基于52单片机 太阳能自动跟踪系统设计.

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。

单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计(基于TA89C52单片机)毕业设计论文单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计1 引言11 课题背景能源问题关系到经济是否能够可持续发展一次能源的日益枯竭已引起全世界的极大关注现在人们常用的一次能源有煤炭石油原子能等占人们能源消费的大部分的煤炭和石油都是有限的不可再生的太阳是个巨大的能源地球上绝大部分能源归根究底是来自太阳的太阳辐射能与煤炭石油核能相比较有如下的优点1普遍性地球上处处都有太阳能不需要到处去寻找去运输2无害性利用太阳能作为能源没有废渣废料废气废水的排放没有噪声不会污染环境没有公害3长久性只要有太阳就有太阳能因此太阳能可以说是取之不尽用之不绝 4巨大性一年内到达地面的太阳辐射能总量要比现在地球上消耗的各种能量的总和大几万倍12 课题内容我国目前已开始在牧区普及使用无跟踪装置的户用太阳能光伏系统但由于太阳能电池价格昂贵无跟踪装置的光伏系统发电效率较低普遍推广应用受到影响相对于无跟踪装置的光伏系统双轴自动跟踪系统虽然能提高发电效率约提高50但其造价高结构复杂维护困难也难以在牧区推广使用针对这一实际情况需采用合理的方法进行改善此方法必须满足低成本高可靠性高性价比单轴自动跟踪系统和双轴自动跟踪系统相比结构更简单且费用最低单轴太阳能电池自动追踪系统主要包括机械部分和控制部分机械装置由电机驱动可以使电池板水平方向角为0°- 180°控制部分主要由单片机系统构成单片机系统具有成本低智能化程度高扩展性强等优点由单片机系统配合外围的电路元件实现对太阳能电池板的控制垂直方向角变化不大可以手动进行调整太阳能电池板转换的电能信号由转换装置送入单片机通过驱动电机使太阳能电池板朝着与太阳垂直的方向转动本课题研究的重点及难点1建立严格的单轴自动跟踪数学模型并与双轴自动跟踪系统进行效率比较从理论上证明它的可行性2通常自动跟踪系统须采用传感器把电池板法线偏离太阳光线的角度信号转变为电信号以实现跟踪本设计考虑到它主要是牧区等阳光充足地区的居民使用所以要满足高性价比取消了传感器而直接利用太阳能电池板发电量作为电信号输入单片机实现跟踪增加了测控难度3自动跟踪系统应能排除阴雨天太阳被云层遮挡引起的输出变化负载变化引起的输出功率变化引起的干扰本设计的主要特点1采用先进的微电子控制技术AT89C52 单片机为跟踪控制器的核心充分利用其内部功能体积小功耗低2性价比高具有良好的应用前景2 自动跟踪控制的总体设计方案21控制方法的确定211 本课题设计方法的提出双轴自动跟踪系统是目前研究开发使用的系统它的跟踪效果好可提高发电量是一种非常有前途的方法但适用于较大型的太阳能发电系统中我国牧区无跟踪光伏系统太阳能发电效率较低针对这一实际情况需采用合理的方法进行改善此方法必须满足低成本高可靠性高性价比单轴自动跟踪系统和固定式光伏发电系统相比跟踪效果好结构简单且费用较低太阳能发电自动跟踪系统的原理与基本方法我们对双轴自动跟踪系统进行了一定的改进设计出具有很好性能价格比的单轴自动跟踪系统满足牧区的实际需要单轴太阳能发电自动跟踪系统示意图如图41 所示图21单轴太阳能发电自动跟踪系统图22自动跟踪系统跟踪示意图太阳能电池板与地面水平面南北方向成α角此高度角可手动进行调整东西方位角通过单片机控制系统进行自动跟踪始终追随太阳的东西方位使太阳能电池保持较大的发电功率后面部分有详细的设计内容这里就不具体介绍了212 单轴自动跟踪系统数学模型的建立如图22 所示建立坐标系一XYZ此时日地心连线为X 轴过地心且与地球轨道平面垂直的直线为Z 轴过地心且与XZ 轴都垂直的直线为Y 轴方向如图所示中午时刻太阳能电池板与太阳光直射方向垂直此时太阳能电池板与地平面的夹角为δφ建立坐标系二XYZ它是坐标系一以Y轴为旋转轴旋转235°得到的假定观测点所在地与地心距离为rAB 的长度为l点A 位于纬度φ中午12 时AB平行于Z 轴且在Z0 的平面在坐标系一下A 点和B 点的坐标分别为XA1 r cosφ δYA1 0 ZA1 r sinφ δXB1 r cosφ δYB1 0ZB1 r sinφ δ l在坐标系二下A 点的坐标和B 点的坐标分别为XA2 r cos φYA2 0ZB2 r sin φXB2 r cosφ l sin 235°YB2 0ZB2 r sin φ l cos 235°地球绕自转轴旋转的角速度为设旋转时间为t 小时此时在坐标系二下A 点旋转ωt角度变为a点B 点旋转ωt角度变为b点此时a点的坐标和b点的坐标分别为Xa1 r cos φcos ωtYa1 r cos φsin ωtZa1 r sin φXb1 r cos φ l sin 235°cos ωtYb1 r cosφ l sin 235°sin ωtZb2 r sin φ l cos φ在坐标一下a 点和b 点的坐标分别为Xa2 r cosφcosωt r sinφtg 235°cos 235此时直线ab 在XOZ 平面投影的直线的斜率为22 设计任务221 设计目标课题设计目标根据太阳辐射能的特点光伏电池的特性实现对太阳能方位角的跟踪222 设计要求课题设计要求自动跟踪的实现所设计的单轴太阳自动跟踪系统的核心部分是单片机需设计合理的程序近而对电机进行控制适时改变电池板的角度抗干扰性为保证跟踪的准确性系统必须具有较强的抗干扰能力设计应从硬件和软件两方面着手来抑制系统的干扰23 总体设计方案231 硬件设计方案国内外目前已有了很多光伏电站太阳能发电在我国多采用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等优点有较好的推广应用价值太阳能电池是依靠太阳光辐射能而产生电能的器件同样的一块太阳能板由于放置的角度不同所接受的光辐射能就不同产生的电能就不同因此为了提高太阳能电池电能的产量可以让太阳能板自动的随着天空中太阳的方位角的变化而实现跟踪如下是我们研制的单轴太阳方位角跟踪系统太阳自动跟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控制部分驱动电机可以使电池板在东西方向上的0-180度自由旋转控制部分主要由软件算法构成具有成本低智能化程度高扩展性强等优点高度角可以手动进行调整太阳能自动跟踪系统框图如图23所示太阳能发电自动跟踪系统主要由五部分组成即光电转换装置由太阳能电池构成输入装置单片机控制系统信号放大装置和直流电机由于考虑到最低成本的问题此设计未使用太阳传感器直接利用太阳能电池板的电信号作为单片机控制系统的输入信号图23 系统框图太阳跟踪系统的支撑结构常见的有框架式轴架式和旋转台式三种前两种形式是将光伏阵列安装在可进行太阳时角跟踪的轴向移动固定框架或轴架上其特点是结构简单价格便宜安装方便适用于支撑单轴跟踪的小功率光伏阵列可额外附带简单的季节性仰角调节功能旋转台式形式是一个较大的可进行时角跟踪的旋转台上安装可进行仰角跟踪的光伏阵列它适用于支撑大功率的双轴跟踪光伏阵列其缺点是结构复杂造价较高本设计考虑到高性价比采用轴架式232 软件设计方案根据本课题的设计任务及系统的硬件结构系统的软件设计方案如下单片机软件设计包括跟踪系统主程序设计INT0中断服务程序设计电机驱动程序设计串口发送程序数据采集和处理程序通信控制系统程序设计24 可靠性设计由于现场环境复杂和各种各样的电磁干扰单片机应用系统的可靠性设计抗干扰技术的应用变得越来越重要本设计分别从硬件和软件两个方面来探讨一些提高单片机应用系统抗干扰能力的方法241 单片机应用系统的硬件抗干扰技术一供电系统为防止从电源系统引入干扰采取直流稳压电源保证供电的稳定性防止电源的过压和欠压二注意印刷电路板的布线与工艺印制电路板布置接地网可防止产生地电位差和元件之间的耦合印制电路板合理分区模拟电路区数字电路区功率驱动区尽量分开地线不能相混分别和电源端的地线相连元件面和焊接面采用相互垂直斜交或者弯曲走线避免相互平行以减少寄生耦合避免相邻导线平行段过长加大信号线间距高频电路互联导线尽量短使用45度或者圆弧折线布线不要使用90度折线以减小高频信号的发射印制电路板按单点接电单点接地的原则送电三个区域的电源线地线分三路引出地线电源线要尽量粗噪声元件与非噪声元件尽量离远一些时钟振荡电路部分用地线圈起来让周围电场趋近于零三用满足系统要求的最低频率的时钟时钟产生器要尽量靠近用到该时钟的器件在石英晶体振荡器下面加大接地的面积而不走其它信号线四驱动器件功率放大器件尽量靠近印制板的边靠近引出接插件重要的信号线尽量短并要尽量粗并在两侧加上保护地五原则上每个IC元件要加一个去耦电容布线时去耦电容尽量靠近电源脚和接地脚去耦电容焊在印制电路板上时引脚尽量短六闲置不用的IC管脚不要悬空以避免干扰引入单片机不用的IO口定义成输出七提高元器件的可靠性选用质量好的电子元件并进行严格的测试筛选和老化设计时元件技术参数要有一定的余量提高印制板和组装的质量242 单片机应用系统的软件抗干扰技术一数据采集误差的软件对策用软件滤波算法可滤掉大部分由输入信号干扰而引起的输出控制错误最常用的方法有算术平均值法比较舍取法中值法一阶递推数字滤波法本设计根据信号的变化规律选择算术平均值法对输入量采用多次采集的办法来消除开启的抖动二程序运行失控的软件对策对于程序运行失常的软件对策主要是发现失常状态并及时将系统引导到初始状态软件冗余技术AT89C52所有指令都不超过3个字节且多为单字节指令指令由操作码和操作数组成操作码指明CPU完成什么样的操作单字节指令仅有操作码隐含操作数CPU受到干扰后PC内容发生变化当程序弹飞到某一单字节指令时便自动纳入正规当跑飞到某一双字节或3字节指令时若恰恰在取指令时刻落到其操作数CPU 就将操作数当做操作码来执行引起程序混乱因此软件设计应采用单字节指令并在关键的地方人为地插入一些空操作指令NOP或将有效的单字节指令重写这称为指令冗余在实际软件设计中往往在双字节指令和3字节指令之后插入2个NOP 可以保证程序跑飞后其后面的指令不会拆散后面的程序可以正常运行在那些对程序流向起决定作用的指令例如在RETRETIACALLLJMPJZJNC等之前也插入2条NOP可保证跑飞的程序迅速进入正确的控制轨道软件陷阱技术软件冗余技术适用于干扰后PC指向不正确的程序区当跑飞程序进入非程序区例如EPROM未使用的空间或表格区时使用冗余指令的措施已不再适用可采用软件陷阱的办法拦截跑飞程序将其迅速引向一个指定的位置执行一段对程序运行出错的处理程序软件陷阱可采用以下形式NOPNOPLJMP ERROR ERROR为指定地址安排有出错处理程序软件陷阱可安排在下面几个区域a未使用的中断向量区当干扰使未使用的中断开放并激活这些中断时就会引起系统程序的混乱如果在这些地方设置陷阱就能及时捕捉到错误中断 b未使用的EPROM区假设使用了1片EPROM芯片2764但程序并没有用完这个2764芯片的区域这些非程序区可以用020000数据填满020000是指令LJMP0000H的机器码当跑飞程序进入此区后便会迅速自动进入正确轨道 c数据表格区由于表格中内容和检索值有一一对应关系在表格中安排陷阱将会破坏其连续性和对应关系应在表格区的尾部设置软件陷阱 d程序区前面已介绍跑飞的程序在用户程序内部跳转时可用指令冗余技术加以解决也可以设置软件陷阱更有效地抑制程序跑飞程序设计常采用模块化设计模块化的程序是由一序列执行指令构成的一般不能在这些指令串中间任意安排陷阱否则正常执行的程序也可能被抓走可以将陷阱指令分散放置在各模块之间的空余单元中正常程序中不执行这些陷阱指令但程序跑飞一旦进入陷阱区马上将程序拉回正确轨道e非EPROM芯片空间除了EPROM芯片占用的地址外还剩余大片未编程的EPROM空间当PC跑飞进入这些空间时读入数据为0FFH对单片机而言相当于指令MOV R7A将修改R7的内容当CPU读程序存储器时会产生一个低电平信号PSEN可利用该信号和EPROM的地址译码信号产生选通信号引起一个空闲的中断在中断服务程序中设置软件陷阱将跑飞程序拉入正规看门狗技术当跑飞的程序落到非程序的数据表格区或跑飞的程序在没有碰到冗余指令之前已经自动形成一个死循环则指令冗余和软件陷阱均无法使失控程序摆脱死循环这时可采用看门狗WATCHDOG技术解决看门狗技术就是不断监视程序循环运行的时间若发现时间超过正常的循环时间则认为系统陷入了死循环这时强迫系统执行一段出错处理程序使系统脱离死循环转人正轨运行3 太阳能光伏发电系统的基本组成31 概述太阳能光伏发电系统按是否与电网相连可以分为独立运行系统与并网运行系统独立运行光伏发电系统是指不与电网相连的光伏发电系统并网运行光伏发电系统是指与电网相连可以给电网供电的光伏发电系统太阳能光伏发电系统一般由蓄电池太阳能电池方阵控制器逆变器交流配电设备等组成如图31 所示图31光伏放电系统框图当负载为直流时如通讯设备石油管道阴极保护等电源则可以省略逆变器和交流配电设备系统比较简单成本也降低如果发电系统与交流电网并联运行则可以省略蓄电池组控制器和逆变器合而为一系统的成本可以大大降低同时还可以减少由于蓄电池组造成对环境带来的影响可见太阳能并网发电系统是今后的主要形式但在我国广大的牧区和偏远无电地区户用光伏系统和风光互补系统在很长一个时期内将是主要的供电方式32 太阳能电池321 太阳能电池工作原理太阳能电池工作原理的基础是半导体PN 结的光生伏打效应即当物体受到光照时物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应硅的外层电子受到太阳光辐射时成为自由电子同时在它原来的地方留出一个空位即半导体中的空穴由于电子和空穴的扩散在结合的PN 半导体的交界面处即PN 结的两边形成内建电场又称势垒电场当太阳光照射PN 结时在势垒电场的作用下电子被驱向N 型区空穴被驱向P 型区从而使N 型区有过剩的电子P 型区有过剩的空穴形成了光生电场在N 型区与P 型区之间的薄层产生了电动势即光生伏打电动势接通外电路时便有电能输出如图32 所示那样当具有适当能量的光子入射于半导体时那么电子向N 型半导体扩散空穴向P 型半导体扩散并分别聚集于两个电极部分即负电荷和正电荷聚集于两端这样如用导线连接这两个电极就有电荷流动产生电能图32 太阳能电池的发电原理322 太阳能电池的种类太阳能电池按照材料的不同可分为如下三类1硅太阳能电池这种电池是以硅为基体材料的太阳能电池如单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池等制作多晶硅太阳能电池的材料用纯度不太高的太阳级硅即可而太阳级硅由冶金级硅用简单的工艺就可加工制成多晶硅材料又有带状硅铸造硅薄膜多晶硅等多种用它们制造的太阳能电池有薄膜和片状两种 2硫化镉太阳能电池这种电池是以硫化镉单晶或多晶为基体材料的太阳能电池如硫化亚铜硫化镉太阳能电池碲化镉硫化镉太阳能电池铜铟硒硫化镉太阳能电池等 3砷化镓太阳能电池这种电池是以砷化镓为基体材料的太阳能电池同质结砷化镓太阳能电池异质结砷化镓太阳能电池等按照太阳能电池的结构来分类其物理意义比较明确因而已被国家采用作为太阳能电池命名方法的依据323 光伏阵列特性一光伏阵列的I-V 方程光伏阵列是将太阳能转换成电能的器件其输出的I-V 特性强烈地随日照强度和较强烈地随电池温度T 而变化其等效电路如图33 所示由于器件瞬时响应时间与绝大多数光伏系统的时间常数相比微不足道因此结电容 C 在光伏能阵图33 光伏阵列单元等效电路列的理论分析中加以忽略规定图中电压电流方向得出光伏阵列的输出电流电压I-V方程为式3-1式3-1I L光电流AI 反向饱和电流Aq 电子电荷1610-19JKK玻尔兹曼常数13810-23JKT绝对温度KA二极管因子R S 串联电阻ΩR Sh 并联电阻Ω二光伏阵列 I-V 特性曲线由于光伏阵列的输出特性强烈地受到光照及阵列结温的影响下面来分别分析在这两种条件变化下光伏阵列的I-V 特性首先让我们来了解光伏阵列的几个重要参数1短路电流IsC为给定日照强度和温度下的最大输出电流2开路电压Voc为给定日照强度和温度下的最大输出电压3最大功率点电流Im在给定日照强度和温度下相应于最大功率点的电流 4最大功率点电压Vm在给定日照强度和温度下相应于最大功率点的电压 5最大功率点功率Pm在给定日照强度和温度下阵列可能输出的最大功率PmIm×Vm 其意义如图34 所图34 光伏阵列特性参数说明一太阳能光伏阵列在相同温度不同日照下的I-V 与P-V 特性图35不同日照下的I-V 关系曲线图图36不同日照下的P-V 关系曲线图图35图36 分别是太阳能光伏阵列在温度为25℃时不同日照S下表现出的电流-电压I-V和功率-电压P-V特性从图35 可知太阳能光伏阵列的输出短路电流Isc和最大功率点电流Im随日照强度的上升而显著增大也就是说式3-1中IL强烈地控制着I 的大小虽然日照的变化对阵列的输出开路电压影响不是那么大但对电流与电压相乘的结果-最大输出功率来说变化显著如图2-6 中虚线与各实线的交点所示二太阳能光伏阵列在相同日照不同温度下的I-V 与P-V 特性图37 不同温度下的I-V 关系曲线图图38 不同温度下的P-V 关系曲线图图37图38 分别给出了太阳能光伏阵列在日照射为1000Wm2 和在变化温度[T]的情况表现出典型的I-V 和P-V 特性可以看出温度对太阳能光伏阵列的输出电流影响不大但对它的输出开路电压影响较大因而对最大输出功率影响明显见图38 各实线的波峰的幅值变化4太阳辐射能量分析太阳辐射资源变化极其复杂加上储能设备等因素需要建立合理的理论模型本课题在太阳辐射能方面做了研究工作主要介绍日照时间和太阳位置的计算以及太阳辐射能的有关计算41 日照时间和太阳位置的计算411太阳能中天文参数的计算1日地距离由于地球绕太阳的运行轨迹是一个椭圆所以地球与太阳之间的距离在一年之内是变化的日地平均距离及最大最小距离列在表31中到达地球表面的太阳辐射强度和距离的平方r r02成反比r0为日地平均距离r为任意时刻日地距离的准确值r r0210033cos360n365日期距离km 日期距离km1月1日147001000 7月1日1520030004月1日149501000 10月1日149501000表31 日地距离地变化2太阳赤纬角δ日地中心的连线与赤道面间的夹角每天实际是每一瞬间均处在变化之中这个角度称为太阳赤纬角δ2345°sin360×284n365式中n为一年中的日期序号从每年1月1日算起太阳赤纬随日期序号的变化见图32春分和秋分的正午时刻太阳直射地球的赤道即天赤道的δ 0北半球夏至的正午时刻太阳直射北回归线δ 2345°北半球冬至的正午时刻太阳直射南回归线时δ 2345°图32 太阳赤纬412水平面太阳位置的计算在太阳能的利用中必然要涉及到太阳高度角方位角日照时间等问题1太阳高度角αs地球上观测点同太阳中心连线与地平面的夹角为太阳高度角太阳高度角αs 的计算公式为sin sin δsin φ cos δcos φcos ω式中δ太阳赤纬角φ当地的地理纬度ω当时的太阳时角其计算公式为ωTs 12 ×15°34式中Ts0-24h为每日时间时角上午为正下午为负2太阳方位角γs地球上观测点同太阳中心连线在地平面上的投影与正南方向之间的夹角就是太阳方位角太阳方位角γs的计算式为cos γsin sin φsin δ cos cosφs s ααs 353日出日没角ωhαsγsω±cos1tan φtan δ 36式中负值表示日出时角正值表示日没时角αs 0cos γ sin δ cos φs 374正午时刻γs 0385理论日照时间N 由下式给出 3942 太阳辐射能的有关计算日辐射与小时辐射一般从气象部门所能得到的太阳能辐射资料多为日总辐射量当需要用每小时的辐时数据时可根据日辐射数据来估算小时值用日总辐射量来推算小时辐射量的方法在晴天条件下结果和实际情况吻合5 控制系统的硬件设计51 总体设计方案本文设计的单轴自动跟踪电路主要包括电压电流传感器单元单片机控制单元和电机驱动电路如图51所示图51 自动跟踪控制电路结构框图电压传感器和电流传感器如图52和图53所示电流传感器采用50A150mV 的分流器和运算放大器AD820当负载一定时太阳能电池板的输出电压随输入光功率变化而变化通过电压传感器检测电压值可知道当前功率的大小进而可以得到太阳光线偏离太阳能电池板法线的角度变化当负载变化时电流值变化通过电流传感器可观测电流的变化情况当电流稳定后再通过检测电压传感器的电压值。

基于STC89C52单片机的太阳光追踪系统研究【摘要】本文设计了一种以STC89C52单片机为核心的太阳光追踪系统。

我们设计了光电追踪与太阳入射角度计算相结合的追踪方式，实现高精度的追踪控制。

为了实现光电跟踪，设计了一种由光敏电阻搭建而成的太阳位置传感器，实现了以STC89C52单片机为控制器的太阳光追踪控制系统的硬件设计，包括系统框架、光电传感器信号处理模块、步进电机模块、外部时钟模块、液晶显示等模块设计以及软件设计。

【关键词】单片机;光电传感器;太阳光追踪自然光是取之不尽用之不竭的绿色能源。

自然光照明既节约大量照明用电，又保护环境，因此如何充分利用自然光进行照明已经成为现在绿色照明的一项重要研究内容。

其中，如何提高太阳光利用率，并且实时跟踪太阳的位置以实现光线直射是技术关键。

现在光能的应用成为新的研究领域。

很多大型建筑中应用太阳光进行“室内采光”已经越来越受到建筑师们的关注，即采集太阳光并利用光缆把它传输到需要的地方，比如会议室、教室、矿井、人防工程、地下商场等。

但是，目前太阳能利用效率低的问题一直阻碍着太阳能技术更好的普及。

而太阳光自动跟踪装置的研究是提高太阳能效率的重要途径。

研究高精度太阳光追踪装置，可以使日光采集的接收效率大幅度提高，从而提高太阳能的利用效率。

本文所设计的太阳光自动跟踪装置能够使太阳光保持与太阳光采集器垂直，保证最大的接收效率，实现高跟踪精度，具有一定的实用价值。

一、太阳能追踪系统发展现状1.国内发展现状目前，我国太阳能自动跟踪主要有控放式、压差式、比较控制式、时钟式太阳跟踪器。

一般时钟式的机电跟踪器和纯机械式的跟踪器精度偏低，因此本设计采用了精度较高的光敏电阻控制的双轴太阳跟踪的控制方式使光伏电池始终面向太阳，并且在日落后能使电池板重新面向东方，以实现日循环运行。

2.国外发展现状美国在1997年研制成功了单轴二维空间内转动的太阳能追踪装置，此装置安装在低纬度地区的东西朝向上，确实提升了太阳光接收效率，甚至只需设计使其随时间转动即可。

基于单片机的太阳能电池板自动对光跟踪系统【摘要】太阳能电池板是一种非常环保和可持续的能源形式，然而其效率受到光照角度的影响。

针对这一问题，基于单片机的太阳能电池板自动对光跟踪系统应运而生。

本文通过介绍研究背景和研究目的，详细阐述了系统的原理及设计、硬件设计、软件设计、系统性能测试和系统优势。

实验结果表明，该系统能够有效提高太阳能电池板的光能利用效率，具有广阔的应用前景。

结论部分分析了实验结果并展望了未来的研究方向，强调了光跟踪系统在未来的应用前景。

这篇文章为太阳能领域的研究和应用提供了重要的参考价值。

【关键词】太阳能电池板、单片机、自动对光跟踪系统、系统原理、硬件设计、软件设计、系统性能测试、系统优势、实验结果分析、应用前景、研究背景、研究目的、展望未来。

1. 引言1.1 研究背景太阳能电池板是利用太阳能转换为电能的一种设备，其效率受到光照强度和入射角度的影响。

传统的太阳能电池板固定安装在固定的倾角上，导致在不同时间段和季节内无法获得最大的光照能量转换效率。

研究开发基于单片机的太阳能电池板自动对光跟踪系统具有重要的意义。

太阳能电池板的自动对光跟踪系统利用光敏电阻和舵机等传感器和执行器，通过单片机控制，实现太阳能电池板自动跟踪太阳光线的移动，保持光线垂直入射，提高能量转换效率。

这样的系统可以在不同时间段和季节内自动调整太阳能电池板的倾斜角度，使其始终面向太阳，从而最大限度地吸收太阳能。

在实际应用中，这种系统可以广泛用于太阳能发电、太阳能热水器等领域，提高能源利用效率，减少能源消耗，降低环境污染。

1.2 研究目的研究目的是设计一种基于单片机的太阳能电池板自动对光跟踪系统，以提高太阳能电池板的能量转换效率。

目前，太阳能电池板常常存在着只能在特定角度下获得最大光照的问题，导致能量转换效率不高。

通过引入自动对光跟踪系统，能够实现太阳能电池板根据太阳位置自动调整角度，保持最佳光照状况，从而提高能源利用效率。

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。

基于单片机的太阳能跟踪系统作者：陈明毅来源：《好日子（下旬）》2018年第01期摘要：随着人类社会的不断发展，对能源的需求量也越来越大，太阳能作为一种可再生取之不尽、用之不竭的天然能源，是新能源的发展方向之一，太阳能的广泛应用，使太阳能产业发展迅速。

但是纵观市场，大多数太阳能装置在采光时，面板基本是面向南方，固定不动的。

而一个既符合人们简洁实用的要求，又满足绿色能源高效利用理念的自动追踪太阳能装置很少见。

本设计的目的是使太阳能电池板自动朝向太阳光充分利用太阳能光照，提高转换效率。

并在环保、节能方面有巨大的优势，有很大的推广前景。

本设计是基于STC89C52单片机的太阳能自动转向系统，利用四个光敏电阻把接收到的光信号转换成电信号，经过AD转换成数字信号传给单片机进行处理后，输出控制信号驱动两个步进电机进行跟踪。

利用实体按键对两个步进电机进行上下左右调节。

本装置还有温度实时显示模块，由DS18B20温度传感器和LCD1602液晶显示屏组成，是一款可以对太阳光进行自动跟踪和实时温度检测的装置。

关键词：STC89C52单片机；步进电机；光敏电阻1、研究内容本课题主要是利用单片机知识设计一个太阳能跟踪系统，要求系统能够自动实时跟踪太阳光，使用电机驱动跟踪，太阳能可以始终垂直照射太阳能电池板，具有复位功能和校正功能，同时可以进行温度显示。

其研究内容主要包括分析光电传感器的工作原理、光电转换电路的设计、步进电机动作指令系统的设计、实时温度显示系统的设计、复位和校正功能系统的设计以及实物的焊接设计。

2、总体方案构思本设计的选用STC89C52单片机作为电路的主控芯片、各模块电路分别为按键控制电路、温度检测电路、光电转换电路、电机驱动电路。

以下是各个模块硬件电路和软件设计方面的研究。

硬件部分：使用双轴跟踪系统，原理是把两个步进电机组合成的双轴转动系统可以全方位的转动，光电传感器采集光信号并进行光电转换，再进行AD转换送给主控芯片处理后发出相应的控制信号驱动两个步进电机进行上下左右方向调整。

基于单片机的太阳能跟踪控制系统设计摘要本文介绍了一种基于单片机的太阳能跟踪控制系统设计。

该系统采用光敏电阻和电机控制技术实现对太阳光源的精确跟踪，从而提高太阳能电池板的光电转换效率。

本文首先介绍了太阳能跟踪技术的背景和研究现状，然后分析了系统的硬件和软件实现细节，并测试了系统的稳定性和性能。

测试结果表明，该系统能够实现有效的太阳光源跟踪，并优化了太阳能电池板的输出功率，具有良好的应用前景。

关键词：单片机；太阳能；跟踪控制；光敏电阻；电机控制AbstractThis paper presents a design of a solar tracking control system based on a single chip microcontroller. The system utilizes photoresistors and motor control techniques to accurately track the solar light source, thereby improving the photovoltaic conversion efficiency of the solar panel. This paper first introduces the background and researchstatus of solar tracking technology, analyzes the hardware and software implementation details of the system, and tests the stability and performance of the system. The test results show that the system can effectively track the solar light source, optimize the output power of the solar panel, and has good application prospects.Keywords: Single chip microcontroller; Solar energy; Tracking control; Photoresistor; Motor control1. 引言随着能源危机的日益加深，太阳能作为一种无污染、永久存在的清洁能源，受到了广泛的关注。

摘要太阳能是已知的最原始的能源，太阳能是已知的最原始的能源，它干净、它干净、它干净、可再生、可再生、可再生、丰富，丰富，丰富，而且分布范围广，而且分布范围广，具有非常广阔的利用前景。

具有非常广阔的利用前景。

但太阳能利用效率低，但太阳能利用效率低，但太阳能利用效率低，这一问题一直影响和阻碍着太这一问题一直影响和阻碍着太阳能技术的普及。

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，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，从从而大大提高了太阳能的利用效率。

而大大提高了太阳能的利用效率。

本设计采用光电跟踪的方法，本设计采用光电跟踪的方法，本设计采用光电跟踪的方法，利用步进电机双利用步进电机双轴驱动，由光电传感器根据入射光线的强弱变化产生反馈信号到微机处理器。

由光电传感器根据入射光线的强弱变化产生反馈信号到微机处理器。

微微机处理器运行程序，机处理器运行程序，通过对跟踪机构进行水平、通过对跟踪机构进行水平、通过对跟踪机构进行水平、俯仰两个自由度的控制，俯仰两个自由度的控制，俯仰两个自由度的控制，调整太调整太阳能电池板的角度实现对太阳的跟踪。

采用单片机来实现的太阳能追踪系统能有效提高太阳板的光电转化效率，并具有较广泛的应用前景。

关键词： 太阳能；跟踪；光敏二极管；单片机；步进电机太阳能；跟踪；光敏二极管；单片机；步进电机Photosensitive目录1 绪论 (1)课题背景 (1)1.1课题背景1.1.1能源现状及发展 (1)1.1.2我国太阳能资源 (1)1.1.3目前太阳能的开发和利用 (2)太阳能的特点 (2)1.1.4太阳能的特点太阳能的应用领域 (2)1.1.5太阳能的应用领域1.2课题研究的目的和意义 (3)1.2.1课题研究的目的 (3)1.2.2研究课题的意义 (3)太阳追踪系统的国内外研究现状 (4)1.3太阳追踪系统的国内外研究现状论文的主要研究内容 (4)1.4论文的主要研究内容2 系统总体设计 (6)2.1系统总体设计要求 (6)2.2系统总体设计分析 (6)3系统的硬件设计 (8)3.1器件的选型 (8)3.1.1A T89C51单片机的特点及工作原理 (8)3.1.2ADC0808芯片的选用及简介 (11)3.1.374LS373芯片的选用及简介 (13)芯片的选用及简介 (14)3.1.4ULN2003芯片的选用及简介3.2光电转换电路设计 (16)转换模块电路设计 (18)3.3AD转换模块电路设计3.4电机驱动电路设计 (20)3.5系统硬件电路及机械部分设计 (21)4 系统的软件设计 (27)程序算法的简单介绍 (27)4.1程序算法的简单介绍4.2系统软件程序设计 (27)软件调用子程序 (30)4.3软件调用子程序5 结论 (34)致谢 (35)参考文献361 1 绪论绪论1.1课题背景1.1.1 能源现状及发展众所周之，人类进入21世纪发展的快车道，而能源是人类发展的根本动力。

基于单片机的太阳能电池板自动对光跟踪系统【摘要】太阳能电池板自动对光跟踪系统是利用单片机技术实现的一种高效太阳能利用系统。

本文首先介绍了太阳能电池板的工作原理，然后对传统固定式安装方式进行了比较，进而详细阐述了基于单片机的自动对光跟踪系统的设计和工作原理。

该系统可以实现对太阳的精确跟踪，有效提高太阳能转化效率。

其优势在于可以根据太阳位置实时调节太阳能电池板的角度，使光线垂直照射，最大限度地吸收太阳能。

结论部分总结了该系统的优势和应用前景，展望未来将继续优化系统性能并拓展更广泛的应用领域，为太阳能利用技术的发展提供重要参考。

【关键词】太阳能电池板、单片机、自动对光跟踪系统、工作原理、固定式安装、设计、优势、结论、展望、技术应用前景、研究背景、研究目的、研究意义。

1. 引言1.1 研究背景太阳能是一种清洁、可再生的能源，随着环保意识的提高和能源需求的增加，太阳能电池板作为太阳能利用的关键组成部分，受到了越来越多的关注。

传统的太阳能电池板固定式安装在屋顶或地面上，难以实现对太阳光的最大利用，效率较低。

研究和设计一种基于单片机的太阳能电池板自动对光跟踪系统具有重要意义。

目前，基于单片机的太阳能电池板自动对光跟踪系统已经成为一个研究热点。

该系统通过传感器实时监测太阳位置，控制电机使太阳能电池板朝向太阳光，实现最大限度的光能转换。

与传统固定式安装相比，这种自动对光跟踪系统能够提高太阳能电池板的光能转换效率，从而提高能源利用效率，降低能源消耗和减少环境污染。

本文旨在介绍基于单片机的太阳能电池板自动对光跟踪系统的设计原理、工作方式和优势，旨在为太阳能利用技术的进一步发展提供参考和借鉴。

通过对该系统的研究，可以促进太阳能电池板技术的创新和应用，推动可再生能源的发展，实现能源的可持续利用和环境保护。

1.2 研究目的太阳能电池板自动对光跟踪系统的研究目的是为了提高太阳能电池板的能量转换效率，进一步推动太阳能发电技术的应用和发展。

基于单片机的光伏板自动跟踪系统设计光伏板是一种利用太阳能进行发电的装置，它通过将太阳能转化为电能来满足人们的用电需求。

由于太阳能的不稳定性，光伏板在不同时间、不同位置会受到不同程度的太阳辐射，从而影响电能的生成效率。

为了最大程度地提高光伏板的发电效率，人们提出了自动跟踪系统的概念，即通过控制光伏板的角度和方向，使其始终面向太阳，以便最大程度地吸收太阳能。

本文将介绍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、系统设计原理光伏板自动跟踪系统的设计原理主要是通过传感器检测太阳光的位置，然后控制光伏板的角度和方向，使其始终面向太阳。

常见的光伏板自动跟踪系统一般采用光敏电阻、光电二极管等光敏器件来检测太阳光的位置，然后通过电机控制系统来调整光伏板的角度和方向。

而在本设计中，我们将采用单片机作为控制核心，利用单片机的强大功能和灵活性来实现光伏板的自动跟踪。

1.硬件设计光伏板自动跟踪系统的硬件设计主要包括传感器模块、执行机构和控制模块三部分。

传感器模块：传感器模块用于检测太阳光的位置，一般采用光敏电阻或光电二极管等光敏器件。

在本设计中，我们选用了光敏电阻作为太阳位置传感器，通过测量光线照射下的电阻值来判断太阳的位置。

执行机构：执行机构主要是用来控制光伏板的角度和方向，使其跟踪太阳。

一般采用步进电机或直流电机等驱动器，通过控制电机的转动角度和方向来实现光伏板的跟踪。

控制模块：控制模块是整个系统的核心部分，负责接收传感器模块的信号，并根据信号来控制执行机构的运动。

在本设计中，我们选用了单片机作为控制核心，通过单片机来实现对传感器模块和执行机构的控制。

软件设计是基于单片机的光伏板自动跟踪系统的关键部分，它主要包括控制算法和用户界面两部分。

控制算法：控制算法是根据传感器模块的信号来计算出光伏板的跟踪角度和方向，然后通过单片机来控制执行机构的运动。

在本设计中，我们将采用闭环控制算法，即通过不断测量太阳位置并与预设值比较，从而实现对光伏板的精确跟踪。