太阳能电池板自动追踪装置的设计_唐敏

0 引言
随着地球人口的增长， 能源已成为迫切需要解决的焦点问题之 一。 越来越多的人将解决的关键投注在自然能源上，如太阳能、潮汐能 等。 目前，太阳能做为一种绿色无污染能源已经越来越受到人类的重 用，而且太阳能是取之不竭，用之不尽的能源。
太阳能跟踪器实现的关键是提高太阳光利用率，实时跟踪太阳的 位置，实现光线直射。 太阳光跟踪可以使太阳能更有效地转换为热能、 机械能、电能和化学能，其中太阳热能利用历史最为久远，开发最为普 遍；现在，太阳光能的应用也正变为一个新的研究领域。 大型建筑中应 用太阳光改善“室内采光”已经越来越受到建筑师们的极大关注，即采 集太阳光并利用光缆把它传输到需要的地方，如大型会议室、教室、危 险品仓库、矿井、地下商场、人防工程等等。 当然，太阳能跟踪系统也可 应用于太阳能热水器、太阳能发电等项目上，同时该系统也可作为普 通光源跟踪器而应用在其他方面。
最大比值合并原理框图如图 2 所示。
图 2 最大值合并原理框图 最大比值合并时，每一支路都进行加权，加权的比重依各支路信 噪比来分配，信噪比大的支路权重大，信噪比小的支路权重小。 3.2.3 等增益合并 在上述最大比值合并中，取 αi=1（i=1,2,…n）即为等增益合并。 等
增益合并性能仅次于最大比值合并，当 n 较大时，其性能与最大比值 合并相差不多。 等增益合并的实现比较容易，设备也比较简单。
图 4 程序流程图
科
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【参考文献】
［1］丁 元 杰 .单 片 微 机 原 理 及 应 用 [M].机 械 工 业 出 版 社 ,2004（3）.
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［3］张翌翀.基于 DSP 的太阳跟踪控制系统研究[D].上海交通大学，2008.
3 小结
本次设计的模拟装置基本上能满足自动追踪太阳的效果。 但毕 竟是模拟装置，由于购买的太阳能电池板的体积和重量都太大，所以 没有将它放置在模拟装置上面。 如果要在实际产品中应用，则需要考 虑更多方面，比如伺服电机的功率什么的。 通过本次设计，能够加深 对一些传感器的认识和理解，也知道了一写新型 传 感 器 ，比 如 PSD 位 置传感器。 设计有很多地方没有完善。 如果将此设计用 ARM 系列芯 片进行嵌入式开发，可能效果会更加好，精度更高。 但是由于用嵌入 式开发的成本很高。 所以，如果要将此设计推广，则还应考虑到成本 的因数。
（上接第 76 页）案。 本章在分析研究网络监听和数据报捕获、协议分析 的基础上，设计和实现了一个网络监听系统。 本章的主要工作包括以 下几方面:（1）分析网络监听的技术原理，给出了系统的总体设计。 （2） 实现了基于 WinPcap 的网络截获数据包功能。 （3）研究了网络数据包 协议分析方法。 根据 TCP/IP 各数据包的报头格式， 对数据包进行分 析。 获得数据包的长度、发送时间、源 IP 地址、目的 IP 地址、源 端 口 、 目的端口等等。 并把得到的信息存储在用户指定的文件中。
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1.3 供电部分 本次设计为了使模拟装置更加灵活而使用了镍氢电池对整个系
统进行供电，并用 7805 和 7806 三端稳压芯片分别对单片机及外围器 件供电和舵机供电。 7805 和 7806 能向外输出的最大电流使 1.5A，完 全满足本系统的设计要求。 为了防止镍氢电池由于电压下降而引起系 统工作不稳定，特在电池输出端加了电压检测和继电器，当电压下降 到 一 定 程 度 时 ，单 片 机 I/O 口 输 出 高 电 平 从 而 使 继 电 器 闭 合 ，这 样 太 阳能电池板就可以对电池进行充电。 其原理图如图 3 所示。
［4］夏小燕.大范围太阳光线跟踪传感器及跟踪方法的研究[D]. 河海大学，2007.
［5］金晶晶.太阳光线自动跟踪装置[D]. 沈阳工业大学，2007.
［6］王青直，徐进.基于 PSD 传感器的太阳自动追踪系统的研究与实现[J].自动化
技 术 与 应 用 ，2007（10）:0123-03.
［责任编辑：曹明明］
各个地方的纬度。 1.2 A/D 转换电路
起初设计时本想 采 用 专 用 的 A/D 转 换 芯 片 比 如 A/D0809 或 者 其 他 的 ，但 是 考 虑 到 单 片 机 采 用 了 STC12 系 类 ，单 片 机 的 I/O 引 脚 比 较 少，如果以此结合，则 I/O 口使用非常紧张，而且要对两排光敏电 阻 进 行检测，势必要使用分时复用的方法，这样就会加大程序的复杂程度。 而同时考虑到 STC12 系类单片机本来就带 8 路 A/D 转换功能。 那样， 采 用 两 片 STC12 系 类 单 片 机 分 别 对 两 组 光 敏 电 阻 进 行 A/D 装 换 ，并 且 比 较 电 压 大 小 ， 并 用 3 位 I/O 口 输 出 最 小 或 最 大 的 光 敏 电 阻 的 位 置，那样两个 STC12 系类单片机输出的信号刚好构成一个反馈太阳位 置二维坐标。 可以供主单片机对伺服电机进行控制，从而达到设计的 要求；图 2 就是 A/D 转换电路的原理图。
2 系统软件设计
根据本次设计的要求，主程序的主要功能是要实现对伺服电机的 控制和对可充电电池的电源管理。主程序经过对 A/D 装换了得到是数 据进行判断， 然后设置 PWM 相应的寄存器使之输出相应的 PWM 波 从而控制伺服电机。而电源管理则是通过自身的 A/D 装换从而获取当 前电池的电压，如果电池电压低于设定的最低电压时，则给继电器高 电平，使继电器导通，利用太阳能电池板对电池进行充电，如果电池电 压高于设定的最高值时，则关闭继电器。 A/D 转换流程和从单片机差 不多，以下是主程序的流程图（图 4）。
最后，应当指出：分集接收技术仅仅是采用信号处理技术抗衰落 的一种方法，通常与其他抗衰落的信号处理技术联合应用，从而达到 提高系统的性能的目的。 科
● 【参考文献】
［1］樊 昌 信 ，等 ．通 信 原 理 ．北 京 ：国 防 工 业 出 版 社 ，1995，10． ［2］曹 仲 达 ，等 ．移 动 通 信 原 理 、系 统 及 技 术 ．北 京 ：清 华 大 学 出 版 社 ，2004，3．
1 硬件电路设计
1.1 光源检测电路 本设计的光源检测电路采用的是光敏电阻，由于光敏电阻的线性
系 数 比 较 好 ，所 以 对 其 合 理 排 布 ，并 且 采 用 STC12C2052AD 单 片 机 的 内部 A/D 转换功能对其进行电压转换。 比较各个传感器电压的大小并 且输出相应的信号。 具体原理图如图 1 所示：
4 分集接收技术的应用
分集接收技术早已在模拟无线通信系统中得到成功应用，近年来 在数字无线通信领域得到了更加广泛的应用 。 目前，在 GSM 系统中， 基 站 广 泛 采 用 二 重 空 间 分 集 接 收 ，提 高 系 统 性 能 ；在 CDMA 系 统 中 ， 手机和基站都采用 RAKE（多径）接收机进行分集接收，来减小衰落的 影响；在短波通信中，采用具有带内频率分集和编码分集的多径并传 方法来降低系统的误码率；在对流层散射通信中，采用四重频率分集 的时频调制来提高系统性能。
主程序经过对装换了得到是数据进行判断然后设置pwm相应的寄存器使之输出相应的pwm装换从而获取当前电池的电压如果电池电压低于设定的最低电压时则给继电器高电平使继电器导通利用太阳能电池板对电池进行充电如果电池电压高于设定的最高值时则关闭继电器
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【关键词】太阳能电池板;单片机;追踪 Design Of Automatic Tracking Solar Panel Installation TANG Min CHEN Ming－feng
(Department of Physics and Electronic Engineering, Hainan Normal University ，Haikou Hainan, 571158) 【Abstract】The microcontroller STC12C2052AD is central part of the control system, the servo is the rotating mechanism, and the photoconductive resistance is the sensor. With the epuipment above we can design a system that can automaticly track the sun . This system can make solar panels exposed vertically to the sunlight with the movement of the sun anytime ,so that we can make the best of the sunlight with the vertical angle .We design the system both from the hardware and software.And the results of the experiment have shown that it is feasible to make the design and we are right both in the design of the circuit and the design of the program . 【Key words】Solar panels; SCM; Tracking
2011 年 第 11 期
太阳能电池板自动追踪装置的设计
唐 敏 陈铭锋 （海南师范大学物理与电子工程学院 海南 海口 571158)
【摘 要】以 STC12C2052AD 单片机为控制核心，舵机作为转动机构，光敏电阻作为传感器设计了一款自动追踪太阳的装置 。 该装置能让 太阳能电池板时刻处于被太阳垂直照射的角度，达到了提高太阳能利用率的目的。 进行了样机的软、硬设计及制作，实验结果验证了硬件电路 和程序设计的正确性及方案的可行性。
图 2 A/D 转换电路的原理图
图 1 光源检测电路
本次设计中，影响系统精确度得有一个很大的因素就是光敏电阻 的排布。 在此设计的水平检测单元中，本设计将 8 个光敏电阻均匀的 安装在一个半圆的圆周上， 并且用黑色的挡板把它们彼此间隔离，那 样有利于提高 A/D 转换和 检 测 的 精 度 。 但 是 由 于 各 个 地 区 纬 度 不 一 样，比如海南，由于海南处于北回归线以南，所以在盛夏的时候，太阳 是在北面的。 而像漠河，由于它所处的纬度比较高，因此不管什么季 节，太阳始终在南面，因此，在设计竖直方向的检测单元时，因考虑到
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（上接第 126 页）则。 3.2 最大信噪比准则下的信号合并方法 3.2.1 选择性合并
选择性合并方法是在多支路接收信号中，选取信噪比最高的支路 信号作为输出信号，其原理框图如图 1 所示。
接 收 端 是 i=1,2,…n 的 n 个 分 集 支 路 接 收 机 ，利 用 选 择 逻 辑 选 择 其中具有最大基带信噪比的某一路基带作为输出。 3.2.2 最大比值合并
【参考文献】 ［1］皱 晓 ，王 九 红.基 于 混 杂 模 式 的 网 络 监 视 系 统 设 计 [J]. 汉 江 大 学 学 报 ，2003，31 （3）：49-51. ［2］康 小 军 ，何 方 白.基 于 WinPcap 的 网 络 吞 吐 量 测 试 的 设 计 与 实 现[J].电 子 科 技 ，2007，11：39-42.
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