太阳能电池板自动跟踪系统研究Research of the Automatic Tracking System for Solar Cell【摘要】本系统以单片机技术为核心，通过模数转换芯片对电池板发电电压进行采样。
由软件对采样信号进行分析，给出指令，驱动直流电机转动电池板，实现追踪太阳的效果，达到提高发电效率的目的。
关键词：太阳能电池四象限光电池模数转换自动跟踪正交轴【Abstract】The system is based on chip microcomputer, sampling the voltage signals of sillion by the COMS ship of modulus. The software is used to analyze these signals and gives instructions to control the electromotors and make the battrey board revolve, so that the system can track the sun and improve the power efficiency.Keywords: solar cell, photovoltaic cells , A/D conversion，automatic track control system，Orthogonal Axis目录第一章绪论 (6)引言 (6)论文研究的目的与意义 (6)第二章太阳能电池发电的原理以及应用 (7)概述 (7)太阳能电池发电的原理 (8)太阳能电池的应用 (8)第三章系统的构成及工作原理 (9)系统的构成 (9)3.1.1全自动跟踪控制器主要几个功能 (9)系统的工作原理 (9)3.2.1工作原理 (9)第四章部分的结构和设计 (11)概述 (11)光电检测电路 (11)4.2.1象限探测器 (11)4.2.2四象限光电探测器原理 (12)4.2.3四象限方位探测器原理框图 (15)控制系统 (15)4.3.1概述 (15)4.3.2单片机的应用 (15)4.3.3单片机应用系统设计 (16)4.3.4单片机控制系统设计与调试的一般原则 (17)电机的选择 (19)4.4.1概述 (19)4.4.2直流电机的结构及工作原理 (19)4.4.3直流电机的PWM控制 (21)4.5 A/D转换 (22)4.5.1概述 (22)4.5.2模/数转换器原理 (22)电路设计 (22)4.6.1 A DS7864特征 (22)4.6.2 A DS7864前端调理电路 (23)4.6.3 A DS7864与单片机连接电路 (24)第五章软件实现程序流程图 (27)结束语 (32)参考文献 (33)第一章绪论引言随着社会经济的发展，能源和资源的消耗速度越来越快。
节约能源，保护环境已经成为人类可持续发展的必要条件，人们的注意力正转向再生能源的利用和开发，太阳能作为一种清洁无污染的能源，发展情景非常广阔，太阳能发电已成为全球发展速度最快的技术。
国内外目前已有了很多光伏电站，这些光伏电站的太阳能电池板阵列基本上都是固定的，没有充分利用太阳能资源，发电效率低下，制约了大规模电站的发展。
太阳能在我国多采用弹簧储能跟踪式，传感器跟踪式的系统，发电成本还很高，不利于跟踪系统的推广与发展。
提高发电效率是降低成本的捷径，我们开发的太阳能电池自动跟踪系统，使太阳能电池板始终对着太阳，保持最大的发电效率，具有成本低，免维护等优点，有较好的推广应用价值。
论文研究的目的与意义太阳能的电池板自动跟踪系统的开发与研究，提高了太阳能电池板的发电效率，达到了低成本，高精度，使用灵活的要求，为大规模使用太阳能发电，合理利用能源进行了有益的探索。
第二章太阳能电池发电的原理以及应用概述太阳能并不是一种“替代能源”，而是原始能源和一直以来的资源能源。
所有的生命和文明一直由太阳能提供能量。
扩展太阳能及其派生的其它可再生能源的技术应用以推进文明向前发展，不仅仅是其历史角色的合理延伸，而且也是人类社会可持续发展的关键。
被地球和大气吸收的太阳能驱动大气和海洋流动的大循环，并在地球表面分配能量。
太阳能是蒸发的动力所在，将水汽从其降落的地方上升到大气中，然后把清洁的淡水带给植物，充满池塘，湖泊，地下水含水层，小溪，河流和海洋，哺育和支持所有形式的生命。
太阳能通过植物的光合作用进行输送，直接和间接的为地球上所有生命的生长提供能量。
储存在木材和木质作物中的太阳能通过在火中燃烧释放出来，从而再生野生生态系统。
最近，人类通过被控燃烧将储存的太阳能释放进行采暖和做饭，以便在寒冷气候下为人类提供温暖。
当人类聚居地进化为城市时，太阳继续通过其能量的延伸使用支持生活和商业活动。
由太阳提供动力的水成为河流，成为大城市的运输工具和所在地。
由太阳提供动力的风能被用在大磨房中用来碾米，为海洋上运载探险家，定居者以及商业物品的帆船提供动力，从而进行文明间交流。
落在水轮上的水将太阳蒸发能转化为机械用能，例如，早期印刷机和轧棉机，然后驱动早期（水电）发电机将电力输送给城市。
太阳能电池发电的原理太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。
能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。
它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。
P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。
当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。
这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。
太阳能电池的应用上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。
如：太阳能庭院灯、太阳能发电用户系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。
欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。
太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。
第三章系统的构成及工作原理系统的构成光伏系统的本质就是太阳能发电系统，主要由太阳能电池板阵列，计算机控制系统，全自动跟踪控制器，蓄电池组等组成。
其核心是计算机控制系统和全自动跟踪控制器。
3.1.1 全自动跟踪控制器主要几个功能1. 实时控制太阳能电池板的方向与仰角，实现对太阳的跟踪；2. 根据外界的信息，对整个系统进行监控，适时作出调整，以保证系统的正常运行；3. 协调太阳能电池板，蓄电池等设备，取代计算机控制系统的工作，构成光伏系统的核心。
太阳能电池自动追踪系统主要分为机械部分和控制部分。
机械部分主要由电池板支架，底座和直流电机构成，机械装置由电机驱动，可以使电池板在水平方向上的360度和垂直方向上的0~90度之间自由旋转；控制部分主要由单片机系统构成。
系统的工作原理3.2.1 工作原理系统进入工作状态后，控制水平方向的电机将处于旋转状态，单片机将对采样进来的电压信号进行判断。
电池板可能朝向太阳旋转，也可能背向太阳旋转，所以电压也有增大和减小两种可能。
如果电池板朝向太阳旋转，采样电压必然增大，程序将给出继续转动的指令，转动过程中，单片机一旦发现电压减小，将立即发出指令，让电池板反转。
为防止机械抖动，当电池板电压再次减小时，电机将停止转动，此时电池板正对着太阳。
如果电池板一开始就背向太阳旋转，采样电压必然会减小，电池板自然会反转，这时就朝向太阳方向旋转了，当电压第二次减小时，也就说明此时电池板正对着太阳了，电池板停止，水平方向的追踪完成。
在垂直方向上的追踪原理和步骤与水平方向的完全一致，只是电池板可能转到尽头而锁死，此时采样电压保持不变，只要在程序中加入当采样电压不变时，电池板反转的指令即可。
采样后要有一延时，延时在秒左右比较合适，太大会影响精度，太小则会造成采样电压不变，程序误以为电池板锁死，不在跟踪太阳。
两个方向的追踪都完成后，电池板将停止运动，这个停止时间可以自由设定，实际系统设定在30分钟左右比较合适，这样即可以保持较高的发电效率又可以防止过多的电能消耗在电机上。
如果遇到阴天，因尚未存储正确的位置数据，程序将无法定位，这时应用手电筒模拟太阳予以定位。
有了初始数据后，程序就可以自动调整。
在光线正常时，程序每隔20分钟进行一次校正，这样既可以保持较高的发电效率又可以防止过多的电能消耗在电机上。
当晴天校正后，将时和分组成一个字节来表示时间，方位角和高度角合用2个字节，其中水平方位角占9位，高度角占7位，最大可分别表示512和128，故足以达到10的精度，将这三个字节存储到89C51的指定的RAM中。
如果阴天调整不成功，则不予存储，改为调用前次在同一时间调整成功的位置。
这样既可以在阴天时，调用已存储的晴天时的太阳位置，也可以在晴天时自动校正，清楚因不同季节太阳位置的变化而产生的积累误差。
第四章部分的结构和设计概述太阳能电池板自动跟踪系统的研究主要以单片机技术为核心，通过模数转换芯片对电池板发电电压进行采样，由软件对采样信号进行分析，给出指令，驱动支流电机转动电池板，实现追踪太阳的效果。
本章将介绍系统中主要几个部件的结构和设计。
光电检测电路太阳的方位随着观测位置和观测时间的不同而不同，因此，欲跟踪太阳就必须先对太阳进行检测定位。
图4-1是太阳光电定位装置，即利用四象限光电探测器。
图4-1 太阳光电定位装置图4.2.1 象限探测器象限探测器有二象限和四象限探测器,又分光电二极管象限探测器和硅光电池象限探测器.象限探测器是在同一块芯片上制成两或四个探测器,中间有沟道将它们隔开,因而这两或四个探测器有完全相同性能参数.当被测体位置发生变化时,来自目标的辐射量使象限间产生差异,这种差异会引起象限间信号输出变化,从而确定目标方位,同时可起制导,跟踪,搜索,定位等作用.4.2.2 四象限光电探测器原理四象限光电探测器实际由四个光电探测器构成，每个探测器一个象限，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像(如图4-2)。
一般将四象限光电探测器置于光学系统焦平面上或稍离开焦平面。
当目标成像不在光轴上时，四个象限上探测器输出的光电信号幅度不相同，比较四个光电信号的幅度大小就可以知道目标成像在哪个象限上（也就知道了目标的方位）。
半导体四象限探测器通常是由四个光电池排列形成直角坐标制作在共同的衬底上，彼此电绝缘有单独的信号输出端，在有光斑投射表面时，各象限光电池的输出信号与所接收的光能量成正比，因此能用以测出光斑的光亮度中心。