基于LMLC控制的太阳能自动跟踪系统

单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计引言：太阳能光伏发电已经成为可再生能源中最受关注的一种技术。

光伏发电效率受到太阳光照的影响，传统的固定光伏发电系统效率较低。

为了优化光伏发电系统的效率，设计了一种单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统，能够根据太阳位置自动调整光伏板的角度，最大限度地提高太阳能的利用效率。

一、系统工作原理：该单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统由光敏电阻、测量电路、控制电路和执行机构组成。

光敏电阻负责感应太阳光照强度，传递给测量电路进行电信号转换。

控制电路接收到转换后的信号，并与事先设定的峰值进行比较。

然后，根据比较结果来控制执行机构，使光伏板按需自动调整角度。

二、光敏电阻的选择：光敏电阻是该系统中最重要的一个元件，因为它直接影响到系统的准确度和稳定性。

在选择光敏电阻时，需要考虑以下因素：光敏电阻的特性曲线、光敏电阻的响应时间、光敏电阻的阻值范围等。

一般建议选择具有较高灵敏度和稳定性的光敏二极管。

三、测量电路设计：测量电路的作用是将光敏电阻的电信号转换为适合控制电路处理的电信号。

测量电路一般由信号放大器、滤波器和模数转换器构成。

信号放大器用于放大光敏电阻产生的微弱电信号，滤波器用于去除噪声和杂散信号，模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号。

在设计过程中，需要合理设置放大系数和滤波参数，以确保测量电路的准确性和稳定性。

四、控制电路设计：控制电路是系统的核心部分，其功能是根据光敏电阻测量电路输出的信号，与事先设定的峰值进行比较，并根据比较结果来控制执行机构进行角度调整。

控制电路一般由比较器、运算放大器和逻辑电路构成。

比较器用于将输入信号与参考信号进行比较，运算放大器用于放大比较结果的差别，逻辑电路用于判断角度调整方向，并控制执行机构的运动。

五、执行机构设计：执行机构是该系统中最关键的部分，其功能是根据控制电路的指令，使光伏板按需自动调整角度。

常见的执行机构有两种：电动执行机构和气动执行机构。

光伏发电自动跟踪系统的设计一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，可再生能源的开发和利用受到了越来越多的关注。

其中，光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，具有广泛的应用前景。

然而，传统的光伏发电系统往往存在固定安装、无法有效跟踪太阳位置的问题，导致能量接收效率不高。

因此，本文旨在设计一种光伏发电自动跟踪系统，以提高光伏电池板的能量接收效率，从而推动光伏发电技术的发展和应用。

本文首先介绍了光伏发电的基本原理和现状，分析了传统光伏发电系统存在的问题和不足。

然后，详细阐述了光伏发电自动跟踪系统的设计原理和实现方法，包括硬件设计和软件编程两个方面。

在硬件设计方面，介绍了系统的主要组成部分，如传感器、电机驱动器等，并阐述了它们的工作原理和选型依据。

在软件编程方面，介绍了系统的控制算法和程序流程，包括太阳位置计算、电机控制等。

本文对所设计的光伏发电自动跟踪系统进行了实验验证和性能分析，证明了该系统的有效性和优越性。

也指出了该系统存在的不足之处和改进方向，为未来的研究提供了参考和借鉴。

通过本文的研究和设计，旨在为光伏发电领域提供一种高效、可靠的自动跟踪系统解决方案，推动光伏发电技术的进一步发展和应用，为实现可持续发展和环境保护做出贡献。

二、光伏发电原理及关键技术光伏发电是利用光生伏特效应将光能直接转换为电能的发电方式。

当太阳光照射到光伏电池上时，光子与光伏电池内的半导体材料相互作用，激发出电子-空穴对。

这些被激发的电子和空穴在光伏电池内部电场的作用下分离，形成光生电流，从而实现光能向电能的转换。

光伏发电的关键技术主要包括光伏电池材料的选择、光伏电池的结构设计、光电转换效率的提升以及系统的集成与优化。

光伏电池材料是光伏发电的基础，常用的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅以及薄膜光伏材料等。

不同材料具有不同的光电转换效率和成本，因此在选择时需要综合考虑性能和经济性。

光伏电池的结构设计也是影响光伏发电效率的重要因素。

毕业设计太阳能自动跟踪装置的设计The design of solar automatic tracking device烟台大学文经学院毕业论文（设计）任务书院（系）：机电工程系［摘要］：太阳能是自然界的一种天然资源，它具有分布范围广、丰富可再生、无污染的优良特点，它的开发和利用已成为当代研究领域的热点。

解决如何提高太阳能利用效率就成为了所有问题的关键。

太阳能效率的提高将直接影响我国能源利用结构的变化，对我国的可持续发展以及建设资源节约型和环境友好型社会有着重大影响。

基于太阳能利用效率的考虑，本设计选择太阳能自动跟踪装置，以达到时刻跟踪太阳光线位置，使太阳光最大限度的照射到该跟踪装置，满足太阳能的充分利用。

该装置是基于单片机控制的自动跟踪系统，通过考虑某地的位置、光照等因素，由单片机输出控制数据，从而来控制步进电机，并通过机械传动机构来实现太阳能电池板自动跟踪光线的目的。

并且对该系统采用二维跟踪方式，以实现太阳能电池板东西方向和南北方向共同调整跟踪，达到进一步提高利用效率、跟踪精度的要求。

[关键词]：太阳能；自动跟踪；单片机；步进电机；二维运动。

[Abstract]：Solar energy is nature's natural resource and it has spread widly, richly ,renewablly and has pollution-free high characteristics.Its development and use has become hot spots in the field. The solution of the efficient use of solar energy become the key to all problem. The increase of solar energy efficiency will directly affect our energy structure and it will have major effects on national sustainable development , construction resource saving and environmental friendly type of society .Based on solar energy utilization efficiency considerations , this design choices solar automatic tracking device in order to achieve to track the sun light position at any time and make the sun exposure to the tracking device to the max to meet the full use of solar energy.The device is a control automatic tracking system which based on microcontroller . By considering the position, illumination somewhere, and other factors ,microcontroller outputs control data to control the stepping motor. This system realizes automatic tracking for the light to the solar panels through the mechanical transmission and it is used to track of two-dimensional way in order to realize common adjusting tracking for the solar panels east-west direction and north-south direction.This system further improves the utilization efficiency and the requirements of tracking precision.[Key words]：solar energy；automatic track ；microcontroller ；stepping motor ；two-dimensional movement.目录第1章绪论 (8)1.1 能源现状及发展 (8)1.2 目前太阳能的开发和利用 (8)1.3 课题研究的目的和意义 (9)1.4 太阳能利用的国内外发展现状 (9)1.5 太阳追踪系统的国内外研究现状 (10)1.6 本论文的研究内容 (10)第2章太阳能自动跟踪系统总体设计 (11)2.1 太阳运行的规律 (11)2.2 总体设计原理 (11)2.2.1 平面四杆机构原理 (11)2.3 跟踪方案的设计 (12)2.4 总体结构 (13)第3章机械部分的设计 (15)3.1 齿轮的选择 (15)3.1.1 材料选择 (15)3.1.2 尺寸计算 (15)3.2 滚珠丝杠副的选择 (17)3.2.1 材料选择 (18)3.2.2 滚珠丝杠副结构的选择 (18)3.2.3 滚珠丝杠副尺寸的选择 (18)3.2.4 滚珠丝杠副支承方式的选择 (19)3.3 太阳能电池板 (21)3.4 底座的设计 (23)3.5 中心轴的选择 (23)3.5.1 尺寸设计 (23)3.5.2 轴的校核 (23)3.6 轴承的选择 (23)3.6.1 轴承1的选择 (23)3.6.2 轴承2的选择 (24)3.7 联轴器的选择 (25)第4章控制部分的设计 (27)4.1 光电转换器 (28)4.1.1 光敏电阻传感器 (28)4.1.2 光电转换电路 (30)4.2 步进电动机及其驱动电路 (31)4.2.1 步进电动机介绍 (31)4.2.2 步进电机的选择 (33)4.2.3 驱动电路 (33)4.3 单片机及其输入电路 (36)4.3.1 8031单片机 (36)4.3.2 单片机的输入电路 (37)4.4 控制的实现过程 (39)4.4.1 系统的整体电路图 (39)4.4.2 系统的流程图 (40)总结及展望 (42)致谢 (43)参考文献 (44)烟台大学文经学院毕业设计第1章绪论1.1 能源现状及发展能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础[1]。

太阳能自动跟踪系统的设计解决方案：跟踪系统驱动器接口电路步进电机驱动电路限位信号采集电路太阳能是已知的最原始的能源，它干净、可再生、丰富，而且分布范围广，具有非常广阔的利用前景。

但太阳能利用效率低，这一问题一直影响和阻碍着太阳能技术的普及，如何提高太阳能利用装置的效率，始终是人们关心的话题，太阳能自动跟踪系统的设计为解决这一问题提供了新途径，从而大大提高了太阳能的利用效率。

跟踪太阳的方法可概括为两种方式：光电跟踪和根据视日运动轨迹跟踪。

光电跟踪是由光电传感器件根据入射光线的强弱变化产生反馈信号到计算机，计算机运行程序调整采光板的角度实现对太阳的跟踪。

光电跟踪的优点是灵敏度高，结构设计较为方便；缺点是受天气的影响很大，如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的情况，会导致跟踪装置无法跟踪太阳，甚至引起执行机构的误动作。

而视日运动轨迹跟踪的优点是能够全天候实时跟踪，所以本设计采用视日运动轨迹跟踪方法和双轴跟踪的办法，利用步进电机双轴驱动，通过对跟踪机构进行水平、俯仰两个自由度的控制，实现对太阳的全天候跟踪。

该系统适用于各种需要跟踪太阳的装置。

该文主要从硬件和软件方面分析太阳自动跟踪系统的设计与实现。

系统总体设计本文介绍的是一种基于单片机控制的双轴太阳自动跟踪系统，系统主要由平面镜反光装置、调整执行机构、控制电路、方位限位电路等部分组成。

跟踪系统电路控制结构框图如图1所示，系统机械结构示意图如图2所示。

任意时刻太阳的位置可以用太阳视位置精确表示。

太阳视位置用太阳高度角和太阳方位角两个角度作为坐标表示。

太阳高度角指从太阳中心直射到当地的光线与当地水平面的夹角。

太阳方位角即太阳所在的方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。

系统采用水平方位步进电机和俯仰方向步进电机来追踪太阳的方位角和高度角，从而可以实时精确追踪太阳的位置。

上位机负责任意时刻太阳高度角和方位角的计算，并运用软件计算出当前状况下俯仰与水平方向的步进电动机运行的步数，将数据送给跟踪系统驱动器，单片机接收上位机送来的数据，驱动步进电机的运行。

单片机太阳能跟踪系统设计摘要：本文介绍了一种基于单片机的太阳能跟踪系统的设计。

该系统通过使用光敏传感器和步进电机，能够实时跟踪太阳位置并自动调整太阳能电池板的方向，以最大程度地吸收阳光能量。

文章详细讨论了系统的硬件设计和软件编程，并进行了实验验证系统的有效性与稳定性。

引言：随着可再生能源的发展和应用，太阳能作为一种绿色能源正变得越来越普遍。

而太阳能电池板作为太阳能转换的核心装置，其工作效率直接受到太阳光照强度和入射角度的影响。

因此，设计一种能够实时追踪太阳位置的太阳能跟踪系统，对于提高太阳能电池板的能量转换效率具有重要意义。

1. 系统硬件设计1.1 光敏传感器光敏传感器是实现太阳位置检测的关键模块，其作用是测量光强度并转化为电信号。

在本设计中，采用光敏二极管作为光敏传感器，通过调整电路参数和选用适当的滤光片以提高传感器的灵敏度和稳定性。

1.2 步进电机步进电机是用于控制太阳能电池板偏转角度的执行器。

本设计中，选用具有较高精度和可控性的双相步进电机，通过调节步进电机的脉冲信号和相位控制信号，可以实现对太阳能电池板的精确调整。

1.3 控制电路控制电路是整个系统的核心部分，主要由单片机、驱动电路和电源组成。

单片机作为系统的主控制器，通过接收光敏传感器采集的信号，并经过一系列计算和判断，生成控制信号给步进电机实现调整。

驱动电路负责将单片机输出的信号转化为适合步进电机工作的电流信号，以驱动步进电机。

2. 系统软件编程2.1 信号采集与处理在软件编程阶段，首先需要进行光敏传感器信号的采集与处理。

通过ADC模块采集光敏传感器输出的电压信号，并借助数字滤波算法对其进行滤波和降噪处理，确保获取准确可靠的光强度数据。

2.2 太阳位置计算根据光敏传感器测量到的光强度数据，通过一定的数学模型和算法，可以计算出太阳的位置。

根据太阳位置的变化规律，可以判断出太阳的相对方位和倾角，从而确定太阳能电池板的调整方向。

2.3 步进电机控制根据太阳位置计算的结果，通过单片机输出的脉冲信号和相位控制信号，控制步进电机按照设定的步进角度和方向调整太阳能电池板的位置，使其始终面向太阳。

太阳能双轴跟踪系统原理解析太阳能双轴跟踪系统原理解析1. 引言太阳能作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了越来越多的关注和应用。

为了更高效地收集太阳能，提高太阳能发电系统的效率，太阳能双轴跟踪系统应运而生。

本文将深入探讨太阳能双轴跟踪系统的原理及其在太阳能发电领域的应用。

2. 太阳能双轴跟踪系统的基本原理太阳能双轴跟踪系统是一种能够根据太阳的位置来调整太阳能发电设备角度的系统。

它通过使用两个轴（水平轴和垂直轴）来实现对太阳能接收器的定位，以确保太阳能始终垂直照射到接收器上。

这种追踪方式与传统的固定式太阳能系统相比，能够使得接收器相对于太阳的角度始终保持最佳状态，从而提高太阳能发电的效率。

3. 太阳能双轴跟踪系统的构成太阳能双轴跟踪系统主要由以下几个组成部分构成：3.1 太阳能追踪控制器：该控制器根据预设的追踪算法和传感器采集的数据，来计算并控制太阳能发电设备的运动。

它可以通过控制执行机构，调整发电设备的角度和方向。

3.2 电动机或执行机构：太阳能双轴跟踪系统通过电动机或其它执行机构来实现设备的角度调整。

这些电动机或执行机构通过接收控制器的指令，将设备转动到正确的位置上。

3.3 传感器：为了准确地获取太阳的位置信息，太阳能双轴跟踪系统通常会配备多个传感器。

这些传感器可以是太阳光电传感器、倾斜传感器等。

它们通过检测太阳的位置和周围环境的变化，向控制器提供实时的反馈信息，以确保设备能够准确追踪太阳。

3.4 太阳能接收器：太阳能双轴跟踪系统最关键的一部分是太阳能接收器。

它通常由太阳能电池板或聚光器组成，用于将太阳光转化为电能。

通过精确地追踪太阳，太阳能接收器可以最大限度地吸收太阳的能量，提高太阳能的利用效率。

4. 太阳能双轴跟踪系统的优势相较于固定式太阳能系统，太阳能双轴跟踪系统具有以下几个优势：4.1 提高发电效率：通过追踪太阳的位置并使接收器始终垂直照射，太阳能双轴跟踪系统可以最大限度地吸收太阳能，提高发电效率。

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AbstractWith 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。

基于单片机的光伏板自动跟踪系统设计随着现代科技的不断发展，太阳能光伏板已经成为了绿色能源领域的重要组成部分。

传统的光伏板只能在固定的角度接收阳光，这导致了能量利用率的低下。

为了解决这一问题，人们提出了光伏板自动跟踪系统的设计方案。

本文将介绍一个基于单片机的光伏板自动跟踪系统的设计原理和实现方法。

一、设计原理光伏板自动跟踪系统的设计原理是根据光照角度的变化来调整光伏板的角度，使其始终与太阳保持最佳的接收角度，从而最大程度地提高能量利用效率。

光伏板自动跟踪系统的设计包括两个主要部分：光敏元件和控制系统。

光敏元件通常是光敏电阻或光敏二极管，它们的电阻值或电压随着光照强度的变化而变化。

而控制系统则是使用单片机进行控制，根据光敏元件获取的光照信息来调整光伏板的角度。

二、设计实现1.光敏元件的选择光敏元件的选择非常重要，它决定了系统对光照的敏感程度。

常用的光敏元件包括光敏电阻和光敏二极管。

光敏电阻的电阻值随光照强度的变化而变化，而光敏二极管的导通电流也随光照强度的变化而变化。

根据具体情况，选择适合自己系统的光敏元件。

2.单片机的选择单片机作为控制系统的核心，需要选择一个性能稳定的单片机。

一般来说，常用的单片机有STC89C52、AT89C51等。

这些单片机都有着丰富的外设资源和稳定的性能，非常适合作为光伏板自动跟踪系统的控制核心。

3.系统电路设计在选择好光敏元件和单片机之后，需要设计系统的电路。

通常来说，系统的电路包括光敏元件的接入电路、单片机的控制电路和电机的驱动电路。

光敏元件的接入电路需要将它的电压或电阻值转换成单片机可以接受的电信号，单片机的控制电路需要根据光照信息来控制电机的转动方向和转动速度，而电机的驱动电路则需要提供足够的电流来驱动电机的正常工作。

4.软件程序设计软件程序设计是整个系统设计中最重要的一部分。

软件程序需要根据光敏元件获取的光照信息来控制电机的转动，以使光伏板始终与太阳保持最佳的接收角度。

2019.02瀾试工具与解决方案基于S7-1200PLC的太阳自动跟踪光伏发电系统设计李龙(辽宁轨道交通职业学院，辽宁沈阳，110〇23)摘要：设计了一种太阳自动跟踪光伏发电装置，可以运行在传感器控制和时间控制模式下，在气象条件好时采用光控模 式，在多云天气采用时控模式,根据不同时刻确定双轴追日支架的倾角和东西旋转角度，保证光伏组件始终垂直太阳，达到最大发电功率。

主要进行了控制系统的硬件和软件的设计。

经过实验验证，双轴追日光伏发电系统的发电效率较传 统固定角度的发电系统的发电效率高30%左右。

关键词：光伏发电；太阳追踪；控制器设计Design of Sun-tracking photovoltaic power system based on S7-1200PLCLi Long(Guidao jiaotong Polytechnic Institute,Shenyang Liaoning,110023) Absrtact:A solar automatic tracking photovoltaic power generation device is designed,which can run under sensor control and time control mode,light control mode in good weather conditions,time control mode in cloudy weather.The inclination angle and east-west rotation angle of the two- axis sun-pursuing bracket are determined according to different times,so as to ensure that the photovoltaic module is always vertical to the sun and achieve maximum power generation.The hardware and software of the control system are designed.The experimental results show that the power generation efficiency of the two-axis sun-tracing photovoltaic system is about 30% higher than that of the traditional fixed-angle power generation system.K e y w o r d s:photovoltaic power generation;solar tracking;controller design〇引言随着石油能源等传统能源的枯竭[i]及环保的压力，新能 源的快速发展提上了日程，中国已经成为光伏应用和生产的 第一大国。