全自动太阳能跟踪系统
题目：基于沙市职业大学
论文设计
51单片机全自动太阳能跟踪
系统
姓名： 董志刚 学号： 200941033 系部： 信息工程系 专业： 电气自动化技术 班级： 电气自动化一班 指导老师：
2011年1月20号- 1 -
沙市职业大学
摘要
人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，但是太阳能又存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点，这就使目前的一系列太阳能设备对太阳能的利用率不高。太阳光线自动跟踪装置解决了太阳能利用率不高的问题。本文对太阳能跟踪系统进行了机械设计和自动跟踪系统控制部分设计。
第一，机械部分设计：
机械结构主要包括底座、主轴、齿轮和齿圈，太阳能电池板上的布局等。当太阳光线发生偏离时，控制部分发出控制信号驱动步进电机1带动小齿轮1转动，小齿轮带动大齿轮和主轴转动，实现水平方向跟踪；同时控制信号驱动步进电机2带动小齿轮2，小齿轮2带动齿圈和太阳能板实现垂直方向转动，通过步进电机1、步进电机2的共同工作实现对太阳的跟踪。
第二，控制部分设计：
主要包括传感器部分、信号转换电路、单片机系统和电机驱动电路等。系统采用光电检测追踪模式实现对太阳的跟踪。传感器采用光敏电阻，将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西方向边沿处下方。当两个光敏电阻接收到的光强度不相同时，通过运放比较电路将信号送给单片机，驱动步进电机正反转，实现电池板对太阳的跟踪。
关键词 太阳能；跟踪；光敏电阻；单片机；步进电机
- 2 - 全自动太阳能跟踪系统
前言
随着我们生活水平的不断提高，人们对节能环保的意识现在也越累越强了，很多节能环保的小举措在日常生活中是存出不穷啊，例如：生活上，废纸回收利用，水反复使用；工程上，风力发电、天阳能发电、乙醇汽油、电汽车??这些都是节能环保好成功实例，虽然在节能环保方面做出了很大的贡献，但是我们的节能环保的装置的对能源的利用率到底有多高？其实我们可以举一个实例，就是天阳能电池板它对太阳的利用率肯定不高，因为当太阳光直射太阳能电池板时太阳能电池板对太阳的利用率才最高，发电才最稳定。所以我们不仅要节能环保，而且我们要尽可能的将节能环保的利用率提高到最大。
我的这个全自动太阳能跟踪系统就是将太阳能电池板随太阳的运动而运动，使太阳始终与太阳能电池板保持垂直的，这样就确保了利用率达到最大。本装置主要是利用单片机对太阳能电池板进行智能控制，光敏二极管对光进行实时监测，确保太阳光始终与太阳能电池板垂直。
本文所要介绍的是太阳能跟踪系统，正是在智能化住宅节能环保的技术蓬勃发展的背景下，为了更好的解决节能利用率进一步提高而设计并开发的。系统的首要任务是根据供电设备的类型、使用功能及外围环境等要求，通过运用多传感器探测、及单片机控制，数据通讯等技术形成智能太阳能跟踪系统，达到我们太阳能电池板发电量达到最高的目的。
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题目.... ...................................................................................................................... 1 摘要及关键词.... ....................................................................................... 2 前言 ........................................................................................................................... 3 目录 ........................................................................................................................... 4 一、设计目的 ................................................................................................................... 5
1.1.1设计要求 .......................................................................................................... 5 1.1.2设计意义 ........................................................................................................... 5 二、设计方案 ................................................................................................................... 6
2.1.1方案比较 .......................................................................................................... 6 2.1.2系统工作过程 ................................................................................................... 7 三、自动跟踪系统设计.... .................................................................................. 8
3.1.1系统总体结构 .................................................................................................. 8 3.1.2 光电转换器 ..................................................................................................... 8 3.1.3光电转换电路 ................................................................................................... 8 3.1.4 AT89C51单片机 ......................................................................................... - 9 - 3.1.5外围电路 ......................................................................................................... 11 3.1.6步进电动机介绍 ........................................................................................ - 12 - 3.1.7 步进电机的主要特性 .................................................................................... 12 3.2.1 步进电机的选择 ............................................................................................ 13 3.2.2系统的实现 .................................................................................................... 14 3.2.3光敏电阻光强比较法 ..................................................................................... 14 四、机械部分外部示意图级说明 ................................................................................. 16
4.1.1机械部分器件分布情况 ................................................................................. 16 五、系统的流程图 ......................................................................................................... 17 六、课题总结 ................................................................................................................... 20 七、参考文献 ................................................................................................................... 21
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一、设计目的
1.1.1 设计要求
本文设计的系统是一种新型的太阳能跟踪系统，该系统的设计是将电子探测与智能控制相结合，通过对住宅、路灯等各个不同环境，不同部位的不同类太阳能电池板太阳跟踪系统，对太阳进行实时跟踪，并实现智能化无人操作，也为小区智能化添上一道美丽的风景线。
本住宅防、路灯太阳能跟踪系统具有以下特点和功能:系统采用模块化设计；太阳能电池板上的传感器能够快速、准确地检测到现场的太阳直射状态。并能够可靠地进行太阳跟踪、发电并储备。当检测到太阳与太阳能电池板是垂直，就停止搜索，等待下一次太阳的偏移再检测再实时跟踪以此确保太阳能电池板发挥最大的作用；用户端可以对其跟踪的时间段进行手动设置；用户设备内提供备用电源，确保系统在蓄电量全部用完时也能继续工作。
1.1.2 设计意义
本课题根据节能环保、智能化方面的发展现状及其发展趋势，研究并设计了一个比较完整的基于单片机的太阳能跟踪系统。该太阳跟踪系统主要包括用探测器、转向电机、太阳能电池板发电电路、蓄电电路、电源自动切换、智能控制部分（51单片机）等组成部分，并引入模块化思想，从而使系统整体更简洁、完善。提高节能环保的利用率和智能化是我国未来智能住宅建筑、城市建设的重点发展方向，而太阳能系统又是当前智能节能环保应用的升华，虽然节能环保的项目很多，但是只能实现单纯的节能环保功能，并没有重视其设备的效率。因此，开发一套功能和结构合理、包含多种技术和功能的高性价比的新型节能环保的太阳跟踪系统具有重要的现实意义。
二、设计方案
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