基于单片机的太阳跟踪控制系统设计

STM32单片机太阳能电池板自动跟踪的研究与设计摘要如何解决能源危机，缓解环境压力，实现能源的可持续发展，已成为全球能源研究的热点。

由于其诸多优势，太阳能已逐渐成为一种新型的有潜力的新型能源，但是由于其本身存在的不足，制约了它的推广与推广。

日冕追踪该控制体系的研制对于我国光伏发电行业的推广和应用以及国家节能降耗等都有着积极的作用。

本论文是针对STM32的一种新型的太阳能电池板自动追踪装置进行了研究。

本文对STM32单片机的太阳能电池板的自动追踪控制进行了详细的论述。

关键词：STM32单片机；太阳能电池板；太阳能自动跟踪系统引言能源是人类发展和进步的重要资源，对能源的管理是我国国民经济发展的第一要务。

当今全球的主要消费是石油、天然气和煤炭等非再生能源，它们的储存量非常小，而且在使用过程中会产生大量的CO2，对生态环境的危害很大。

目前，我国面临的主要问题是，我国目前面临的主要问题是如何通过新的资源来实现资源的利用。

1 STM32单片机太阳能自动跟踪系统硬件设计1.1硬件总体设计方案根据国内外有关能源管理的经验，本文介绍了一种新型的太阳能自动跟踪控制器，并根据该系统的特点，实现了一种新型的太阳能自动跟踪控制器。

本发明既可有效地克服太阳电池的非平稳、间断现象，又可使压缩气体储存装置发热，从而改善其工作效能与效能，其详细的系统硬件结构见下图1-1。

图 1-1 系统硬件总体框图该仪器的各个部件，其主要的作用是：1）利用光电感应器来探测太阳的方向，纠正由观测日线轨道追踪而引起的累计偏差，以及对气象的晴好情况的判别；2.一种对光传感器所产生的弱电流进行采集与加工的信号进行处理，以完成电流转换和电压的放大；3. RTC即时时钟，用以将目前的日期及时刻资讯供给所述控制器；4. LCD液晶屏幕显示当地时间、日期和此时的日高角和方向信息；5. GPS模块的功能是：通过获取地理位置的数据，为观测轨道的计算提供经纬数据；6.采用STM32F103VET6为控制器，通过输出控制讯号，带动方向角马达及角度马达旋转，完成对日的追踪。

基于51单片机的太阳能热水器控制系统设计一、本文概述随着全球对可再生能源需求的日益增加，太阳能作为一种清洁、可持续的能源形式，已经引起了广泛的关注和应用。

太阳能热水器作为一种常见的太阳能应用产品，其在节能减排、提高生活质量等方面具有显著的优势。

然而，太阳能热水器在实际使用过程中，仍存在一些问题，如水温控制不稳定、能效利用率不高等。

为了解决这些问题，本文提出了一种基于51单片机的太阳能热水器控制系统设计方案。

该系统以51单片机为核心控制器，结合温度传感器、水位传感器、执行机构等硬件设备，实现了对太阳能热水器水温和水位的精确控制。

通过实时监测水温和水位信息，系统能够自动调整加热功率和补水流量，确保水温稳定在用户设定的范围内，同时避免了水资源的浪费。

系统还具有故障诊断功能，能够及时发现并处理潜在的故障问题，提高了系统的可靠性和稳定性。

本文首先介绍了太阳能热水器的工作原理和现状，分析了传统控制系统存在的问题和不足。

然后，详细阐述了基于51单片机的太阳能热水器控制系统的硬件组成和软件设计。

在硬件设计方面，本文介绍了各个硬件模块的功能和选型原则，包括温度传感器、水位传感器、执行机构等。

在软件设计方面，本文详细说明了系统的控制算法和程序流程，包括温度控制算法、水位控制算法、故障诊断算法等。

本文通过实验验证了系统的可行性和有效性，为太阳能热水器的智能化、高效化提供了有益的探索和实践。

本文的研究不仅有助于提升太阳能热水器的能效利用率和用户体验，还为其他可再生能源应用产品的智能化控制提供了有益的参考和借鉴。

本文的研究成果对于推动太阳能热水器行业的技术进步和产业发展具有重要的现实意义和应用价值。

二、太阳能热水器控制系统总体设计太阳能热水器控制系统的总体设计是确保整个系统高效、稳定运行的关键。

在设计过程中，我们充分考虑了太阳能热水器的实际应用场景和用户需求，以及51单片机的性能特点，从而构建了一个既实用又可靠的控制系统。

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。

基于单片机的太阳跟踪系统设计摘要：针对现代社会能源越来越匮乏的现状，以常规能源为基础的能源结构随资源的不断好用将愈来愈不适应可持续发展的需要。

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。

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。

本设计采用光电跟踪的方法，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。

微机处理器运行程序，通过对跟踪机构进行水平、俯仰两个自由度的控制，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Design of Sun Tracking System Based on Single ChipMicrocomputerAbstract: According to the status that increasingly lack of energy in modern society, conventional energy-based energy structure with the continuous consumption of resources will become increasingly unsuited to the needs of sustainable development. Solar energy is known as the most primitive energy, and it is clean、renewable、rich and wide distribution and has wide prospects of use. But the solar energy utilization efficiency is low; the problem has been influencing and hindering the popularity of solar energy technology. Solar energy to be automatic tracking system designed to solve the problem provide the new way which greatly improve the efficiency in the use of solar energy. This design uses the photoelectric tracking method, and use the stepping motor driver, by photoelectric sensor incident, then the strength o f the light’s changes produce feedback signals to the computer processor, and computer processor will run the program, through the horizontal tracking mechanism and pitch two degrees of freedom control to adjust the angle of solar panels to achieve the tracking of the sun. Solar tracking system by single chip microcomputer to achieve can improve the efficiency of conversion of photoelectric Solar panels, and has a broad prospect of application.Key words:Solar energy;Tracking;Photosensitive diode ;SCM;Stepping motor目录1绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.1.1国外现状 (1)1.1.2国内现状 (1)1.1.3目前太阳能的开发和利用 (2)1.2太阳光跟踪的方法 (2)1.2.1光电跟踪 (2)1.2.2时日运动轨迹跟踪介绍 (2)1.3系统的原理叙述 (3)2方案研究与选取 (5)2.1方案一 (5)2.2方案二 (5)2.3方案的确定 (6)3硬件电路分析 (7)3.1AT89C52单片机模块 (7)3.1.1单片机的选取 (7)3.1.2 AT89C52单片机模块电路设计 (7)3.1.3单片机复位电路的设计 (8)3.2电源引入模块 (9)3.3时钟模块 (9)3.3.1 时钟分频芯片74LS74 (10)3.3.2时钟模块电路设计 (10)3.4光强度采集模块 (11)3.4.1光电器件的选择 (11)3.4.2光强度采集模块电路设计 (12)3.5 A/D转换模块 (13)3.5.1 ADC0809芯片介绍 (13)3.5.2 ADC0809应用说明 (15)3.6四位一体数码管显示模块 (17)3.6.1 LED数码管介绍 (17)3.6.2数码管显示模块电路 (17)3.7太阳光跟踪控制模块 (18)3.7.1步进电机的介绍 (18)3.7.2步进电机控制电路设计 (19)3.7.3步进电机的驱动电路原理 (20)4太阳光跟踪系统的软件设计 (22)4.1主程序设计及工作原理 (22)4.2光强度检测程序设计 (22)4.3步进电机控制程序设计 (23)4.4数码管显示程序设计 (23)5硬软件调试 (25)5.1硬件调试 (25)5.2软件调试 (26)5.2.1数码管显示的调试 (26)5.2.2光强度检测和A/D转换部分的调试 (26)5.2.3电机控制部分调试 (26)5.3设计中遇到的问题及其解决方法 (26)6设计结果和数据分析 (28)6.1设计结果 (28)6.2数据分析 (28)结论 (29)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (33)附录一 (33)附录二 (33)附录三 (34)1绪论1.1课题研究背景1.1.1国外现状常规能源资源的有限性和环境压力的增加，使世界上许多国家重新加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持。

阳能自动跟踪系统设计作者:admin 来源:太阳能自动跟踪系统设计太阳能自动跟踪系统设计1 视日运动跟踪法视日运动跟踪法是根据地日运行轨迹，采用赤道坐标系或地平坐标系描述太阳相对地球的位置。

一般在双轴跟踪中极轴式跟踪采用赤道坐标系，高度角-方位角式跟踪采用地平坐标系。

1.1 极轴式跟踪赤道坐标系是人在地球以外的宇宙空间里，观测太阳相对于地球的位置。

这时太阳位置是相对于赤道平面而言，用赤纬角和时角这两个坐标表示。

太阳中心与地球中心的连线，即太阳光线在地球表面直射点与地球中心的连线与在赤道平面上的投影的夹角称为太阳赤纬角。

它描述地球以一定的倾斜度绕太阳公转而引起二者相对位置的变化。

一年中，太阳光线在地球表面上的垂直照射点的位置在南回归线、赤道和北回归线之间往复运动，使该直射点与地心连线在赤道面上的夹角也随之重复变化。

赤纬角在一年中的变化用式(1)计算：式中：δ为一年中第n天的赤纬角，单位：(°);n为一年中的日期序号，单位：日。

时角是描述地球自转而引起的日地相对位置的变化。

地球自转一周为360°，对应的时间为24 h，故每小时对应的时角为15°。

日出、日落时间的时角最大，正午时角为零。

计算公式如下：式中：ω为时角，单位：(°);T为当地时间，单位：h。

根据上述方法可以计算出地球上任意地点和时刻的太阳的赤纬角和时角，由此可建立极轴式跟踪，对于太阳跟踪系统来说，采光板的一轴与地球自转轴相平行，称为极轴，另外一轴与其垂直。

工作时采光板绕地球自转轴旋转，其转速的设定为与地球的自转速度相同，方向相反。

为了适应太阳赤纬角的变化，采光板围绕与地球自转轴垂直的轴做俯仰运动。

此种跟踪方式原理简单，但是由于采光板的重量不通过极轴轴线，极轴支撑结构的设计比较困难，因此本设计没有选用极轴式跟踪。

1.2 地平坐标系地平坐标系用高度角和方位角来描述太阳的位置，已知太阳赤道坐标系中的赤纬角和时角，可以通过球面三角形的变换关系得到地平坐标系的太阳的高度角和方位角。

基于LabVIEW和单片机的太阳自动跟踪监控系统基于LabVIEW和单片机的太阳自动跟踪监控系统【引言】随着人们对清洁能源的需求不断增长，太阳能发电逐渐成为一种受欢迎的替代能源。

为了提高太阳能发电的效率，一个高效且精准的太阳自动跟踪监控系统对于充分利用太阳能资源至关重要。

本文将介绍一种基于LabVIEW和单片机的太阳自动跟踪监控系统的设计和实现。

【系统设计】该系统的设计基于LabVIEW图形化编程软件和单片机。

其中，LabVIEW用于界面设计、数据采集和处理，单片机负责控制太阳能面板的运动。

（一）硬件部分：该系统的硬件部分主要包括以下几个组成部分：1. 太阳能面板：用于捕捉太阳能并将其转化为电能。

2. 光敏电阻：用于检测环境光强度。

3. 电动机：驱动太阳能面板的运动。

4. 光电二极管：用于测量太阳能面板与光线的角度。

（二）软件部分：1. LabVIEW界面设计：使用LabVIEW软件进行界面设计，包括界面的布局、按钮和图表等的设计，以及与硬件部分的数据交互。

2. 数据采集与处理：通过LabVIEW软件对光敏电阻和光电二极管等传感器的数据进行实时采集和处理，实现对环境光强度和太阳与面板之间的角度的监测。

3. 控制算法设计：根据采集到的数据，通过LabVIEW软件设计和优化控制算法，实现对电动机的控制，使太阳能面板的角度随着太阳位置的变化而自动调整，最大限度地捕捉太阳能。

4. 通信：通过串口通信接口将控制指令传输给单片机，实现对太阳能面板的精准控制。

【系统工作原理】在正常工作状态下，系统通过光敏电阻实时检测环境光强度，并根据检测到的数据计算出太阳与太阳能面板的角度。

然后，通过与LabVIEW软件预设的控制算法比对，确定太阳能面板的角度偏差，并将控制指令以串口通信的形式传输给单片机。

单片机接收到指令后驱动电动机进行相应的运动，使太阳能面板与太阳光线垂直对齐。

【系统实现】1. 硬件搭建：根据系统设计的要求，搭建好太阳能面板、光敏电阻、电动机和光电二极管的物理连接。

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2019年第24期·65·文章编号：2095－6835（2019）24－0065－02基于单片机的自动追日控制系统设计＊宋在勇（北华大学，吉林吉林132013）摘要：设计了一种基于单片机的光电式太阳能双轴自动跟踪系统，光电式跟踪器可通过反馈消除误差，控制较精确，电路也比较容易实现。

关键词：单片机；太阳能；自动跟踪系统；跟踪器中图分类号：TM914.4文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2019.24.026目前，石油、煤炭等能源的大量使用，导致传统化石能源即将枯竭，科学家预言，到21世纪中叶，石油资源将会开采殆尽，而太阳能正是解决能源危机的最好选择。

开发太阳能资源俨然已成为各国能源发展的主流趋势。

现有的太阳能跟踪装置存在着许多问题，例如跟踪精度不高、累积误差较大、容易受光线的干扰以及自身功耗大等问题。

因此本文研究了一种基于51单片机的自动追日系统，它有两个轴，一个轴在垂直方向，用来跟踪太阳方位角；另一个轴在水平方向，用来跟踪太阳高度角，两个轴互不影响，自动控制。

1硬件设计本自动追日控制系统硬件电路主要包括以下2个主要单元。

1.1控制单元控制单元芯片选用的是STC89C51，其最小系统主要由复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。

最小系统电路如图1所示。

1.2光源检测单元光源检测电路接收太阳光，将光信号转换成电信号，单片机根据采集来的信号进行分析比较，得出结果最终控制步进电动机的转动与转向使太阳能电池面板始终垂直于入射光线，从而达到高效率地利用太阳能。

本设计的光敏器件为光敏电阻。

利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理，将5个完全相同的光敏电阻分别放置于1块电池板东南西北四个方向的边沿处和中间位置。

如果太阳光垂直照射太阳能电池板时，2个光敏电阻接收到的光强度相同，所以它们的阻值相同，此时电机不转动。

目录1 引言 (1)2 太阳跟踪方式及控制系统的选择 (4)3 太阳自动跟踪监控系统的硬件设计 (8)4 太阳自动跟踪监控系统软件设计 (11)5 总结 (23)附录A (24)附录B (25)附录C (39)参考文献 (40)致谢 (42)1 引言1.1 课题的研究背景当今世界正面临能源短缺，许多国家对能源问题十分重视，包括核能，水力能，风能，太阳能，地热能等可持续发展能源。

在诸多的可持续能源中，太阳能是一种取之不尽，用之不绝的清洁能源，在开发和利用过程中能节约大量化石能源，不仅环保，而且安全。

太阳能有着非常广阔的前景，在众多的可再生清洁能源中，被科学家认为是未来的主要能源之一，其主要优势有如下几点：（1）到达地球大气外层的太阳照射强度其中约30%被大气层反射回外太空，其余到达地面的能量被大气，海水，陆地，植物吸收。

这些能源相当于全世界2009年全部能源消耗的8000倍。

也就是说地球表面一小时接收的太阳能足够人类使用一年。

（2）存在的普遍性，从空间上来说，太阳能非常容易获得，在地球表面无处不在，同时没有勘探和开采成本，可随时获取，这为能源缺乏的国家提供了一种可行性的方法。

（3）环保，在获取和利用太阳能的过程中不会产生污染气体排放，像风能，潮汐能一样对环境无污染，是新时期的理想能源。

1.2课题的发展历程和现状1.2.1太阳自动跟踪监控系统的发展历程随着科技的发展,测量领域发展迅猛,仅就测量方式来说,已经从最早的电磁感应的指针仪表发展到以微处理器为基础的智能化仪表。

但是,随着虚拟仪器的出现,人类在测量技术上的发展已经进入到一个新的时代。

虚拟仪器从最初的设想到现在的技术发日渐成熟,标志着虚拟仪器技术对传统测量技术的工业革命。

所谓的LabVIEW就是在基于PC的基础上,用户根据自己的需要和设想开发测量平台。

其核心是将传统的测量仪器硬件和计算机软件结合起来,完成测量任务。

通过LabVIEW搭建的控制系统,外围硬件设备只是为了数据的传输提供通道,软件才是控制系统的核心。