(dāng)務(wù)之急。本文對太 陽能跟蹤系統(tǒng)進行了機械設(shè)計和自動跟蹤系統(tǒng)控制部分設(shè)計，機械部分分設(shè)計主要是 通過步進電機 步進電機 2 的共同工作實現(xiàn)對太陽的跟蹤；控制部分設(shè)計是基于單片機的自動控制系統(tǒng)，采用光電檢測追蹤模式，配合機械裝置使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的追蹤精度。 目 錄 摘要 ........................................................................ 1 關(guān)鍵詞 ...................................................................... 1 Abstract .................................................................... 1 Key words ................................................................... 1 引言 ........................................................................ 2 1 太陽能自動追光系統(tǒng)總體設(shè)計方案 ............................................ 3 太陽運行的規(guī)律 .......................................................... 3 跟蹤器機械執(zhí)行部分比較選擇 .............................................. 3 本課題的機械設(shè)計方案 .................................................... 5 跟蹤方案的比較選擇 ...................................................... 6 本設(shè)計的跟蹤方案 ........................................................ 8 太陽能自動追光系統(tǒng)機械設(shè)計方案 .......................................... 8 齒輪的選擇 .............................................................. 8 底座的設(shè)計 ............................................................. 10 中心軸的選擇 ........................................................... 11 軸承的選擇 ............................................................. 11 抗風(fēng)性分析 ............................................................. 12 3 控制系統(tǒng)設(shè)計 ............................................................. 13 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) ........................................................... 13 光電轉(zhuǎn)換器 ............................................................. 14 步進電動機 ............................................................. 14 單片機及其外圍電路 ..................................................... 16 系統(tǒng)的流程圖 ........................................................... 19 4 系統(tǒng)軟件流程及調(diào)試 ....................................................... 20 主控制模塊的軟件設(shè)計 ................................................... 20 光電跟蹤模塊程序設(shè)計 ................................................... 21 視日運動軌跡跟蹤 模塊程序設(shè)計 ........................................... 22 實驗觀察數(shù)據(jù)分析 .......................................................