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太阳能电池板自动追光系统设计作者：张宗磊徐源杨晨来源：《科技视界》2017年第07期【摘要】本文设计了一种太阳能电池板自动追光系统。
该系统将单片机选为控制器，太阳能电池作为传感器，步进电机作为执行机构，采用光电追踪方式，控制太阳能电池板自动旋转对准太阳光，能有效提高太阳能的利用率，具有一定的实用价值。
【关键词】太阳能；单片机；步进电机；光电追踪0 引言能源是关系一个国家全面发展的重要因素；太阳能作为一种新兴能源不但能够有效解决能源短缺的问题，还能在很大程度上改善环境污染，具有较大的研发前景。
我国的太阳能资源非常丰富，但是对太阳能的开发还面临着很大挑战，如何提高太阳能电池板对太阳能的采集效率是充分利用太阳能的关键。
本文设计的太阳能电池板自动追光系统可实现对太阳的全方位跟踪，具有两个自由度的跟踪能力。
其原理图如图1所示。
利用AT89C51单片机对桥式电路的检测结果进行逻辑运算后，进而控制能够实时调整高度角和方位角的步进电机工作，从而实现对太阳光全方位跟踪。
该系统结构简单、成本低，能够有效提高太阳能的利用率，具有有较好的推广应用价值。
1 追踪方式的选择目前，用于实现追踪太阳的方法较多，概括为两类：视日运动轨迹追踪和光电追踪方式。
太阳的运行轨迹是有规律的，通过对太阳和地球之间的位置关系进行分析，利用球面三角公式来计算出太阳在任何地点任何时间相对于地球的位置，被称为视日运动轨迹追踪方式。
此方案建立在太阳运行规律的天文算法的基础上，需要利用微处理器对太阳的高度角和方位角进行实时计算，再利用电子系统驱动电机实现对太阳的实时跟踪。
其优点是不受天气变化的影响。
缺点有：（1）计算过程复杂，开发成本很高；（2）属于开环控制，容易产生积累误差，且无法自动消除这一误差。
光电追踪方式是利用对太阳光朝向的即时检测实现追踪，需要用到光敏元件组成检测电路。
比如，采用四象限硅光电池传感器作为光电转换元件，以微处理器为核心构建电路控制系统，通过对四象限的四个输出电压信号的分析和运算，输出相应的控制信号去驱动电机，最终由电机驱动执行机构完成追光的任务。
扬州市职业大学汽车与电气工程系毕业设计说明书(论文)作者: 倪文健学号：*********教研室: 机电一体化专业: 机电一体化技术题目: 机械设计基于PLC的太阳能追光控制系统指导者：戴亦宗评阅者：2013 年 5 月扬州市职业大学汽车与电气系毕业设计（论文）评语学生姓名：***班级、学号100201327题目：基于PLC的太阳能追光控制系统机械设计综合成绩：毕业设计（论文）评语毕业设计说明书（论文）摘要目录1绪论 (1)1.1能源与环保 (1)1.1.1 能源紧缺 (1)1.1.2 环境污染 (1)1.1.3温室效应 (1)1.2 系统研究背景 (2)1.2.1系统研究目的 (2)1.2.2系统研究现状 (3)1.2.3系统拟研究内容 (4)1.3本章总结 (4)2方案论证 (5)2.1追踪方案论证 (5)2.1.1视日运动轨迹追踪 (5)2.1.2光电轨迹追踪 (7)2.1.3追踪方案 (8)2.2机械传动方案论证 (8)2.3控制器论证 (9)2.4操作界面论证 (9)2.5 驱动控制方案论证 (10)2.6 驱动电机论证 (10)2.7 系统方案 (10)2.8 本章小结 (11)3机械传动机构设计 (12)3.1机械传动机构组成 (12)3.2 机械传动机构工作原理 (13)3.3 机械传动机构安装注意事项 (13)3.4本章小结 (13)4电气控制设计 (14)4.1传感器 (14)4.1.1太阳位置传感器设计 (14)4.1.2 雨水传感器 (17)4.1.3 风速传感器 (17)4.2 变频器 (18)4.2.1变频器以及变频器连接与安装 (18)4.2.2变频器参数设置 (21)4.3伺服驱动器 (22)4.3.1伺服驱动器原理 (23)4.3.2伺服放大器连接与设置 (23)4.4 伺服电机连接 (25)4.5 三相交流电机连接 (25)4.6 PLC电气连接 (26)4.7 电气控制箱设计与安装 (27)4.8 电气元器件清单 (29)4.9 本章小结 (29)5系统软件设计 (30)5.1 GOT画面设计 (30)5.2 系统控制策略 (31)5.3 顺序控制流程图 (32)5.4 梯形图程序设计 (32)5.4.1 I/O端口分配表 (32)5.4.2 软元件说明 (33)5.4.3 梯形图程序 (34)5.5 模拟量收集 (34)5.6 本章小结 (34)6系统调试 (35)6.1调试的基本任务 (35)6.1.1调试前的准备工作 (35)6.1.2 调试前的检查 (35)6.1.3调试的一般顺序 (36)6.2 机械传动机构调试 (36)6.3 传感器调试 (37)6.4 GOT调试 (37)6.5 系统联合调试 (41)6.5.1 晴天 (41)6.5.2 阴天 (42)6.5.3 雨天 (42)6.5.4 大风天气 (42)6.5.5 紧急情况 (42)6.6 本章小结 (43)7结论 (44)7.1总结 (44)7.2 系统的提升 (44)7.3 展望 (44)参考文献 (46)致谢 (47)1绪论1.1能源与环保随着时代的前进，人类社会和经济的发展速度日益增加，但是与此同时人类社会的负担和责任也随之增加。
太阳能光伏-热伏发电板的自适应追光系统设计与实现摘要：太阳能光伏-热发电系统操作过程中，需要以有效的发电形式，提高发电效率，制定完善的自动追光系统，实现多光电二极管的自适应效果，及时处理追光系统中的复杂结构问题。
依照光敏电阻的适应情况，加强电板对光源的追踪处理效果。
采用有效的负反馈适应方式，提高追光精度的控制，逐步增强系统的位置消耗。
硬件系统采用有效的光敏电阻感应强度，及诶朱AD转换电路，以驱动太阳能光伏-热伏形式，实现发电板平面照射，优化光敏电阻与板面的夹角，调整追光区域、误差量，确定整个装置的机械结构设计和电图设计，做好有效的仿真数据分析。
太阳能光伏-热伏的自适应，提升二极管追光系统的操作，提升追光系统的机械设计，优化追光的稳定优化水平。
关键词：太阳能；光伏-热伏；追光系统引言：伴随着经济的快速发展和社会的进步，需要加强太阳能发电安全清洁优化分析，制定有效的参考资料分析，自带追光系统的发电装配形式，以有效的太阳能发电装置操作，明确太阳能的整体利用率，确保光系统的实际应用合理性。
调整机械装置转动的稳定性，需要采用合理的时间操作，依照追光板的发电效率进行分析，提升最大限度的太阳能利用率，满足自动追光系统的工作品质要求。
开展天阳能装配的自动光系统研究，不断提升性能，提升整体应用体制。
一、太阳能光伏-热伏系统的整体设计方案按照太阳能光伏追踪操作，通过光电检测追踪处理，实现光电检测追踪精度的提升，以可靠、稳定性，调整追踪精度，完善可靠稳定应用，确保整体系统的的多光电二级操作，完善整体系统结构设计的优化。
以光电检测追踪原理的分析，提出光敏电阻的自适应系统，通过硬件、软件的操作方案，加强光敏电阻的优化，完善结构的稳定性。
图太阳能光伏-热伏转换1 设计方案自适应追光系统设计过程中，需要依照硬件设计、软件设计，调整负反馈的适应原理，从整体装配的效果，调整横竖光敏电阻的电压信号差，电动追踪太阳能的发电，实现光敏电阻电压差信号对光电追踪的减少。
摘要现代工业的飞速发展让人们的生活质量有了极大的提高，但同时也导致了全球的能源危机与自然环境的过度污染。
太阳能作为无污染的可再生能源受到了广泛的应用，但大多数情况下太阳能的利用率偏低，为了提高其利用率，本文设计了太阳能电池板自动追光系统。
系统将STC89C52RC单片机作为核心处理器，采取光电追踪方式与视日运动轨迹追踪方式相结合的方法。
晴天时，系统运行光电追踪方式，通过比较四路光敏电阻采集的光强偏差识别方位，进而驱动步进电机进行调整，实现光电追踪。
阴天时，系统运行视日运动轨迹追踪方式，通过采集时钟芯片的时间信息，并利用太阳位置算法计算当时当地的太阳高度角和方位角，发出相应指令驱动步进电机进行调整，实现视日运动轨迹追踪。
本文对这两种追踪方式分别进行了测试。
光电追踪方式的测试是通过比较固定式电池板与自跟踪式电池板的追光效果，发现自跟踪式电池板的追光效果更佳。
视日运动轨迹追踪方式的测试是将计算的角度值与理论的角度值进行对比，分析出误差不超过正负0.4°。
测试结果表明该太阳能电池板自动追光系统能够适应复杂的气象状况，实现全天候的太阳追踪。
关键词：太阳能，光电追踪，单片机，视日运动轨迹追踪IAbstractWith the rapid development of modern industry, people's quality of life has been greatly improved, but also led to the global energy crisis and excessive pollution of the natural environment. Solar energy has been widely used as pollution-free renewable energy, but in most cases the utilization rate of solar energy is low. In order to improve its utilization, this paper designed a solar panel automatic tracking system.The system uses the STC89C52RC microcontroller as the core processor, and adopts the method of the combination of the photoelectric tracking mode and the sun angle tracking mode. When it is sunny day, the system runs the photoelectric tracking mode, by comparing the light intensity of the four photosensitive resistance acquisition to identify the direction, and then drive the stepper motor to adjust to achieve photoelectric tracking. When it is cloudy day, the system runs the sun angle tracking mode, by collecting the time information of the clock chip, and using the solar position algorithm to calculate the local altitude angle and azimuth angle, issued the corresponding instruction to drive the stepper motor to adjust to achieve the sun angle tracking.In this paper, the two tracking methods were tested separately. The test of photoelectric tracking mode is through the comparison of the fixed panel and the self-tracking panel to chase the light effect, found that self-tracking panel chasing light better.The test of sun angle tracking mode is to compare the calculated angle value with the theoretical angle value, and the error is not more than plus or minus 0.4°.The test results show that the solar panel automatic tracking system can adapt to the complex weather conditions, to achieve all-weather sun tracking.Key Words: Solar energy, Microcontroller, Photoelectric tracking, Sun angle tracking modeII目录摘要 (I)Abstract (II)第1章 绪论 (1)1.1课题的研究背景 (1)1.2课题研究的目的及意义 (3)1.3国内外自动追光系统发展现状 (4)1.4课题内容安排 (5)第2章 系统的总体方案设计 (7)2.1太阳追踪方式的选择 (7)2.1.1 视日运动轨迹追踪方式 (7)2.1.2 光电追踪方式 (7)2.1.3 视日运动轨迹追踪与光电追踪相结合 (8)2.2两种方式的结合方法 (8)2.2.1 两种方式结合方法的选择 (8)2.2.2结合方法的设计 (9)2.3太阳追踪机构的选择 (9)2.3.1 单轴追踪方式 (9)2.3.2 双轴追踪方式 (11)2.4系统的总体方案设计 (12)2.5本章小结 (13)第3章 视日运动轨迹追踪方式 (15)3.1视日运动轨迹追踪方式的理论基础 (15)3.2太阳位置算法的选择 (17)3.2.1 赤纬角算法的选择 (17)3.2.2 时差算法的选择 (21)3.3高度角与方位角的计算 (25)3.4视日运动轨迹追踪方式的设计 (26)3.4.1视日运动轨迹追踪方式的硬件设计 (28)III沈阳工业大学硕士学位论文3.4.2 视日运动轨迹追踪方式的软件设计 (28)3.5本章小结 (29)第4章 光电追踪方式 (31)4.1光电追踪方式的设计方案 (31)4.2光电检测模块 (31)4.2.1 光电传感器的选择 (31)4.2.2 太阳位置检测电路的设计 (33)4.2.3 光电传感器的结构设计 (35)4.3单片机模块 (38)4.4A/D转换模块 (39)4.5步进电机及驱动模块 (40)4.5.1 步进电机的选择 (40)4.5.2 步进电机驱动电路 (41)4.6光电追踪方式的软件设计 (42)4.7光电追踪方式的仿真 (43)4.8本章小结 (45)第5章 系统调试与实验 (46)5.1系统的总体仿真 (46)5.2阴晴检测电路的实验 (47)5.3视日运动轨迹方式测试 (48)5.4光电追踪方式测试 (49)5.5本章小结 (51)第6章 结论 (52)参考文献 (54)在学研究成果 (57)致谢 (58)IV第1章 绪论1.1 课题的研究背景目前，我们已经步入了农业、工业、国防力量与科学技术快速成长的时期，同时社会经济的生长速率更为惊人，人们的生活质量有了极大的提升，但是对能源的损耗与日俱增，每一年对能源损耗都能增添5%-6%，等于每过14年左右对能源的损耗就会增添一倍[1]。
《太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究》篇一一、引言随着科技的进步和人类对可再生能源需求的日益增长，太阳能作为清洁、可再生的能源受到了广泛关注。
太阳能电池板作为太阳能利用的核心设备，其效率的提高对于推动绿色能源发展具有重要意义。
追日自动跟踪系统作为一种能够提高太阳能电池板光电转换效率的技术，近年来得到了广泛的研究和应用。
本文旨在研究太阳能电池板追日自动跟踪系统的原理、设计及其应用，以期为太阳能利用技术的发展提供理论支持和实践指导。
二、追日自动跟踪系统的基本原理追日自动跟踪系统基于太阳能电池板对太阳辐射的响应，通过传感器和控制系统实现自动跟踪太阳的运动轨迹，以达到最大化光电转换效率的目的。
系统主要包括以下几个部分：太阳位置传感器、控制单元、驱动单元和太阳能电池板。
太阳位置传感器负责实时监测太阳的位置，将太阳的位置信息传递给控制单元。
控制单元根据太阳的位置信息，结合预设的算法，计算出太阳能电池板需要调整的角度，并发出控制信号给驱动单元。
驱动单元根据控制信号驱动太阳能电池板进行相应的旋转和调整，使其始终保持最佳的光照角度。
三、追日自动跟踪系统的设计1. 硬件设计：追日自动跟踪系统的硬件设计主要包括传感器、电机和控制电路等部分。
传感器负责监测太阳的位置和环境光强等信息；电机用于驱动太阳能电池板的旋转和调整；控制电路则负责将传感器信号转换为控制信号，驱动电机进行相应的动作。
2. 软件设计：软件设计是追日自动跟踪系统的核心部分，主要包括控制算法和控制系统软件等。
控制算法负责根据太阳的位置信息和预设的规则，计算出太阳能电池板需要调整的角度；控制系统软件则负责将控制算法的输出转换为电机驱动信号，实现对太阳能电池板的精确控制。
四、追日自动跟踪系统的应用追日自动跟踪系统在提高太阳能电池板光电转换效率方面具有显著的优势。
通过实时监测太阳的位置，并调整太阳能电池板的姿态，使太阳能电池板始终保持最佳的光照角度，从而提高其光电转换效率。
目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Keywords (1)引言 (2)1 追光系统简介 (2)2 系统原理及各模块论证 (2)2.1 光采集模块 (3)2.2 数据处理模块 (3)2.3 AD转换模块 (4)2.4 微控制模块 (4)2.5 机械控制模块 (4)2.6 电源模块 (5)2.7 最终方案 (5)3 系统硬件设计及软件设计 (5)太阳能自动追踪装置3.1 系统硬件电路设计 (5)3.1.1 微控制器模块电路 (5)3.1.2 光采集模块电路 (5)3.1.3 AD转换模块电路 (6)3.1.4 电机驱动模块电路 (6)3.1.8 电源模块电路 (8)3.2 软件系统的设计与实现 (8)3.2.1 光采集模块的控制 (8)3.2.2 程序流程图 (8)4 系统调试 (9)4.1 硬件调试 (9)4.2 软件调试 (9)5 调试方法、现象 (10)5.1 电路的测试方法 (13)5.2 测试仪器及设备 (13)5.3 实物与数据 (13)6 总结 (14)参考文献： (15)附录A .................................................... 错误!未定义书签。
附录B . (16)致谢 (16)菏泽学院本科毕业设计太阳能自动追踪装置电子信息科学与技术专业学生英容华指导教师张冠芬摘要：运用核心元件元件ATmega16 单片机，内含8路高速A/D转换，与传统模块采用运放电路相比，设计电压采集部分采用AD转换器，以最简洁的电路实现了太阳能电池板对太阳的垂直跟踪，采用双轴跟踪技术，弥补了其他太阳能跟踪的短板，可实现电池板对太阳光的全方位垂直跟踪，实现太阳能利用率的最大化，设计机械部分采用立柱式结构，转动范围东西、南北0-180度，可实现无死区全角度转动，本装置功耗低，抗干扰能力强，且价格低廉。
[1]关键词： AD转换器；ATmega16 单片机；垂直跟踪Solar energy to be automatic tracking deviceStudent majoring in electronic information science and technology professional Ying RonghuaTutor Zhang GuanfenAbstract:The design of the core components A Tmega16 microcontroller, containing eight road high speed A/D conversion, low power consumption, strong anti-interference ability, and the price is low. And the traditional module USES than amplifier, the design voltage acquisition of the AD converter, more accurate and reliable, low energy consumption. This design with the most concise circuit realized the solar panels to the vertical tracking. This design USES the double axes tracking technology, to make up for the other solar tracking short board, can realize the all-round vertical to the sun panels tracking, realize the maximization of the solar energy utilization. As is known to all, the simple circuit, stability, the higher the better robustness. This design machine of the type structure, turn the east-west and south-north range 0-180 degree, which can realize no dead zone all turning Angle.Keywords: AD converter；ATmega16 single-chip microcomputer; Vertical tracking引言:随着社会的快速发展，各种污染严重，能源短缺，太阳能作为一种新能源，取之不尽且具有节能环保双重特点，对太阳能的有效利用符合可持续发展社会大趋势。
基于51单片机光伏发电追光系统设计摘要：随着人们对可再生能源的需求不断增加，光伏发电系统成为了一种重要的能源供应方式。
然而，由于太阳光的不稳定性和方向性，传统的固定式太阳能发电系统效率较低。
为了提高太阳能发电效率，本文设计了一种基于51单片机的光伏发电追光系统。
通过对太阳位置的检测和控制反馈，系统可以实现对太阳位置的实时追踪和调整。
实验结果表明，该系统可以显著提高光伏发电效率，并具有较好的稳定性和可靠性。
关键词：51单片机；光伏发电；追光系统；效率提升第一章引言1.1 研究背景随着全球能源需求不断增加和环境问题日益严重，可再生能源成为了人们关注和研究的热点领域。
作为一种清洁、无污染、永无穷尽且广泛分布在地球表面上的可再生资源，太阳能被广泛认可并应用于各个领域。
光伏发电作为太阳能利用的一种重要方式，具有可再生、可持续、环保等优点，受到了广泛关注。
1.2 研究意义然而，由于太阳光的不稳定性和方向性，传统的固定式太阳能发电系统效率较低。
为了提高太阳能发电效率，追踪系统逐渐成为一种重要的解决方案。
光伏发电追踪系统可以实时检测太阳位置并对光伏板进行调整，使其始终面向太阳辐射源。
通过追踪系统对太阳位置的实时调整，可以最大限度地提高光伏板对太阳辐射的吸收利用率。
1.3 研究内容本文旨在设计一种基于51单片机的光伏发电追光系统。
通过对51单片机进行编程和控制反馈设计，实现对光伏板位置和角度的实时调整。
同时，本文还将探讨该系统在不同环境条件下的性能表现，并进行相关数据分析和优化。
第二章系统设计2.1 系统框架本文设计的基于51单片机的光伏发电追光系统主要由光敏电阻、电机、51单片机和驱动电路等组成。
光敏电阻负责检测太阳位置，51单片机负责实时控制和反馈，驱动电路负责控制电机运动。
2.2 光敏电阻光敏电阻是一种可以根据光照强度变化而改变其自身阻值的元件。
在本系统中，通过将光敏电阻安装在特定位置，可以实时检测太阳的位置。
自动追光太阳能板的工作原理
自动追光太阳能板是一种高效、智能的太阳能发电系统，它能够自动跟踪太阳的运动轨迹，并始终保持与太阳的最佳角度，从而最大化太阳能的收集和利用。
那么，它的工作原理是什么呢？
首先，我们需要了解太阳的运动规律。
太阳每天从东升至西落，呈现出一个近似于圆形的运动轨迹。
为了最大化太阳能的收集，我们需要让太阳能板始终正对太阳，这就需要太阳能板能够自动调节角度和方向。
自动追光太阳能板的实现原理并不复杂。
它主要依靠光电传感器和控制系统来完成。
光电传感器负责检测太阳的位置和光线强度，并将这些信息传递给控制系统。
控制系统根据接收到的信息，通过电机或传动装置调整太阳能板的姿态和角度，使其始终正对太阳。
具体来说，当太阳升起时，光电传感器检测到太阳的位置和光线强度，并将这些信息传递给控制系统。
控制系统根据接收到的信息，控制电机或传动装置转动太阳能板，使其与太阳保持最佳角度。
在太阳运动的过程中，控制系统不断更新太阳能板的角度和方向，使其始终正对太阳。
当太阳落山时，控制系统则会将太阳能板恢复到初始状态，等待第二天的太阳升起。
自动追光太阳能板的应用前景非常广阔。
随着人们对可再生能源的需求不断增加，太阳能发电系统的普及率也越来越高。
而自动追光太阳能板作为一种高效、智能的太阳能发电系统，无疑将成为未来太
阳能发电领域的重要发展方向。
