【正文】 ..................................................... 9 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合 ............................................... 9 本設(shè)計(jì)的跟蹤方案 ..................................................................................... 10 本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容 ................................................................................... 11 第三章太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng) —— 軟件部分的設(shè)計(jì) ............................................... 12 主程序設(shè)計(jì)模塊 ......................................................................................... 13 主程序模塊實(shí)現(xiàn)的功能 ..................................................................... 13 程序設(shè)計(jì)思想或說(shuō)明 ......................................................................... 13 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第 3 頁(yè) 作者：王文明 主程序模塊關(guān)鍵程序代碼 .................................................................. 14 . 光強(qiáng)檢測(cè)模塊 ............................................................................................ 15 光敏電阻光強(qiáng)比較法 ......................................................................... 15 程序設(shè)計(jì)思想及說(shuō)明 ......................................................................... 16 光強(qiáng)檢測(cè)模塊關(guān)鍵程序代碼 ............................................................. 17 太陽(yáng)能板二維角度調(diào)整模塊 ....................................................................... 18 電機(jī)水平轉(zhuǎn)動(dòng)控制部分 ................................................................... 18 程序設(shè)計(jì)思想或說(shuō)明 ....................................................................... 18 部分程序說(shuō)明 及電機(jī)水平轉(zhuǎn)動(dòng)控制部分流程圖 .............................. 18 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 .............................................................................................. 19 電機(jī)類型選擇 ..................................................................................... 19 步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)控制時(shí)序 .......................................................... 20 部分驅(qū)動(dòng)程序說(shuō)明 .......................................................................... 20 P1OUT=~F_Rotation[w]。 在太陽(yáng)能光伏應(yīng)用方面：保持太陽(yáng)能電池板隨時(shí)正對(duì)太陽(yáng)，讓太陽(yáng)光的光線隨時(shí)垂直照射太陽(yáng)能電池板的動(dòng)力裝置，采用太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)能顯著提高太陽(yáng)能光伏組件的發(fā)電效率。目前世界上通用的太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)都需要根據(jù)安放點(diǎn)的經(jīng)緯度等信息計(jì)算一年中的每一天的不同時(shí)刻太陽(yáng)所在的角度，將一年中每個(gè)時(shí)刻的太陽(yáng)位置存儲(chǔ)到 PLC、單片機(jī)或電腦軟件中，都要靠計(jì)算該固定地點(diǎn)每一時(shí)刻的太陽(yáng)位置以實(shí)現(xiàn)跟蹤。河北某太陽(yáng)能光伏發(fā)電企業(yè)獨(dú)家研發(fā)出了具有世界領(lǐng)先水平、不用計(jì)算各地太陽(yáng)位置數(shù)據(jù) 、無(wú)軟件、不怕陰天、雷雨、多云等各種惡劣天氣、已經(jīng)預(yù)設(shè)系統(tǒng)設(shè)備保護(hù)程序、防塵效果好、抗風(fēng)能力強(qiáng)、簡(jiǎn)單易用、成本低廉、可在移動(dòng)設(shè)備上隨時(shí)隨地準(zhǔn)確跟蹤太陽(yáng)的智能太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)。該太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)具有常態(tài)（好天氣情況）下的對(duì)日跟蹤狀態(tài)和惡劣氣候條件下的系統(tǒng)自我保護(hù)裝態(tài)以及從自我保護(hù)狀態(tài)自動(dòng)快速轉(zhuǎn)為常態(tài)對(duì)日跟蹤三種情形。176。該太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)可以廣泛的使用于各類設(shè)備的需要使用太陽(yáng)跟蹤的地方，該太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)價(jià)格實(shí)惠、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)合理、跟蹤準(zhǔn)確、方便易用。如一天當(dāng)中有一段時(shí)間為多云或陰天或惡劣天氣時(shí)，該系統(tǒng)將甄別為不適宜跟蹤，整個(gè)系統(tǒng)便處于暫停狀態(tài)。之后，程序會(huì)進(jìn)行另一組信號(hào)采集處理，完成精細(xì)跟蹤； 3. 自動(dòng)回位。第二天再自動(dòng)進(jìn)入新一輪的運(yùn)轉(zhuǎn)。 該太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域： （ 1）光伏領(lǐng)域的平板光伏發(fā)電和 500 倍以下的 CPV系統(tǒng)； （ 2）光熱領(lǐng)域的拋物面跟蹤（如太陽(yáng)灶、高溫太陽(yáng)能采暖、太陽(yáng)能熱化工等）； （ 3）太陽(yáng)能槽式集熱； （ 4）太陽(yáng)能塔式熱電等。固定式聚光器通常采用線聚光方式，縱軸沿南北向放置。在二級(jí)聚光器的輔助作用下，單軸聚光器也可以達(dá)到較高的聚光率。目前所建的聚光光伏系統(tǒng)多數(shù)為雙軸跟蹤。據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，人類正面臨礦物燃料枯竭的嚴(yán)重威脅。 能源危機(jī)，環(huán)境保護(hù)成為當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。這些燃料的燃燒構(gòu)成改變氣候的溫室氣體的最大 排放源，按照可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)模式，決不能單靠消耗礦物原料來(lái)維持日益增長(zhǎng)的能源需求。其中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)前景廣闊。 基于當(dāng)今世界能源問(wèn)題和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題已成為全球的一個(gè)“人類面臨的最大威脅”的嚴(yán)重問(wèn)題，本課題的目的是為了更充分的利用太陽(yáng)能、提高太陽(yáng)能的利用率，而進(jìn)行太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究，這對(duì)我們面臨的能源問(wèn)題有重大的意義。 太陽(yáng)能既是一次能源，又是可再生能源。 作為能源消耗大國(guó)，如何提高對(duì)太陽(yáng)能利用率是解決能源危機(jī)的可行方法之一。 科技以人為本，是為人類服務(wù)的，本人設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能全天候跟蹤系統(tǒng)充分的體現(xiàn)了該特點(diǎn)，體現(xiàn)出人類與環(huán)境的和平相處，解決能源危機(jī)，造福于人類和社會(huì)，所以太陽(yáng)能全天候跟蹤系統(tǒng)是值得研究和實(shí)際運(yùn)用的。 太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在太陽(yáng)能跟蹤方面，我國(guó)在 1997 年研制了單軸太陽(yáng)跟蹤器，完成了東西方向的自動(dòng)跟蹤，而南北方向則通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)，接收器的接收效率提高了。 2020 年 2 月美國(guó)亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽(yáng)常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第 8 頁(yè) 作者：王文明 能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機(jī)完成跟蹤，采用鋁型材框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，大大拓寬了跟蹤器的應(yīng) 用領(lǐng)域。目前，太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)追蹤太陽(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)軌跡追蹤；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)。盡管相繼研究出一系列的太陽(yáng)能裝置如太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能干燥器 、太陽(yáng)能電池等等，但太陽(yáng)能的利用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，究其原因，主要是利用率不高。解決這一問(wèn)題應(yīng)從兩個(gè)方面入手，一是提高太陽(yáng)能裝置的能量轉(zhuǎn)換率，二是提高太陽(yáng)能的接收效率，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。不管哪種太陽(yáng)能利用設(shè)備，如果它的集熱裝置能始終保持與太陽(yáng)光垂直，并且收集更多方向上的太陽(yáng)光，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。香港大學(xué)建筑系的教授研究了太陽(yáng)光照角度與太陽(yáng)能接收率的關(guān)系，理論分析表明 :太陽(yáng)的跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差 %，精確的跟蹤太陽(yáng)可使接收器的接收效率大大提高，進(jìn)而提高了太陽(yáng)能裝置的太陽(yáng)能利用率，拓寬了太陽(yáng)能的利用領(lǐng)域。這種變化是周期性和可以預(yù)測(cè)的。冬至?xí)r這個(gè)角為 23 度 27 分，然后逐漸增大，到春分時(shí)變?yōu)? 并繼續(xù)增大，夏至?xí)r赤緯角最大為 23 度 27 分，并開(kāi)始減??；到秋分時(shí)赤緯角又變?yōu)?0，常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第 9 頁(yè) 作者：王文明 并繼續(xù)減小，直到冬至，另一個(gè)變化周期開(kāi)始。 下面就這三種跟蹤方案做 一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹和比較。太陽(yáng)跟蹤裝置采用地平坐標(biāo)系較為直觀方便，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。 光電跟蹤 傳統(tǒng)的光電跟蹤是采用一級(jí)傳感器跟蹤方式，這種跟蹤系統(tǒng)，原則上由三大部件 組成 :位置檢測(cè)器、控制組件、跟蹤頭?？刂平M件主要接受從位置檢測(cè)器來(lái)的微弱信號(hào)，經(jīng)放大后送到跟蹤頭，跟蹤頭實(shí)為跟蹤裝置的執(zhí)行元件。因此使用程序跟蹤方法時(shí)，需要定期的人為調(diào)整跟蹤裝置的方向。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)和常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第 10 頁(yè) 作者：王文明 部件的額外磨損。在視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤的基礎(chǔ)上加兩個(gè)高精度角度傳感器。這樣能在任何氣候條件下使聚光器得到穩(wěn)定而可靠的跟蹤控制。但計(jì)算過(guò)程十分復(fù)雜，高精度角度傳感器成本也很高，對(duì)于需要降低成本的小型太陽(yáng)能利用裝置來(lái)講，該種跟蹤方式并不十分適用。 該比較法中用的是 光電轉(zhuǎn)換電路。本設(shè)計(jì)的光敏器件選為光敏電阻。如果太陽(yáng)光垂直照射太陽(yáng)能電池板時(shí) , 兩個(gè)光敏電阻接收到的光強(qiáng) 度相同 , 所以它們的阻值相同 ,此時(shí)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖 , 其優(yōu)點(diǎn)在于控制較精確且電路比較容易實(shí)現(xiàn)。論文的主要工作為以下幾個(gè)部分： （ 1） 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)（如圖 所示）； 檢 測(cè) 電 路信 號(hào) 放 大電 路步 進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 路S T C 單 片 機(jī)顯 示 電 路外 接 鍵 盤(pán)報(bào) 警 電 路 圖 系統(tǒng)組成示意圖 （ 2）系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)（由 **完成）； （ 3）系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)； 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第 12 頁(yè) 作者：王文明 （ 4）系統(tǒng)的制作和調(diào)試。主程序初始化完畢之后，即進(jìn)入等待狀態(tài)，單片機(jī)控制運(yùn)行交由中斷服務(wù)程序控制。各部分獨(dú)立完成一定的功能，又有機(jī)的結(jié)合為一個(gè)整體，完成所要求的控制任務(wù)。 目前，單片機(jī)程序設(shè) 計(jì)語(yǔ)言主要有高級(jí)語(yǔ)言（主流是 C51）和匯編語(yǔ)言兩種。本設(shè)計(jì)中，編程語(yǔ)言采用高級(jí)與匯編語(yǔ)言混合編程的形式，程序主體采用 C51 語(yǔ)言編寫(xiě)，但在對(duì)速度要求苛刻的部分（如單片機(jī)對(duì) FLASH 存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)）采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。 經(jīng)過(guò)對(duì)于題目的分析，與做硬件部分同學(xué)的討論和老師的指導(dǎo)，我們選用STC12C5A60S2 單片機(jī)。內(nèi)部集成有 MAX810 專用復(fù)位電路， 2 路 PWM,8路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。片內(nèi)有 flash 程序存儲(chǔ)器，可以通過(guò)編程器十分方便的寫(xiě)代碼或擦除代碼，擦除次數(shù)達(dá) 10 萬(wàn)次以上，而且內(nèi)有 10 位高速 ADC，速度可達(dá) 25萬(wàn)次 /秒。保證了工作的可靠性、開(kāi)發(fā)的方便性和程序的保密性，而且其價(jià)格也便宜。下面對(duì)各模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。 程序設(shè)計(jì)思想或說(shuō)明 如上所述，太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的軟件部分包含多個(gè)模塊，各模塊的啟動(dòng)和停止由單片機(jī)控制。程序流程圖如圖 。 系統(tǒng)通電后，首先對(duì) LCD， 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。當(dāng)陰天時(shí)，太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)檢測(cè)不到太陽(yáng)，為了實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)一出來(lái)就能自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)，系統(tǒng)時(shí)間每到 12:00或 18:00（也是太陽(yáng)落山），系統(tǒng)自動(dòng)控制接收板與大地垂直，這樣不管太陽(yáng)在那個(gè)位置，接收板都能檢測(cè)到太陽(yáng)。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第 14 頁(yè) 作者：王文明 開(kāi) 始初 始 化電 機(jī) 水 平轉(zhuǎn) 動(dòng) ？電 機(jī) 水 平 轉(zhuǎn) 動(dòng) 控 制電 機(jī) 垂 直轉(zhuǎn) 動(dòng) ？電 機(jī) 垂 直 轉(zhuǎn) 動(dòng) 控 制NNYY 圖 系統(tǒng)主程序流程圖 主程序模塊關(guān)鍵程序代碼 while(1) {