【正文】 。雙軸跟蹤可以是觀察者所在的地平坐標(biāo)系，或是極軸坐標(biāo)系。光電式跟蹤裝置沒(méi)有累計(jì)誤差，且電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，所以本文選擇光電式跟蹤作為系統(tǒng)的跟蹤控制方式。光電式跟蹤裝置，通過(guò)光敏元件的輸出，判斷集熱裝置軸線是否與太陽(yáng)光線平行。因此在極軸坐標(biāo)系下，可以根據(jù)當(dāng)?shù)貢r(shí)間方便地確定太陽(yáng)的角度位置。太陽(yáng)高度角h:太陽(yáng)一天中的運(yùn)行是由于地球自轉(zhuǎn)引起的，地球繞極軸以每小時(shí)150的速度自西向東轉(zhuǎn)動(dòng)。在一天當(dāng)中，地平坐標(biāo)系統(tǒng)的俯仰角和方位角同時(shí)發(fā)生變化。向西為正值，向東為負(fù)值。太陽(yáng)高度角是指太陽(yáng)直射光線與地平面間的夾角。為了便于觀察，將系統(tǒng)簡(jiǎn)化為兩根軸，靜止軸為jj′，運(yùn)動(dòng)軸為dd′，并假定兩軸線互相垂直川n是一年中的第n天。子午圈與地平圈相交的南點(diǎn)為S，北點(diǎn)為N。圖中，O為當(dāng)?shù)靥烨虻那蛐模从^測(cè)者和收集器的位置，Z為天頂，Z’為天底，P’為南天極。其中，T是當(dāng)?shù)貢r(shí)間。上午為正，下午為負(fù)。一天當(dāng)中隨時(shí)間變化引起的太陽(yáng)位置的變化可由時(shí)角表示，太陽(yáng)在正午時(shí)時(shí)角為0176。直到冬至，另一個(gè)變化周期開(kāi)始。到秋分時(shí)赤緯角又變?yōu)?176。夏至?xí)r赤緯角達(dá)到最大的23176。27′，然后逐漸增大，到春分時(shí)變?yōu)?176。27′的夾角，引起了太陽(yáng)赤緯角(d)在一年中的變化。這種變化是周期性和可預(yù)測(cè)的。 跟蹤太陽(yáng)光執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及原理系統(tǒng)工作原理及總體結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析給出太陽(yáng)在天空中位置的確定方法，其次選擇跟蹤控制方法和跟蹤系統(tǒng)的坐標(biāo)系，最后給出系統(tǒng)原理框圖并說(shuō)明各個(gè)部分的功能。特別提示此款熱水器還有一個(gè)機(jī)械按鈕，用于控制使用集熱器加熱還是用從系統(tǒng)的電加熱。當(dāng)水管溫度T2低于5度時(shí)，打開(kāi)F3，否則關(guān)閉F3。水管防凍控制冬天到了，為防止室外溫度低于4度時(shí)水管內(nèi)結(jié)冰凍結(jié)，需對(duì)水管進(jìn)行防凍處理，方法即為用熱水箱內(nèi)的水為水管加熱，是水管溫度不低于4度。 最終熱水箱的溫度加熱到設(shè)定值N?？梢?jiàn)，這個(gè)過(guò)程充分利用太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為熱能，方便快捷。具體控制過(guò)程如下：關(guān)閉循環(huán)水閥門(mén)F1，打開(kāi)冷水閥門(mén)F2，熱水閥門(mén)F3處于可控狀態(tài)。如若T1=N，那么循環(huán)水集熱過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入冷水集熱控制過(guò)程。具體控制過(guò)程如下：打開(kāi)循環(huán)閥門(mén)F1，關(guān)閉冷水進(jìn)水閥門(mén)F2，熱水閥門(mén)F3處于空控狀態(tài)。當(dāng)溫度加熱到大于35攝氏度時(shí)電熱器斷開(kāi)，如此反復(fù)循環(huán)保證了溫度的穩(wěn)定。（1）早上加熱控制由于清晨太陽(yáng)光較弱，所以太陽(yáng)能熱水器從系統(tǒng)發(fā)揮作用。系統(tǒng)控制原理圖如下圖:注釋: Tl，熱水箱的溫度傳感器 T2，循環(huán)水管中的溫度傳感器 T3，集熱器中的溫度傳感器 F1，循環(huán)水閥門(mén) F2，冷水閥門(mén) F3，熱水閥門(mén)此款熱水器利用微機(jī)控制主要有以下兩種控制功能:水溫控制、水箱加熱控制。 控制裝置的工作原理：本控制系統(tǒng)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，在系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)檢測(cè)溫度高于設(shè)置溫度，且水位未達(dá)到最高時(shí)，控制器打開(kāi)電磁水閥YV1和YV2進(jìn)行上水，同時(shí)點(diǎn)亮上水指示燈，當(dāng)水位上至上一目標(biāo)水位時(shí)，自動(dòng)停止上水（即關(guān)閉電磁水閥YV1和YV2），若水箱內(nèi)無(wú)水，則自動(dòng)上水至最低水位處。水溫檢測(cè)傳感器：主要用來(lái)檢測(cè)水箱中水的實(shí)際溫度。手動(dòng)控制閥：當(dāng)自動(dòng)閥損壞時(shí)，可以通過(guò)手動(dòng)閥進(jìn)行上下水。系統(tǒng)組成 ：本系統(tǒng)主要由控制器、自動(dòng)控制閥、手動(dòng)控制閥、水位檢測(cè)電極、水溫檢測(cè)傳感器、電阻加熱絲、儲(chǔ)水箱、接收器等組成 控制器：主要通過(guò)里面的電磁閥控制YV1和YV2的通斷，控制水溫檢測(cè)傳感器檢測(cè)水溫、控制水位檢測(cè)傳感器檢測(cè)水在水箱中的位置以及控制電阻加熱絲加熱。數(shù)字圖像處理器對(duì)該數(shù)字圖像進(jìn)行處理，提取光斑的亮度特征，得到光斑在接收屏上的位置坐標(biāo)以及太陽(yáng)光線對(duì)接收屏的高度角和方位角，在數(shù)碼管上顯示檢測(cè)結(jié)果。根據(jù)小孔成像原理設(shè)計(jì)光學(xué)成像機(jī)構(gòu)，將發(fā)散的太陽(yáng)光線通過(guò)小孔投影在接收屏上，成為太陽(yáng)光斑。水溫由四個(gè)LED數(shù)碼管顯示，前三個(gè)數(shù)碼管顯示的為溫度最后一個(gè)數(shù)碼管我們只用到了四段碼顯示為溫度的符號(hào)℃，℃?？蓮V泛應(yīng)用于家庭生活對(duì)太陽(yáng)能熱水器的水位顯示與水溫控制，可以更大程度的節(jié)約電能，服務(wù)人們對(duì)熱水的需求。本設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)用性,用成本低廉的電阻式傳感器以及電極配以單片機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)實(shí)際中的太陽(yáng)能熱水器的水溫的控制以及水位的顯示，并利用自動(dòng)化跟蹤太陽(yáng)光技術(shù)使光能利用最大化。熱水器包括主、從兩大系統(tǒng)：主系統(tǒng)的特點(diǎn)是在晴好的天氣利用太陽(yáng)光能為熱水器加熱，并利用太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)使光能利用最大化；從系統(tǒng)相當(dāng)于電熱水器，它在無(wú)光照的情況下利用電輔助加熱。本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能熱水器控制器以80C51單片機(jī)為檢測(cè)控制核心，采用DS12887 實(shí)時(shí)時(shí)鐘，不僅實(shí)現(xiàn)了時(shí)間、溫度和水位三種參數(shù)實(shí)時(shí)顯示和FUZZY控制功能，而且具有時(shí)間設(shè)定、溫度設(shè)定與控制功能，并且太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)可以使太陽(yáng)能的利用最大化。太陽(yáng)光線自動(dòng)跟蹤裝置為解決這一問(wèn)題提供了條件。太陽(yáng)每時(shí)每刻都是在運(yùn)動(dòng)著，不管哪種太陽(yáng)能設(shè)備，如果它的能量轉(zhuǎn)換部分能始終保持與太陽(yáng)光線垂直，那么它就可以在有限的使用面積內(nèi)收集更多的太陽(yáng)能。但是與之配套的太陽(yáng)能熱水器控制器卻一直處在研究與開(kāi)發(fā)階段。s air pollution, these are solar water heater a good external environment. At present, the solar energy water heater controller also has been in research and development phase, the controller sold in the market most have only temperature and water level display, do not have a temperature, water level automatic control, and the sun39。本裝置實(shí)用性強(qiáng)、性價(jià)比高、水溫控制靈活，水位顯示直觀醒目、太陽(yáng)光自動(dòng)跟蹤。目前,太陽(yáng)能熱水器控制器還一直處于研究與開(kāi)發(fā)階段,市面在售的控制器絕大部分只具備溫度和水位顯示功能,不具備溫度、水位的自動(dòng)控制，以及太陽(yáng)光線自動(dòng)跟蹤功能。引起的海嘯以及發(fā)生的核電站安全事故，讓人們對(duì)核能有著很大的安全隱患擔(dān)憂，因而太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的課題已提到人類(lèi)的面前。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目：太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 專(zhuān)業(yè)年級(jí)： 所在學(xué)院和系： 完成日期： 答辯日期：2011年6月13日 60 / 61摘 要眾所周知，太陽(yáng)能是取之不盡，用之不竭，沒(méi)有污染的巨大能源。隨著世界上煤、油、氣的儲(chǔ)量日益減少，能源危機(jī)已日益增長(zhǎng)，環(huán)境污染的危機(jī)已威脅著生態(tài)平衡。現(xiàn)有電熱型熱水器費(fèi)用昂貴及燃?xì)庑偷牟话踩?，且排放二氧化碳污染大氣，北方用煤氣取暖造成城市空氣環(huán)境污染，這些都是太陽(yáng)能熱水器良好的外部生存環(huán)境。本設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)用性,用成本低廉的電阻式傳感器以及電極配以單片機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)實(shí)際中的太陽(yáng)能熱水器的水溫的控制以及水位的顯示。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、太陽(yáng)能熱水器、溫控系統(tǒng)、水位控制、太陽(yáng)光自動(dòng)跟蹤英文摘要：As is known to all, solar energy is inexhaustible, an inexhaustible, no pollution huge energy. With the world coal, oil and gas reserves are dwindling, already growing energy crisis, environmental pollution crisis has threatened the ecological balance. As Japan caused by the earthquake, tsunami and the nuclear safety accidents happened, let people in nuclear energy has the very big safe hidden trouble, so solar energy concerns for the development and utilization of the already mentioned before the human subject. The existing electric heating type water heater is expensive and gas type of unsafe, and emissions of carbon dioxide, air pollution caused by gas heating northern city39。s rays automatic tracking function. This design has a strong practicability, with lowcost resistive sensor and electrode match with microcontroller technology to the production practice of the solar energy water heater temperature control and water level is displayed. This device has strong, costeffective, water temperature control flexible, water show intuitional marked, sun automatic tracking.目錄摘 要 1目錄 2第一章 前言（緒論） 3 3 3 3： 4 4 4 4 6 AT89S51單片機(jī)的最小系統(tǒng) ： 14 AT89S51單片機(jī)時(shí)鐘電路 15 AT89S51單片機(jī)復(fù)位電路 15 15 16 鍵盤(pán)電路的硬件設(shè)計(jì) 18 21 21 太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………….. 25 26 26 28 30 30 30 29 29 29 30總 結(jié) 31第一章 緒論目前，中國(guó)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)，年產(chǎn)量約為世界各國(guó)之和，已有一百多家太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)廠。這種控制器只具有溫度和液位顯示功能，而且對(duì)太陽(yáng)能的利用率不高。太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分若想保持與太陽(yáng)光垂直，就必須要跟蹤太陽(yáng)。研究表明，太陽(yáng)能設(shè)備對(duì)太陽(yáng)光線運(yùn)動(dòng)的跟蹤與非跟蹤，%。溫度控制采用模糊控制，控制器可以根據(jù)天氣情況利用輔助加熱裝置使蓄水箱內(nèi)的水溫在設(shè)定時(shí)間達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度，從而達(dá)到24小時(shí)供應(yīng)熱水的目的。它充分利用太陽(yáng)能豐富、免費(fèi)的資源優(yōu)勢(shì)，同時(shí)考慮到在陰天及夜間無(wú)法利用太陽(yáng)能的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮太陽(yáng)能熱水器和電熱水器的各自優(yōu)勢(shì)，并最大程度的利用了太陽(yáng)能資源，這是世面上大部分熱水器所不能比擬的，隨著國(guó)家對(duì)于節(jié)能的要求，此設(shè)計(jì)有著良好的市場(chǎng)前景。本裝置電路簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、性價(jià)比高、水溫控制靈活，水位顯示直觀醒目。：（1） 掌握太陽(yáng)能熱水器的工作原理及實(shí)現(xiàn)控制方法；（2） 太陽(yáng)能熱水器水位的檢測(cè)和顯示；（3） 太陽(yáng)能熱水器溫度的檢測(cè)和顯示；（4） 太陽(yáng)能熱水器水溫的設(shè)定和電加熱器的控制；（5） 太陽(yáng)能熱水器上水水位的設(shè)定和控制；（6） 太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)化跟蹤太陽(yáng)光技術(shù)的實(shí)現(xiàn)；（7） 編寫(xiě)控制流程圖及單片機(jī)控制程序水位由潛入儲(chǔ)水容器不同深度的水位電極和潛入容器底部的公共電極（導(dǎo)線）檢測(cè)；并由四個(gè)綠色LED發(fā)光二極管顯示：若無(wú)水則綠燈不亮；若有四分之一儲(chǔ)水箱的水亮一盞綠燈；通過(guò)觀察綠燈點(diǎn)亮的數(shù)量可識(shí)別水位的高低，這里取5段顯示，也可根據(jù)需要進(jìn)行增減。跟蹤太陽(yáng)光系統(tǒng)以光電式跟蹤裝置為基礎(chǔ)，用圖像傳感器代替光敏電阻，研究一種基于圖像傳感器的太陽(yáng)光線自動(dòng)跟蹤裝置。放置在接收屏下方的圖像傳感器采集接收屏上的圖像信息，并輸出數(shù)字圖像信號(hào)。當(dāng)成像機(jī)構(gòu)所在平面與太陽(yáng)光線不垂直時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器根據(jù)上述兩個(gè)角度通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整成像機(jī)構(gòu)的位置。自動(dòng)控制閥：主要通過(guò)控制器控制，當(dāng)水箱中的水的實(shí)際溫度大于所設(shè)置的溫度時(shí)或水位低于某個(gè)設(shè)計(jì)值，自動(dòng)閥就自動(dòng)打開(kāi)往水箱中上水，直到上到上一個(gè)目標(biāo)水位為止。水位檢測(cè)電極：主要用來(lái)檢測(cè)水箱中水的位置，主要把水箱分成四等分，一共有五個(gè)電極，接地的電極放在最水箱的最底下，其余分別放在四等分點(diǎn)上，比如當(dāng)水箱中的水在第一等分和第二等分之間，則顯示水箱中有四分之一的水，當(dāng)超過(guò)第二等分，則顯示二分之一的水。電阻加熱絲：主要用來(lái)加熱水箱中水，使其達(dá)到用戶所需要的溫度。在系統(tǒng)處于手自動(dòng)狀態(tài)下，可自由上水或停止上水（上水時(shí)水箱水位必須未滿），若水位達(dá)到最高則自動(dòng)停止上水；若需要啟動(dòng)加熱器則必須先設(shè)定加熱溫度，然后按下加熱鍵進(jìn)行加熱；若需洗浴時(shí)，則需打開(kāi)手動(dòng)閥YV4，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)電磁水閥YV2，可通過(guò)YV5自由調(diào)節(jié)水溫；當(dāng)電磁水閥YV1和YV2損壞或停電時(shí)，可通過(guò)打開(kāi)YV5和YV6進(jìn)行上下水解決燃眉之急；此系統(tǒng)設(shè)置YV3是為了防止冬天氣溫過(guò)低引起水管因內(nèi)有積水而凍裂（即手動(dòng)打開(kāi)此閥放完水管中的積水）上圖為熱水器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。太陽(yáng)能熱水器利用微機(jī)控制主要有以下幾種控制功能：早上加熱控制、溫水循環(huán)控制、冷水集熱控制、水