摘要
随着以常规能源为基础的能源结构随着资源的不断耗用将越来越适应可持续发展的需要，包括太阳能在内的可再生资源将会越来越受到人们的重视。
利用洁净的太阳光能，以半导体光生伏打效应为基础的光伏发电技术有这十分广阔的应用前景。
本设计尝试设计一种能够自动跟踪太阳光照射角度的双轴自动跟踪系统以提高太阳能电池的光-电转化率。
该系统是以单片机为核心，利用太阳轨道公式进行太阳高度角及方位角计算，并利用计时芯片以及步进电机驱动双轴跟踪系统，使太阳能电池板始终垂直于太阳入射光线，从而提高太阳能的吸收效率。
目前本设计仅通过简单的计算公式得到的数据，对东西向进行每小时一次的角度改变，南北向进行每天一次的角度改变，再通过单片机的判断进行每晚的东西向回归控制以及每半年的南北向跟踪方向的改变控制。
由于时间及作者目前的知识限制，跟踪系统只是进行粗略的角度跟踪，有较大误差，今后如有机会再进行改进。
关键词：太阳能电池太阳照射角自动跟踪单片机步进电机
Abstract
With the conventinuous consumption of resources , the conventional enenrgy-based energt strcucture has not already more and more adapt to the needs for sustainable development,sppeing-up the development of and utilization of solar energy , the photovoltaic technology based on the photovoltaic effect has a very bord application prospect.
In the design , we try to design an automatic tracking system with Biaxial in order to enhance solar light - electricity conversion efficiency. The system is based on single-chip, orbit the sun elevation angle formula using the sun and calculating azimuth and take the time chip advantage of dual-axis stepper motor driven tracking system, make the solar panels perpendicular to the solar incidence line, to improve the absorption efficiency of solar energy.
At present, the design of a simple formula was only for calculating the data, the east-west to the point of view will be changed once an hour, the north-outh perspective will be changed once a day, and then the MCU to return to control things through the night to determine, as well as every haif a year to track the direction of the north-south change in control.
Because of the time and the current limitations of the knowledge of the author’s , the tracking system to track the point of view is rough , there are many errors , if the opportunity arised the design will be iomproved in the future.
Keywords:solar cells Inrradiation angle of sun tracking automatically single-chip Stepping motor
目录
第一章绪论 (5)
1.1背景和意义 (5)
1.2太阳追踪系统的国内外研究现状 (5)
1.2.1光电追踪 (6)
1.2.2视日运动轨迹追踪 (6)
1.3论文系统设计方案 (8)
1.3.1机械运动实现方案 (8)
1.3.2控制系统方案 (9)
第二章跟踪系统的设计构想及框架 (10)
2.1 跟踪系统的设计要求 (10)
2.2 跟踪系统的组成 (10)
2.1.1.太阳能采集装置 (11)
2.1.2.转向机构 (11)
2.1.3.控制部分 (11)
2.1.4.贮能装置 (12)
2.1.5.逆变器 (12)
2.1.6.控制器 (13)
2.3 太阳照射规律 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
2.3.1.地球围绕太阳的运行规律................................................................... 错误!未定义书签。
2.3.2.太阳高度角和方位角的确定.............................................................. 错误!未定义书签。
第三章机械部分设计. (14)
3.1整体框架的设计 (14)
3.2 减速装置的选型 (15)
3.3驱动电机的选型 (16)
3.4支撑架设计 (17)
3.5机械结构的整体布局 (18)
第四章控制部分的设计 (20)
4.1 整体电路图的设计 (20)
4.2辅助电路最小理论值 (20)
4.2.1振荡电路 (20)
4.2.2复位电路 (21)
4.3电机驱动电路 (23)
4.4太阳能控制电路 (24)
4.5液晶显示电路 (25)
第六章总结 (32)
参考文献 (33)
致谢 (35)
第一章绪论
1.1背景和意义
当前，以石油，煤，天然气等为主的常规能源，面临着日益“枯竭”的紧迫情势。
现有的已探测储量仅够人类使用几十年。
并且，这些常规能源的使用，对环境有着很大的影响，是导致温室效应的罪魁祸首。
因此，开发和利用新能源的来取代常规能源变的十分紧迫，也是人类当务之急的“任务”之一。
目前，所开发和利用的新能源主要有太阳能、风能、核能、潮汐能等。
太阳能与其他新能源相比可以普遍使用，并且技术上要求没有其他的能源苛刻。
自古以来，人类就开始利用太阳能。
太阳能作为一种“绿色”能源，是解决能源危机和温室效应的主要途径之一。
因此，世界上越来越多的国家已经或开始重视太阳能的开发利用。
虽说太阳能具有很多优点，但是在有效利用上还是有所不足。
尽管太阳能的总能量是巨大的，但是平均密度不高。
太阳能的利用一般都是靠面积比较大的太阳能光电池板来吸收能量。
每一块电池板由许多的太阳能电池组成。
太阳能电池造价较高，这就为开发和利用太阳能提高了门槛。
另外，太阳能的利用对自然环境比较“敏感”，刮风，下雨，阴天等恶劣的天气情况都影响太阳能的使用。
太阳追踪系统是利用太阳能不可缺少的重要组成部分，而完善太阳追踪装置是充分利用太阳能和环境保护必不可少的重要组成部分。
另外，计算机在自动化技术中发挥着极其重要的作用。
而单片机在一块芯片上集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定时器、计数器等，使其具备了一台微型计算机的特征。
但单片机的应用领域有别于通用计算机，其主要应用于控制领域。
本课题在前人研究的基础上设计出一套以单片机为控制核心的太阳自动追踪控制系统，能够随着太阳光照射方向的变化而使太阳能板始终与太阳光线垂直。
具体要求为结构简单、成本低，不但能在晴天时正常追踪太阳，当突然出现阴天时也能自动追踪，这样就提高了追踪的精度。
基于当今世界能源问题和环境保护问题已成为全球的一个“人类面临的最大威胁”的严重问题，本课题的目的是为了更充分的利用太阳能、提高太阳能的利用率，而进行太阳追踪系统的开发研究，这对我们面临的能源问题有重大的意义。
同时太阳能又是一种无污染的清洁能源，加强太阳能的开发，对节约能源、保护环境也有重大的意义。
1.2太阳追踪系统的国内外研究现状
太阳能作为一种清洁无污染的能源，发展前景非常广阔，太阳能发电已成为全球发展。