太阳光自动跟踪设计_图文(精)

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。

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。

北京信息科技大学《现代电子技术综合设计》报告题目发光物体自动跟踪装置学院光电工程学院专业光信息科学与技术学号姓名指导老师日期 2015年1月29日目录第一部分设计要求 (3)第二部分设计方案 (3)第三部分设计原理 (4)1. 光信号采集与处理 (4)2. 加减法电路 (6)3. 绝对值电路及过零比较电路 (8)4. 非门电路 (10)5. 放大电路 (11)6. 除法电路 (11)7.锯齿波及其绝对值 (12)8.H桥与舵机 (14)第四部分总结 (15)发光物体的自动跟踪装置课程设计第一部分设计要求设计一套可对发光物体进行自动跟踪的系统，其可对视场内的发光物体（如太阳，LED，激光光斑）等实现自动跟踪，从而实现始终将自身指向发光目标的功能。

1. 基本要求可探测系统视场内发光物体与系统自身光轴的偏差量；可根据发光物体的偏差量，驱动转台电机带动系统跟踪发光物体；全自动跟踪，最大跟踪角速度不大于1°/S；系统具有抗环境光干扰能力；跟踪目标距离大于70cm。

2.提高部分提高跟踪精度和速度；自由发挥。

第二部分设计方案图1为设计总框图图1流压转换：四象限产生的是电流值，利用324实现电压与电流之间的转换, 以便后面计算。

加法运算：利用741进行加法运算，可计算出四象限所接收光的总和。

减法运算：用741计算出左右象限所接受光的差值，用来计算光斑位置。

过零比较：用324对减法结果进行过零比较，大于零的部分输出为1。

非门电路：将过零比较进行反向，得到的值同过零比较送至H桥控制正反转。

绝对值运算：利用324进行绝对值电路，将减法运算中小于0的部分都变为正的。

放大电路：将加法和绝对值输出信号进行放大，送至除法器，以提高跟踪距离。

除法电路：由放大后的信号进行除法运算，加法为分母，绝对值为分子。

H 桥：将过零比较与非门与H 桥的IN1和IN2相连，进而控制与H 桥相连的舵机，实现正反转。

产生锯齿波和绝对值电路：用324产生锯齿波，再用绝对值电路处理波形。

太阳能自动跟踪装置设计摘要随着能源需求的不断增长和传统能源的禁限，太阳能作为一种可再生，环保且无限可用的清洁能源显得越来越重要。

但是由于其发电量受到日照角度的影响，因此需要设计一种能够自动跟踪太阳光线的装置，以最大化太阳能电池板的能量输出。

本文设计了一种太阳能自动跟踪装置，并对其原理、结构、控制系统以及实验结果进行了分析和评价。

实验结果表明，本文设计的太阳能自动跟踪装置可以有效提高太阳能电池板的能量输出，同时具有结构简单、节能环保等优点。

关键词：太阳能，自动跟踪，电池板，能量输出AbstractWith the continuous increase of energy demand and the limitations of traditional energy, solar energy as a renewable, environmentally friendly and unlimited clean energy is becoming more and more important. However, sinceits power generation is affected by the angle of sunlight, it is necessary to design a device that can automatically track solar rays in order to maximize the energy output of solar panels. In this paper, a solar automatic tracking device is designed, and the principle, structure, control system and experimental results are analyzed and evaluated. The experimental results show that the solar automatic tracking device designed in this paper can effectively improve the energy output of solar panels, and has the advantages of simple structure, energy saving and environmental protection.Keywords: solar energy, automatic tracking, solar panel, energy output.1.引言随着环保意识的提高和可再生能源需求的不断增长，太阳能作为一种非常重要的清洁能源被广泛应用于各个领域。

太阳位置自动追踪系统的设计太阳位置自动追踪系统的设计引言：太阳是地球上一切生命的源泉，因此研究太阳的运动轨迹对于各个领域都具有重要意义。

然而，由于地球自转和公转的复杂性，太阳的位置是不断变化的。

为了更好地利用太阳能、实现太阳能追踪和降低能源消耗，设计一套太阳位置自动追踪系统是非常有必要的。

一、系统概述太阳位置自动追踪系统是一种通过感知和控制技术实现的系统，可以实时获取太阳的位置信息，并使太阳能装置随之自动调整方向。

该系统利用传感器获取地球上某一特定位置的太阳的位置信息，并通过控制器控制电机或其他执行机构来实现太阳能装置的自动追踪。

二、系统组成1. 光照传感器：光照传感器的作用是感知太阳的强度和位置信息。

利用传感器测量太阳光的强度，可以得到太阳的位置角度信息，并将其输入控制器进行分析和处理。

2. 控制器：控制器是系统的核心部分，它接收光照传感器的输入，并通过计算和判断决定太阳能装置的转动角度。

控制器还可以根据设定的参数，调整正在工作的执行机构，使其按照预定方向追踪太阳的运动。

3. 执行机构：执行机构是通过控制器发出的信号，控制太阳能装置的转动。

常用的执行机构有电机、液压缸等。

通过控制执行机构的运动，太阳能装置可以实现自动追踪太阳，最大限度地接收太阳能。

三、系统工作原理光照传感器感知到太阳的位置和光强度后，将信息传递给控制器。

控制器根据预设参数和算法分析这些数据，并产生相应的控制信号，驱动执行机构转动。

通过与预设目标进行比对，控制器可以精确地控制执行机构的运动，使太阳能装置随着太阳的运动而不断调整自身位置和方向。

四、系统设计与实施在设计太阳位置自动追踪系统时，需要考虑以下几个方面：1. 传感器选择与性能：选择合适的光照传感器，具备感知太阳位置和强度的功能，并具有高精度、高灵敏度的特点。

2. 控制器算法：设计适用于太阳位置自动追踪的控制算法，能够实时分析光照传感器的数据，并根据算法输出相应的控制信号。

太阳光自动跟踪控制器目录 2006级电信6班摘要太阳光自动跟踪控制器目录 2006级电信6班近年，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。

太阳能是一种极为丰富的清洁能源，同时通常最普遍且最方便使用的是电能。

随着现代的能源越来越少，有些能源趋于匮乏状态。

所以我们就根据实际情况设计了一个“太阳光自动跟踪控制器”。

现在，我们居住的家园以太阳光最为普遍，它给我们带来了光和热，我们就要合理的利用光和热，来为我们服务。

我们就通过设计的“太阳光自动跟踪控制器”来实现太阳光跟踪。

我们设计的是根据光转换电来实现功能，首先，我们选光敏传感器来实现光电转换，其次，通过OPA2132PA 来实现差分运算放大，再由继电器实现电机的正、反转，去控制翻转板的运动。

从而实现太阳光自动跟踪。

光敏传感器分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成，每一组的两只光敏电阻中的一只为比较器的上偏置电阻，另一只为下偏置电阻：一只检测太阳光照，另一只检测环境光照，送至比较器输入端的比较电平始终为两者光照之差。

所以，本控制器能使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳光，调试简单，成本不高，运行可靠。

目录摘要 ········································································································ I 目录 (I)I 引言 (5)1 毕业设计的基本任务 ····························································································· 5 2 已有的实验基础和预期结果 ................................................................................. 5 3 毕业设计所完成的主要内容 (5)第一章自动跟踪控制器概论 (6)1.1 概述 ······················································································································ 6 1.2 设计原则 (6)1.2.1 通用性 ········································································································· 6 1.2.2 实用性 ········································································································· 6 1.3 系统组成及功能 (6)1.3.1 太阳光自动跟踪控制器的组成 ································································· 6 1.3.2 功能及工作原理介绍 (7)太阳光自动跟踪控制器目录 2006级电信6班第二章设计方案与原理概述 (10)2.1 设计的要求 (10)2.1.1 光敏传感器 (10)2.1.2 OPA2132PA 运算放大器 ········································································· 10 2.1.3 继电器 ·······································································································10 2.2 方案论证 ············································································································ 11 2.2.1 运算放大器的选择 ···················································································· 11 2.3 工作原理分析 (11)2.4 设计中注意的问题 ··························································································· 13 2.4.1 集成电路的选择和使用 (13)第三章设计实现 (14)3.1 PROTEL99SE概述 ······························································································ 14 3.2 电路原理图设计 (14)3.2.1 Protel99SE 电路原理图常用工具栏 ························································ 14 3.2.2 电路原理图的设计步骤 ........................................................................... 14 3.3 印制电路板设计 .. (15)3.3.1 Protel 印制电路板设计工具的应用 ························································ 15 3.3.2 PCB 布局布线规则 ·················································································· 15 3.3.3 印制电路板设计注意事项 ······································································· 16 3.4 PROTEL99SE的一些小窍门 .............................................................................. 17 3.5 PCB板的安装焊接 .. (17)3.5.1 元器件的安装 ··························································································· 18 3.5.2 PCB 板的焊接 (18)第四章调试 (21)4.1 电路板元件的安装和焊接 ................................................................................ 21 4.1.1 元器件的安装 . (21)4.1.2 电路板元件的焊接 ··················································································· 21 4.2 电路板的调试 (22)4.2.1 装配工艺检查 ··························································································· 22 4.2.2通电测试 (22)总结 ········································································································· 24 参考文献 (25)致谢 ········································································································· 26 附录 (I)太阳光自动跟踪控制器目录 2006级电信6班附录1：太阳光自动跟踪控制器原理图 ··································································· I 附录2：太阳光自动跟踪控制器PCB 板 ·································································· I I 附录3：采用LM358作运放的原理图 ···································································· III 附录4：元器件清单 ································································································ IV 附录5：太阳光自动跟踪控制器实物图 (V)太阳光自动跟踪控制设计引言 2006级电信6班汤盛明引言1 毕业设计的基本任务本毕业设计的基本任务是学习掌握自动跟踪控制器的基本原理和技术的实现，并在此基础上对该控制器进行扩展。

毕业设计指导书课题项目:太阳光直射自动跟踪器一、设计目的1、通过毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识、利用所掌握的基本技能，锻炼分析和解决实际问题的能力。

2、使学生接受单片机系统开发的综合训练，达到能够进行单片机最小化系统设计和实施方案的目的。

3、掌握以单片机为核心的机电一体化产品控制系统工作原理和设计思路。

二、课题介绍1.设计内容：设计、制作的实物是一种能自动跟踪太阳的装置；可应用于太阳能充电路灯、太阳能充电站等设施中。

它能探测太阳光，自动调整角度、始终面向太阳光直射的方向；而在晚上或阴、雨天时则会自动休息。

1硬件电路设计设计一个按阵列排布的光敏电阻组（Rgz），阵列组四周遮光密封，只有上方正中央开一小孔，小孔盖上薄玻璃（透光）并做防水密封处理。

这就构成一个探测太阳光方向的探光器。

在薄玻璃板范围内开另一小孔，在紧贴玻璃的内侧密封安装一个光敏电阻（Rgo），用作探测外界的光线强度。

探光器内的Rgz及Rgo接至探光电路板，输出光藕隔离信号给单片机主板。

除了探光器，还要设计配套的探光电路板，以及连接到单片机主板的接口电路。

2机械部分设计设计一个有两自由度的机械架：它由两个互相垂直的蜗轮蜗杆减速器叠架起来，最上面架设上述探光器。

两减速器都由单片机分别控制的两个步进电机驱动，使得探光器内Rgz阵列中央元件与透光孔的连线，可以一年四季都能全方位对准太阳。

3单片机控制程序设计设计控制程序，使单片机根据探光电路板输入的信号，判断光线强弱和太阳光的方向，自动启停系统、和输出脉冲信号给执行机构→使两个步进电机分别运转→驱动机械架动作→达到能判断白天/黑夜/阴、雨天，自动跟踪太阳光直射方向的目的。

2.控制要求：1、通电后能判断光线的强弱。

光线够强才启动系统电源运行，不调整角度时则会自动断开执行机构的电源。

要求光线强弱的启动值可调。

而在晚上、阴/雨天时整个系统（除Rgo对应的测光电路以外）全部断电。

2、在白天光线好的时候，都能自动探测太阳光的方向，并适时调整角度，自动面向太阳光直射的方向；三、设计步骤与安排(11年１1月10日～12年3月30日（一）收集资料及方案确定时间：2011年11月10日～2011年11月20日分好组选定设计课题后，查找与课题相关资料：如单片机、光敏电阻、电子电路原理等各方面的专业知识与产品资料。

摘要通过分析全国日照时数表得出 : 开环系统在太阳能光伏工程中效率不高而并不适合采用。

为合理地利用太阳能 , 提高其跟踪效率而采用混合控制系统。

文中着重分析了双轴跟踪的原理提出了手动式方位角跟踪和自动式八方位高度角跟踪 , 引出了分级接收跟踪原理 , 设计了软件流程并和一套任意方位跟踪系统。

运行结果表明 , 该系统能实现太阳光任意方位检测并迅速跟踪有效降低系统运行功耗 ,减少机械结构损耗 ,跟踪精度可调 , 可望在太阳能光伏工程中获得应用。

并促进太阳光的接收效率。

【关键词】太阳能跟踪系统；时空控制；光强控制；跟踪传感器AbstractThe open system is not suitable for adoption in solar photovoltaic engineering because of its inefficiency through analyzing the national sunshine duration ing the mixture control system can enhance its track efficiency and make full use of solar energy reasonably.The paper analyzed the two axle track principle emphatically,then proposed the manual azimuth tracking and the automatic altitude angle tracking of 8positions,educed hierarchical receive track principle,designed the software flow and a suit of arbitrariness azimuth track system.Running results indicated that the system can accomplish solar arbitrariness azimuth detection and tracking rapidly,fall running power consume efficiently,reduce consume of mechanical structure,and have adjustable tracking precision.It may obtain applications in solar photovoltaic engineering.【Key words】solar Automatic tracking system；time and space contro；l light intensity control；solar tracking sensor目录第一章引言 11.1 综述1 1.2 太阳能自动跟踪系统现状11.2.1压差式太阳能跟踪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 11.2.2时钟式跟踪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 11.2.3控放式太阳能跟踪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 21.3 我国光伏太阳能发电前景2第二章自动跟踪器的结构与原理 4第三章机械控制部分 73.1 主要结构73.1.1探测头⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .73.1.2跟踪控制器 (LM339 及89C51⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯73.1.3机械传动机构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯83.2 机械系统的组成83.3 机械系统的安装83.3.1电机的固定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯83.3.2电机的摆放⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 93.3.3电机的平衡⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 93.3.4双轴跟踪系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 9第四章电子控制部分 114.1电路主要组成部分114.2软件设计11附录 13参考文献 16致谢 18第一章引言1.1 综述随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，太阳能这个清洁的可再生能源，已受到许多国家的高度重视和利用。

太阳自动追踪器设计二章太阳能电池板的自动寻光电路2．1寻光元件光敏电阻器又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。

当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。

一般光敏电阻器结构如图2.1所示。

根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、图2.1 光敏电阻器结构硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。

红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。

锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。

可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。

主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。

2．2 电压比较元件2.2.1 LM358 双运算放大器概述LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。

它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。

2.2.2 LM358特性✓内部频率补偿✓直流电压增益高(约 100dB)✓单位增益频带宽(约 1MHz)✓电源电压范围宽：单电源(3—30V); 双电源(±1.5 一±15V)✓低功耗电流，适合于电池供电✓低输入偏流✓低输入失调电压和失调电流✓共模输入电压范围宽，包括接地✓差模输入电压范围宽，等于电源电压范围✓输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)图2.2 LM358引脚图2.3 继电器工作原理2.3.1继电器（relay）的工作原理和特性当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。

向日葵式自动跟踪系统设计太阳能作为一种清洁无污染的能源，发展前景非常广阔，太阳能发电已成为全球发展速度最快的技术。

然而它也存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题，这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。

目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的，没有充分利用太阳能资源，发电效率低下。

据实验，在太阳能光发电中，相同条件下，采用自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高 35 % ，因此在太阳能利用中，进行跟踪是十分必要的[1]。

系统的总体设计原理是根据太阳在天空的运行轨迹随着每天的时间和日期的周期性变化得来的，51单片机利用太阳角度的变化规律，根据太阳角度与时间的对应关系来控制双轴电机驱动系统从而使得实验板与太阳光线保持垂直。

由于使用了电压采样反馈调整控制技术，该系统具有实时性高、可靠性强、精度高等优点。

一、机械部分设计如图１所示，向日葵板是固定在双轴系统之上的。

轴１必须与地轴保持平行关系。

以济南市为例，济南处在北纬36.65°，所以轴１与底座的夹角为36.65°才能保持轴1与地轴平行。

太阳在地球上的直射范围是从南纬23.5°到北纬23.5°，在半年之中变化了47°。

所以向日葵板的轴在纵向的变化范围为47°，每半个月的转动角度约为4°。

在横向的转动中，从早晨的6点开始到晚上的6点共转动180°，约每半个小时转动7.5°。

轴端的电位器通过分压把角度值转化为电压值，进而通过AD芯片，把电压值转化为数值，从而达到了把角度值转化为数据的目的。

图1二、电路控制部分设计1 、时钟信号产生电路由于系统需要精确的实时时钟，并且需要调时方便的电路，以保证向日葵板与太阳光线的垂直。

由于单片机的实时时钟误差不易控制，调试不方便，所以采用DALLAS公司生产的ds1302时钟芯片。

该时钟芯片具有实时时钟和31字节的静态RAM，采用串行通讯，可方便的与单片机接口。

太阳位置自动追踪系统的设计摘要：随着太阳能利用技术的进步，太阳能系统的效率和功率输出已经成为人们关注的焦点。

为了最大程度地提高太阳能系统的效能，太阳位置自动追踪系统应运而生。

本文将介绍原理以及实现方法，并对其应用前景进行谈论。

一、引言太阳能是一种清洁、可再生的能源，具有丰富的资源和宽广的利用前景。

然而，太阳能的效率受多种因素影响，其中太阳的位置是重要的影响因素之一。

传统的太阳能系统通常接受固定的安装角度来抓取太阳的光照，但因为太阳的位置在不息变化，这种固定角度的安装方式无法充分利用太阳能资源。

因此，对于提高太阳能利用效率至关重要。

二、原理原理基于太阳在天空中的运动规律。

太阳每天从东方升起，经过正午后逐渐西沉，最后在西方落下。

太阳位置自动追踪系统通过测量太阳的方位角和高度角，实时调整太阳能系统的朝向角度，以保持最佳的光照接见效果。

详尽而言，太阳位置自动追踪系统包含三个主要组成部分：太阳位置传感器、控制算法和驱动装置。

太阳位置传感器通常接受光电二极管或CCD摄像头来感知太阳的方位角和高度角。

控制算法负责依据传感器测量的太阳位置信息计算出太阳能系统的朝向角度，并将结果传递给驱动装置。

驱动装置依据控制信号调整太阳能系统的朝向角度，以实现太阳自动追踪。

三、太阳位置自动追踪系统的实现方法1. 太阳位置传感器的选择：太阳位置传感器是太阳位置自动追踪系统的核心组件，其准确度和响应速度直接影响系统的性能。

传感器的选择要思量其测量范围、灵敏度、抗干扰能力等因素，以满足太阳位置测量的要求。

2. 控制算法的设计：依据太阳位置传感器测量的太阳位置信息，控制算法需要能够快速准确地计算出太阳能系统的朝向角度。

控制算法可以接受传统的PID控制方法或更高级的模糊控制、神经网络控制等方法，以实现最优的追踪精度和响应速度。

3. 驱动装置的选型：驱动装置依据控制信号调整太阳能系统的朝向角度，常见的驱动装置包括电动驱动装置和液压驱动装置。

自动跟踪太阳智能型太阳能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。

太阳光线自动跟踪装置解决了太阳能利用率不高的问题。

本文对太阳能跟踪系统进行了机械设计和自动跟踪系统控制部分设计。

第一，机械部分设计：机械结构主要包括底座、主轴、齿轮和齿圈等。

当太阳光线发生偏离时，控制部分发出控制信号驱动步进电机1带动小齿轮1转动，小齿轮带动大齿轮和主轴转动，实现水平方向跟踪；同时控制信号驱动步进电机2带动小齿轮2，小齿轮2带动齿圈和太阳能板实现垂直方向转动，通过步进电机1、步进电机2的共同工作实现对太阳的跟踪。

第二，控制部分设计：主要包括传感器部分、信号转换电路、单片机系统和电机驱动电路等。

系统采用光电检测追踪模式实现对太阳的跟踪。

传感器采用光敏电阻，将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西方向边沿处下方。

当两个光敏电阻接收到的光强度不相同时，通过运放比较电路将信号送给单片机，驱动步进电机正反转，实现电池板对太阳的跟踪。

关键词太阳能；跟踪；光敏电阻；单片机；步进电机目录1绪论 (1)1.1课题来源 (1)1.2课题背景 (1)1.2.1能源现状及发展 (1)1.2.2我国太阳能资源 (1)1.2.3目前太阳能的开发和利用 (2)1.2.4太阳能的特点 (2)1.3课题研究的目的 (2)1.4研究课题的意义 (2)1.4.1新环保能源 (2)1.4.2提高太阳能的利用率 (3)1.5太阳能利用的国内外发展现状 (3)1.6太阳追踪系统的国内外研究现状 (4)1.7论文的研究内容 (5)1.8论文结构 (5)2太阳能自动跟踪系统总体设计 (5)2.1太阳运行的规律 (5)2.2跟踪器机械执行部分比较选择 (6)2.2.1立柱转动式跟踪器 (6)2.2.2陀螺仪式跟踪器 (7)2.2.3齿圈转动式跟踪器 (7)2.2.4本课题的机械设计方案 (8)2.3跟踪方案的比较选择 (8)2.3.1视日运动轨迹跟踪 (9)2.3.2光电跟踪 (9)2.3.3视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合 (11)2.3.4本设计的跟踪方案 (12)3机械设计部分 (13)3.1太阳能自动跟踪系统机械设计方案 (13)3.2第一齿轮转动计算 (13)3.2.1材料选择 (13)3.2.2尺寸计算 (13)3.2.3校核计算 (14)3.2.4齿根弯曲疲劳强度验算 (15)3.3第二齿轮转动计算 (17)3.3.1材料选择 (17)3.3.2尺寸计算 (17)3.3.3校核计算 (17)3.3.4齿根弯曲疲劳强度验算 (19)3.4轴瓦校核计算 (20)3.4.1大轴瓦校核计算 (20)3.4.2小轴瓦校核计算 (22)3.5键联接计算 (24)3.5.1主轴与大齿轮的键联接 (24)3.5.2小轴与齿圈的键联接 (25)3.5.3步进电机1输出轴与小齿轮1的联接 (25)3.5.4步进电机2输出轴与小齿轮2的联接 (25)3.6抗风性分析 (26)3.6.1底座上螺钉校核 (26)3.6.2轴校核 (26)4自动跟踪系统设计 (27)4.1系统总体结构 (27)4.2光电转换器 (28)4.2.1光电转换电路 (28)4.3单片机及其外围电路 (29)4.3.1 AT89C51单片机 (29)4.3.2外围电路 (31)4.4步进电动机及驱动电路 (32)4.4.1步进电动机介绍 (32)4.4.2步进电机的主要特性 (32)4.4.3步进电机的选择 (33)4.4.4驱动电路 (34)4.5系统的实现 (35)4.5.1光敏电阻光强比较法 (35)4.5.2光敏电阻光强比较法的工作过程 (36)4.5.3系统的流程图 (37)5结论 (39)5.1结论 (39)5.2展望 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录1 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。