1、 毕业设计（论文）全天候太阳能跟踪系统设计毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：我所呈交的毕业设计太阳跟踪系统是在李福教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。承诺人签名： 日期： 年 月 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计I全天候太阳能跟踪系统设计摘 要全天候太阳能跟踪系统是针对太阳能空调、太阳能制氢、太阳辐照度测量、材料老化实验、高效太阳能光伏发电、高效太阳能热水器等需要对太阳进行实时跟踪的应用领域而设计的。太阳能跟踪系统的设计是综合运用物理学、光学，运动学、控制理论等学科体现，是当前国内外研究的热点问题之
2、一。太 阳 能 既 是 一 次 能 源 ， 又 是 可 再 生 能 源 。 它 资 源 丰 富 ，既 可 免 费 使 用 ， 又 无 需 运 输 ， 对 环 境 无 任 何 污 染 。 为 人 类 创 造 了 一 种 新 的 生 活 形 态 ，使 社 会 及 人 类 进 入 一 个 节 约 能 源 减 少 污 染 的 时 代 。 所 以 实 现 对 太 阳 全 天 候 跟 踪 ， 是 提高 对 太 阳 能 运 用 ， 利 用 率 有 重 大 意 义 。本 人 制 作 全 天 候 太 阳 能 跟 踪 系 统 ， 该 系 统 可 以 对 太 阳 全 方 位 跟 踪 ， 具有两个自由度的跟踪能力。
3、经过黑夜或阴天后，只要太阳一出即可跟踪，工作可靠稳定。该系统运用 ATMEL 公司 AT89C52 控制芯片，通过对运放器 LM354N,LM358 组成比较模块对光敏电阻对光线的感应强度和设定基准电压比较结果的检测，并对检测结果进行逻辑运算后，对负责方位角和高度角的步进电机进行控制，从而实现对太阳全方位跟踪。1602 液晶显示模块，显示系统当前的工作状态及时间。在该论文中详细阐述了控制系统的组成结构和工作原理。该方法利用九个光敏电阻对当前环境光线强度进行感应，在不同强度亮度下，光敏电阻的阻值不一样，所以比较器的正输入电压也不同。如果跟踪板不是正对的太阳，那么九个光敏电阻的阻值也不一样，比较器
4、正输入的电压也不一样，如果正输入电压高于设定的基准电压，比较器将输出一个信号给单片机，单片机根据比较器输入的信号进行逻辑运算，然后控制相应步进电机旋转，直到九个光敏电阻感应光线强度一样。在接受控制电路中引入单片机，通过充分利用其软、硬件资源，使系统具有优异的智能性、可扩展性、可升级性和操作方便，为对太阳全天候跟踪提供了合理、廉价的解决方案等特点。最后进行了系统联合调试，结果表明：系统的软、硬件设计合理可行，为后续的研究工作奠定了基础。关键词：光敏电阻组合检测元件 比较器模块 单片机（AT89C52） 液晶显示屏（1602）北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计1All-weather
5、 Solar Tracking SystemABSTRACTAll-weather solar tracking system for solar air conditioning、Solar hydrogen production、Solar irradiance measurements、materials aging test、solar photovoltaic、 solar water heaters and other high need for solar applications in real-time tracking designed.Solar Tracking Sys
6、tem is a comprehensive application of physics, optics, kinematics, control theory and other disciplines reflected, is the current hot topic of research at home and abroad. Solar is an energy, is renewable energy. It is rich in resources, both free, then no transport, no pollution on the environment.
7、 To create a new human life forms, and human society into a era of energy conservation to reduce pollution. So, all-weather track to realize the sun is to improve the use of solar energy, utilization of great significance。I made all-weather solar tracking system, the system can track the sun all-rou
8、nd, with two degrees of freedom tracking. Through the night or cloudy days, the only one you can track the sun, reliable stability.ATMEL Corporation AT89C52 use of the system control chip, through the op amp device LM354N, LM358 module composed of relatively light on the photosensitive sensor resist
9、ance on the intensity and set the comparison reference voltage detection, and test results of logical operations, the responsible position angle and elevation angle of the stepping motor control, in order to achieve full-track the sun. 1602 LCD Module, Display System on the current work status and t
10、ime. In the method described in detail the composition of the control system structure and working principle. The method uses nine photosensitive resistance on the current ambient light intensity sensor, at different intensity of light, the photosensitive resistor not the same, so the positive compa
11、rator input voltage is different. If the trackpad is not working on the sun, then the resistance of nine photosensitive not the same, the comparator input voltage is not the same, if the input voltage is higher than the set reference voltage, the comparator will output a signal to the SCM, SCM compa
12、rator input signal according to logical operations, and then control the corresponding stepper motor rotation, until 9 photosensitive resistance as light intensity sensor.In an interview with the introduction of single chip control circuit, by taking advantage of its software and hardware resources,
13、 the system has superior intelligence, scalability, scalable and easy to operatly weather Genzong the sun provides a reasonable, affordable solutions characteristics.Finally, a joint trial, the results show that: the system software and hardware design is reasonably practicable, for the follow-up re
14、search foundation.Key words: photosensitive detection elements combined resistance comparator module microcontroller (AT89C52) liquid crystal display (1602)北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计2目 录摘要IABSTRACT II1 概论11.1 太 阳 能 全 天 候 跟 踪 系 统 发 展 现 状 11.2 太阳能全天候跟踪系统设计思想11.3 太阳能全天候跟踪系统研究意义21.4 研究目标.研究内容及拟解决关键问题22 系统
15、主控制器22.1 主控制器选用22.2 控制器介绍32. 3AT89C5233 系统显示模块53.1 显示模块选用54 驱动元件74.1 直流电机与步进电机的比较74.2 步进电机控制原理74.3 步进电机正反转控制时序 85 比较器与光敏电阻 96 检测模块设计106.1 方案106.1 方案论证11北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计36.2 光敏电阻与板夹角117 太阳能全天候跟踪系统电源设计127.1 方案127.2 方案论证128 系统组成原理128.1 接收系统128.2 用户控制系统148.3 显示系统149系统软件设计159.1软件流程图159.2 程序清单18结束
16、语33参考文献34附录35谢辞36北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计41 概论太 阳 能 既 是 一 次 能 源 ， 又 是 可 再 生 能 源 。 它 资 源 丰 富 ， 既 可 免 费 使 用 ，又 无 需 运 输 ， 对 环 境 无 任 何 污 染 。 为 人 类 创 造 了 一 种 新 的 生 活 形 态 ， 使 社 会及 人 类 进 入 一 个 节 约 能 源 减 少 污 染 的 时 代 。 所 以 实 现 对 太 阳 全 天 候 跟 踪 具有 重 大 意 义 。11 太 阳 全 天 候 跟 踪 系 统 的发展现状目前对太阳进行跟踪的仪器有： 单轴太阳能自动跟踪器 步进
17、式太阳能自动跟踪 可自动跟踪的太阳灶 五像限法太阳自动跟踪仪 单轴液压式自动跟踪 极轴式跟踪不足：结构复杂，跟踪精度不高，不能全自动跟踪1.2太阳跟踪系统的设计思想 检测规划检测规划是跟踪系统的一个重要问题。它的目标是在一个光亮强度差不多环境中，为跟踪系统寻找太阳的具体位置。一个重要的解决方法就是采用多元法三维，多元法三维就把检测系统接受板分成九个单元，太阳光线从不同角照射到接受板，检测元件感应光线强度不同。当考虑到元件误差时，跟踪系统与太阳实际位置可能会出现偏差。 定位步进电机的步进角，是太阳跟踪系统精确定位的一个基本问题，也可以说，太阳偏移一个微小的角度，步进转动角度应该比太阳偏移角度相等
18、，这就要求步进电机的步进角要足够小。1.3全天候太阳能跟踪系统的研究意义：燃 烧 煤 炭 ， 石 油 等 能 源 不 仅 污 染 环 境 ， 而 且 它 们 属 于 不 可 再 生 能 源 ， 照 2003 年的 煤 炭 开 采 速 度 ， 中 国 的 煤 炭 再 开 采 80 多 年 即 将 枯 竭 。 太 阳 能 既 是 一 次 能 源 ， 又是 可 再 生 能 源 。 它 资 源 丰 富 ， 既 可 免 费 使 用 ， 又 无 需 运 输 ， 对 环 境 无 任 何 污北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计5染 。 作 为 能 源 消 耗 大 国 ， 如 何 提 高 对 太 阳
19、 能 利 用 率 是 解 决 能 源 危 机 的 可 行 方法 之 一 。 设 计 一 个 对 太 阳 实 现 全 天 候 跟 踪 系 统 ， 是 提 高 太 阳 能 利 用 率 根 本 方法 。本研究课题是集机电、光学，计算机，控制理论为一体的，体现了电子信息专业多学科相结合，相互渗透的特点。科技以人为本，是为人类服务的，本人设计的太阳能全天候跟踪系统充分的体现了该特点，体现出人类与环境的和平相处，解决能源危机，造福于人类和社会，所以太阳能全天候跟踪系统是值得研究和实际运用的。本课题的研究成功，对创建能源节约型，环境友好型社会具有较大的意义，也有较好的市场发展前景1.4研究目标、研究内容和拟
20、解决的关键问题 研究的目标本课题主要是利用单片机知识，设计一个太阳能全天候跟踪系统，其突破点在对太阳精确位置检测的系统的设计、步进电机动作指令系统（与太阳同步偏移）的设计、实时显示系统工作状态与人性化时间调节的设计。 研究的关键问题本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 太阳高度角跟踪的实现。 太阳方位角跟踪的实现。 经过阴雨天气后，太阳一出来立即跟踪的实现。 人性化界面的设计，分为人与单片机沟通和时间显示程序。 总体分析方案的设计：太阳控制系统总体方案的设计主要涉及到核心控制器和外围器件的选择和应用，外围零部件的选用，电源供电方案的确定等，这些因素的确定有益于系统开发初期具体方案的实施
21、。北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计62 系统主控制器2.1主控制器的选用本系统的主要控制器件采用 89C52 单片机。在 51 系列的单片机中，目前很流行一种内含 flash 程序存储器的单片机。因为内有 flash 程序存储器，可以通过编程器十分方便的写代码或擦除代码，擦除次数达 10000 次以上，而且还提供了禁止读写两层保密技术，其空间大小从 1KB 到 64KB 不等，有的甚至更大。这种芯片一般都提供了片上和在线修改的功能。该系列的芯片，创建的有 138B或 256B 的片内 RAM，当处理的数据不十分复杂时，一个芯片就组成了一个最小的单片机系统。89C5X 型单片机既
22、节省了数据线和存储器等外围器件，缩小了嵌如式系统的体积，又提高了工作的可靠性、开发的方便性和程序的保密性，其价格也便宜。基于以上原因和这次研究系统的实际情况，选择该系列的 89C52 单片机作为水面打捞垃圾机器人的核心控制器件。2.2控制器的介绍 目前有许多种类的微控制器，微控制器的组成与一般的计算机相同，其动作也由程序来完成。如图 2-1 所示的微处理器有输入、输出、存储、运算及控制功能，输入、输出仅由端口出入。在存储器以外可以追加外部存储器。如图虚线所包围的部分相当于一个微控制器控 制运 算存 储输 入 输 出外部存储图 2-1 单片机的构成微控制器在机器人中完成的主要功能是：首先，把由光
23、传感器或超声波传感器、无线接收机取得的信号通过微控制器的输入端口读入。然后，根据存储器所存储的程序进行运算、控制，再将结果作为信号从输出端输出。输出信号通过电子电路使执行机构（电机、继电器）动作。在上述过程中，微控制器与电气电路之间的桥梁被称为接口，其任务是通过输入输出端口实现信号的进出。北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计7微控制器根据写入存储器的程序产生不同的动作，而程序则是根据微控制器内部的“0”和“1”所组合成的二进制数进行操作。在电路中，二进制数“1”表示高电压状态， “0”表示低电压。换句话说，可将开关的状态变化表示为“0”和“1”两种方式，计算机通过许多种开关的组合来
24、表示。2.3 AT89C522.3.1 89C52的特点89C52 是一种小型单片机。其主要特点为：采用 Flash 储存器技术，降低了制造成本；其软件、硬件与 MCS-51 完全兼容，其程序的电可擦特性，使得开发与试验比较容易。图 2-2 AT89C52 引脚图在引脚的驱动能力上，89C52 具有很强的下拉能力。P1、P3 的下拉能力均可达到 20mA；相比之下，89C51/87C51 的端口下拉能力最大只有 15 mA，而且限定 9 脚电流之间要小于 81 mA，这样，引脚的平均电流只 9 mA。89C52 驱动能力的增强，使得它可以直接驱动 LED 数码管。对于一些不太复杂的控制电路，我们就可以增加少量元件来实现，例如，对温度的控制，过压的控制等。2.3.2 89C52单片机的电源系统89C52 有很宽的工作电源电压，当工作在 3V 时，电流相当于 6V 工作时的1/4。89C52 工作于 12MHZ 时，动态电路为 5.5mA，空闲态电流为 1 mA，掉电状态电流仅为 20nA。这样小的功耗很适合电池供电的小型控制系统。
