太阳能跟踪控制器设计

电子产品创作设计课程项目设计论文题目：太阳能自动跟踪控制器设计院系: 电子工程学院班级: 020813作者：XXX(020813XX)XX(020813XX)XX(020813XX)XX(020813XX)XX(020813XX)西安电子科技大学太阳能自动跟踪控制器设计摘要：太阳能跟踪控制器是能够保持太阳能电池板随时正对太阳，使太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能够显著提高太阳能光伏组件的发电效率。

由于地球的自转，相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，有效的保证太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。

目前世界上通用的太阳能跟踪控制器都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软件中，也就是靠计算太阳位置以实现跟踪。

采用的是电脑数据理论，需要地球上不同经纬度地区的特定数据和设定，一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新设定数据和调整各个参数；原理、电路、技术、设备都很复杂，非专业人士不能够随便操作。

此次设计通过对太阳能自动跟踪控制器的研究设计，改进了以往传统太阳能设施。

本文简要介绍从硬件方面对太阳能自动跟踪控制器进行设计、制作，从而完善已有太阳能自动跟踪控制器的不足之处。

根据光敏电阻接收太阳光的强弱不等，控制电机的转动，从而调整太阳能接收装置的角度，使装置正对太阳，而更好的进行对太阳照射的接收。

此次设计电路运用双运放和两个电阻构成两个电压比较器，利用光敏电阻和电位器构成光敏传感电路。

从而使装置可以根据光线的强弱进行自动补偿。

根据光照的不同，控制继电器的导通，进而控制电机转动。

在太阳不停的偏移过程中，使电机转——停交替，从而使太阳能接收装置始终面朝太阳。

关键词：太阳能光敏传感器太阳能定位太阳能跟踪系统一、前述能源是人类面临经济发展和环境维护平衡需要解决的最根本最重要的问题。

《太阳能自动跟踪系统的设计与实现》篇一一、引言随着环境保护和可再生能源的日益重视，太阳能的利用成为了全球关注的焦点。

太阳能自动跟踪系统作为一种提高太阳能利用效率的重要手段，其设计与实现显得尤为重要。

本文将详细阐述太阳能自动跟踪系统的设计原理、实现方法和应用前景。

二、系统设计目标本系统的设计目标是为了提高太阳能的利用率和发电效率，通过自动跟踪太阳的运动，使太阳能电池板始终面向太阳，从而最大限度地接收太阳辐射。

同时，系统应具备操作简便、稳定可靠、成本低廉等特点。

三、系统设计原理太阳能自动跟踪系统主要由传感器、控制系统和执行机构三部分组成。

传感器负责检测太阳的位置，控制系统根据传感器的数据控制执行机构进行相应的动作，使太阳能电池板能够自动跟踪太阳。

1. 传感器部分：传感器采用光电传感器或GPS传感器，实时检测太阳的位置。

光电传感器通过检测太阳光线的强度和方向来确定太阳的位置，而GPS传感器则通过接收卫星信号来确定地理位置和太阳的位置。

2. 控制系统部分：控制系统是太阳能自动跟踪系统的核心部分，负责接收传感器的数据，并根据数据控制执行机构的动作。

控制系统采用微处理器或单片机等控制器件，通过编程实现控制算法。

3. 执行机构部分：执行机构主要负责驱动太阳能电池板进行动作。

常见的执行机构有电机、齿轮、导轨等，通过控制执行机构的动作，使太阳能电池板能够自动跟踪太阳。

四、系统实现方法1. 硬件实现：太阳能自动跟踪系统的硬件主要包括传感器、控制系统和执行机构。

传感器和执行机构的选择应根据实际需求和预算进行选择，而控制系统的硬件则需根据所采用的微处理器或单片机等器件进行设计。

2. 软件实现：软件实现主要包括控制算法的编写和系统调试。

控制算法的编写应根据传感器的数据和执行机构的动作进行编程，通过控制算法实现太阳能电池板的自动跟踪。

系统调试则需要对整个系统进行测试和调整，确保系统的稳定性和可靠性。

五、应用前景太阳能自动跟踪系统的应用前景广阔，可以广泛应用于太阳能发电、太阳能热水器、太阳能干燥等领域。

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。

太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究太阳能是一种清洁、可再生的能源，越来越多的人开始关注和使用太阳能发电系统。

太阳能发电系统中，太阳能电池板的角度对能量转换效率影响很大。

为了使太阳能电池板能够始终面向太阳，保持最佳角度，研究和设计太阳能双轴自动跟踪系统是非常必要的。

首先，系统设计方面。

太阳能双轴自动跟踪系统主要由太阳能电池板、运动控制系统和传感器系统组成。

太阳能电池板负责转换太阳能为电能，是整个系统的核心部件。

运动控制系统根据传感器系统实时采集到的太阳位置数据，控制太阳能电池板的角度调整。

传感器系统包括光敏传感器和方位传感器，负责检测太阳的位置并将数据传输到运动控制系统。

在太阳能双轴自动跟踪系统的研究中，需要考虑以下几个问题。

首先是数据采集问题。

传感器系统需要实时采集太阳的位置数据，以便运动控制系统进行调整。

传感器系统应该具备高精度、快速响应的特点，以确保数据的准确性和系统的灵敏度。

其次是运动控制问题。

运动控制系统需要精确地控制太阳能电池板的角度调整，以达到最佳转换效率。

运动控制系统应该具备稳定性和高精度的特点，以确保太阳能电池板能够准确地跟踪太阳的位置。

此外，系统的安全性和稳定性问题也需要考虑。

例如，对于极端天气条件下的系统运行，系统应该具备抗风、抗雨和抗震能力。

太阳能双轴自动跟踪系统的研究还可以从以下几个方面展开。

首先是材料和结构的研究。

太阳能电池板的材料和结构对于系统的效率和稳定性有着重要影响。

通过研究和优化太阳能电池板的材料和结构，可以提高系统的效率和稳定性。

其次是算法和控制的研究。

根据实时采集到的太阳位置数据，运动控制系统需要精确地计算调整角度，并控制太阳能电池板的运动。

通过研究和优化算法和控制策略，可以提高系统的精度和响应速度。

综上所述，太阳能双轴自动跟踪系统的设计与研究非常重要。

通过合理设计系统的结构和算法，并优化材料和控制策略，可以提高太阳能发电系统的转换效率和稳定性。

这将对太阳能发电系统的普及和应用起到积极的促进作用，推动可持续能源发展。

太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计摘要：为了提高太阳能的利用效率，设计了太阳能光伏发电自动跟踪控制系统。

本文首先对光伏发电进行了简述，介绍了光伏电池的发电原理及光伏发电的优点和不足；其次对光电跟踪和太阳运动轨迹跟踪这两种自动跟踪方式进行了探讨；最后对自动跟踪控制系统设计进行分析。

关键词：太阳能；自动跟踪；视日运动跟踪；光电跟踪；硬件；软件引言随着全球工业的快速发展，全球能源匮乏和大气污染日益严重。

太阳能作为一种清洁可再生能源，对解决以上问题起到了不可替代的作用。

我国太阳能资源丰富，分布广泛，提高太阳能的利用率，可为我国经济的可持续发展提供强有力的动力支援。

当前，如何提高太阳能的接收效率成为研发的重点。

一、光伏发电1.1光伏电池太阳能光伏发电主要通过光伏电池进行光能和电能之间的转化，通过PN结的电场效应产生电能。

当前光伏电池的种类很多，制作工艺也有很多种，其原理是一致的，如图1所示。

图1光伏电池的发电原理图光伏电池的发电效率随着太阳光谱分布、太阳光强度及电池自身温度等的变化而不断变化。

1.2光伏发电的优点光伏电池是以PN结半导体为主，在地球上拥有丰富的半导体制作原材料——硅，因此光伏发电与传统的发电设备相比，有以下优点：（1）太阳能非常丰富，取之不尽，用之不竭，在当前看来，太阳能是一种可以“无限”使用的可再生免费能源。

（2）光伏发电不会产生噪声、有害气体、磁场、光等对人体造成影响的污染物，是真正的绿色环保能源。

（3）适合于各种有太阳光照的环境，一旦安装调试成功，无需进行材料的运输。

（4）当前的光伏设备的使用寿命一般长达25年以上，随着工艺和技术的提高，其使用寿命还会不断增长。

1.3光伏发电的不足光伏发电的能力与太阳光的强度有着直接的关系，当前社会上的光伏设备一旦安装，在一天之中，其发电的能力随着太阳的转动而不同，这使得发电的效率受到极大的影响。

另外，自然界中的风也可能改变光伏电池原有的位置，严重影响光伏电池的发电效率。

太阳能电站自动跟踪式控制系统的设计摘要由太阳能电池板的特性可知，它的发电量与照射到它上面的光照强度成正比，而接受太阳的直射光，可以得到太阳的最大光照强度。

采用相同功率的太阳电池板，自动跟踪式光伏发电设备要比固定式光伏发电设备提高发电量至少在40%以上，成本下降30％。

本文介绍了一种新型的太阳能电站自动跟踪式控制系统，该系统具有高可靠性、高稳定性、高抗干扰性，可以广泛推广应用，达到实时跟踪太阳的效果。

关键词光电检测；自动跟踪；单片机0 引言传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源，因此太阳能光伏发电以系统是一个重要的发展方向。

只有光伏组件能够时刻正对太阳，效率才会达到最佳状态，所以需要太阳能电站自动跟踪式控制系统来完成。

1 太阳能电站自动跟踪式控制系统的组成1.1光传感器的设计利用硅电池片的光电特性，采用硅电池片作为光感元件，研制太阳能光控跟踪器。

1.1.1光传感器设计结构光传感包括3个部分，水平传感器、仰俯传感器、光强传感器。

其中仰俯传感器、水平传感器结构相同，摆放位置不同；光强传感器与前两个传感器机构相似，图1为仰俯传感器、水平传感器的原理图，图2为光强传感器的原理图。

图1图2图1中两个受光面1、2各贴放一个硅电池片，可以接受从空中透过的光。

A部分为涂黑遮光处，以避免漫反射光对硅电池片的干扰。

在两个A部分中间为透明，面积大小为硅电池片面积的大小，这样可以准确捕捉到光，准确无误不受干扰。

在受光面1、2的保留倾角α可以更好的提高捕捉灵敏度。

图2中受光面1贴放一个硅电池片，接受从空中透过的光直接检测光的强度。

1.1.2工作原理图3图3为3个传感器的安装示意图，当光强传感器中硅电池片5输出的电压信号超出设定的光控工作值时，控制器启动光控程序，根据水平传感器与仰俯传感器输出地信号调整电机工作，直至水平传感器与仰俯传感器输出平衡信号，停止电机动作。

南京信息职业技术学院毕业设计论文系部专业题目太阳追踪器控制系统设计指导教师评阅教师完成时间： 20**年 4月19日毕业设计(论文)中文摘要毕业设计(论文)外文摘要目录一绪论 (1)二太阳能自动追踪器的现状 (2)2.1 压差式太阳能跟踪器 (2)2.2 控放式太阳追踪器 (2)2.3 时钟跟踪器 (2)2.4 比较控制式太阳跟踪器 (2)三太阳能自动跟踪器存在的问题 (4)四结构设计 (5)五传感器 (6)5.1高精度传感器 (6)5.2大角度传感器 (7)六控制策略及程序设计 (8)七触摸屏控制界面设计 (10)结论 (12)致谢 (13)参考文献 (14)附件1：PLC控制程序 (15)一绪论太阳能光伏发电是改善生态环境、提高人类生存质量的绿色能源之一，研究太阳能发电技术意义重大。

如何提高太阳能电池光电转换率则是光伏发电能否推广应用的根本所在。

太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，与常规能源有本质上的区别。

这就对太阳能的收集与利用提出了更高的要求。

提高太阳能电池光伏电池最大功率，可以从太阳能电池的材质上入手，或从逆变电源设计上入手[1]；另一途径是让太阳能电池跟着阳光旋转，使太阳能电池与阳光入射角保持垂直，以达到光能最大获取率[2]。

这要依靠太阳跟踪器来实现。

太阳跟踪器[3~5]，故名思意，基本功能就是使光伏阵列随着太阳而转动。

太阳能跟踪器根据结构和控制原理不同有单轴控制和双轴控制。

一般双轴系统可提高发电量35%左右，单轴系统可提高2O%左右，聚光型跟踪系统会更高[6]。

本文主要阐述一种双轴太阳跟踪器控制系统的设计方案。

二太阳能自动追踪器的现状2.1 压差式太阳能跟踪器压差式跟踪器的原理是：当入射太阳光发生偏射时，密闭容器的两侧受光面积不同，会产生压力差，在压力的作用下，使装跟踪器重新对准太阳。

根据密闭容器内所装介质的不同，可分为重力差式，气压差式，和液压式。

该机构结构简单，制作费用低，纯机械控制，不需要电子控制部分及外接电源。

毕业设计(论文)题目基于CMOS图像传感器的太阳跟踪控制器的设计系别动力工程系专业班级测控技术与仪器专业08K1班学生姓名Xxx指导教师xx2012年6月基于CMOS图像传感器的太阳跟踪控制器的设计摘要为了解决能源危机问题、实现可持续发展、构建绿色环保社会，世界各国都在积极开发利用太阳能资源。

太阳能的利用已经渗透到社会各方面，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和发展。

为提高太阳能利用效率而进行太阳自动跟踪控制器的研究，有着重大而深远的意义。

在分析比较了国内外常用的几种跟踪方式后，设计了一种基于COMS图像传感器的太阳自动跟踪控制器,上位机实现VC++与Matlab联合编程,实时控制图像传感器获取太阳光斑图像，经Matlab计算,得到太阳光斑质心坐标与图像中心坐标的偏差,转化为水平和俯仰的步进电机需调整的步数,进而实时调整平面镜跟踪装置,使太阳光斑始终在图像中心位置。

实验结果表明,该装置实现了太阳自动跟踪的目的,具有较高的跟踪精度。

本课题完成了跟踪控制器的硬件设计和软件设计。

硬件设计主要包括：跟踪器控制电路、步进电机驱动电路、图像采集电路、限位信号采集电路和串口通讯电路等。

软件设计主要包括：采用Visual C++编写人机交互控制平台、设计MATLAB算法进行图像处理并获取跟踪偏差、基于MCC实现VC++与MATLAB联合编程。

通过对实测数据的分析表明:在该系统中,高度角跟踪绝对误差和方位角跟踪绝对误差均在要求范围内,采用图像传感器对太阳进行跟踪后,得到了很高的精度,且可靠性提高。

实验结果表明，跟踪控制器在可靠性、跟踪精度、抗干扰性等方面均得到了有效的提高。

最后，给出了本课题的工作总结和进一步研究的方向。

关键词: 太阳自动跟踪;CMOS图像传感器;步进电机; VC++THE DESIGNING OF AUTO-TRACKING CONTROLLER BASED ON CMOSIMAGINE SENSORAbstractDesign and Realization of Solar Auto-tracking Controller Based on CMOS Image Sensor In order to solve the energy crisis, achieve sustainable development and building a green community, countries in the world are actively developing the use of solar energy resources. The use of solar energy has penetrated into all aspects of society, but the solar energy utilization efficiency is low impact and this issue has been hindering the popularization of solar energy technology. To improve the efficiency of solar energy utilization, the research of automatic sun-tracking controller has important and far-reaching significance.In the analysis and comparison of several commonly used at home and abroad tracking mode, A solar automatic tracking controller based on CMOS image sensor is designed. Its host computer achieves a joint programming of VC++ and Matlab, and obtains the sun spot image by real-timely controlling the image sensor. The deviation between sun′s mass center coordinates and image center coordinates is calculated by Matlab. The calculation is converted into the steps of the level and pitch stepper motor to be adjusted. Real-time adjustment of plane mirror tracking device is achieved, so that sun spot has always being the center of the image. The experimental results show that the device automatically tracks the sun, and has high tracking accuracy.The subject completed a tracking controller hardware and software design. Hardware design including: tracking control circuit, stepping motor drive circuit, image acquisition circuit, limit the signal acquisition circuit and the serial communication circuit. Software design including the design of Visual C++control platform for the preparation of human-computer interaction, design MATLAB algorithms for image processing and acquisition track bias, VC and MATLAB based MCC joint programming. Measured by the experimental analysis of the data shows that: In this system, the average error of height degree tracking and the average error of azimuth degree tracking can meet the requirements of the system. The results and analysis of theexperiment show that, sun-tracking controller achieved the desired results in reliability, tracking accuracy and interference immunity.Finally, this thesis summing up the work and gives the direction of further study.Key Words:solar automatic tracking; CMOS image sensor; stepper motor; VC++目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 课题研究的背景及意义 (1)1.2 国内外太阳跟踪的研究现状及发展现状 (2)1.3 本课题的主要内容及章节安排 (3)2 太阳跟踪控制器整体方案设计及图像采集 (5)2.1系统总体设计 (5)2.2 CMOS图像采集 (5)2.2.1 图像传感器选型 (5)2.2.2图像采集方案选择 (5)2.2.3 图像预处理 (6)2.2.4光斑质心定位 (8)2.2.5获取步进电机校正步数 (10)2.2.6图像处理结果分析 (11)3 太阳跟踪控制器的硬件设计 (14)3.1硬件总体设计方案 (14)3.2控制器电路 (14)3.3步进电机驱动器 (15)3.4 限位装置 (16)3.5串口通讯电路 (17)4 太阳跟踪控制器软件部分设计 (18)4.1主函数模块 (18)4.2参数设置模块 (19)4.3太阳角度计算及数据处理模块 (20)4.3.1太阳角度计算模块 (20)4.3.2数据处理模块 (21)4.4图像处理模块 (22)4.5 PC机与单片机通信模块 (23)4.5.1利用Windows API函数实现串口操作 (23)4.5.2 PC机与单片机通信协议 (23)4.6控制平台手动调整模块 (24)4.7控制平台太阳图像动态显示模块 (26)4.8 VC与MATLAB联合编程模块 (29)4.9 单片机通信及控制部分 (29)结论 (31)参考文献 (33)致谢 (35)1 绪论1.1 课题研究的背景及意义能源是人类赖以生存和发展的物质基础。

太阳能自动跟踪器系统设计摘要：人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点。

但是太阳能又存在着低密度间歇性空间分布不断变化的缺点，这就使目前的一系列太阳能设备对太阳能的利用率不高，太阳能自动跟踪装置解决了太阳能利用率不高的问题。

采用光线自动跟踪的方式，使太阳能电池板的朝向始终精确跟随太阳位置的变化，保持太阳能电池板表面与太阳光垂直，这样会大大提高发电效率。

本文主要介绍太阳能跟踪控制系统的设计,该控制系统具有结构简单、稳定性好、精度高的特点。

关键词：太阳能；自动跟踪；能源；自动化；光伏发电1系统总体结构太阳能自动跟踪装置由四象限光电探测器、照度传感器、方位角跟踪机构、高度角跟踪机构和自动控制装置组成。

方位角跟踪机构由电源、方位角传感器、放大器、执行器组成。

执行器由步进电机和传动齿轮组成。

方位角传感器由外壳与安装在外壳内的一对光电二极管组成。

高度角跟踪机构由高度角传感器、放大器、执行器组成。

执行器包括电机和传动齿条。

高度角传感器的一对光电二极管与方位角传感器和照度传感器的光电二极管安装在一个传感器壳内。

控制单元由运算放大器、晶体管和继电器组成，并与照度传感器、方位角和高度角传感驱动电机连接。

（见图1）2太阳能自动跟踪器工作原理太阳能自动跟踪装置采用四象限光电探测器，该器件实际由四个光电探测器构成，每个探测器一个象限，器件由于象限化，当太阳光辐射到器件各象限的辐射通量相等时,各象限输出的光电流相等。

而当光线发生偏移时,象限辐射量的变化将引起各象限输出光电流的变化,由此可测出太阳的方位并实现跟踪。

跟踪方式采用光电跟踪与太阳视日运动轨迹跟踪相结合,可加强系统的稳定性，步骤如下：步骤1 通过太阳视日运动轨迹跟踪,将系统带入一个预知的足够小的范围内,再启动光电跟踪或视日运动轨迹跟踪。

步骤2 开机后光电检测电路检测白天还是黑夜。

当检测为黑夜时系统停止运行;若检测为白天,系统进行初始化。