太阳能自动跟踪系统的设计
单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计
单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计引言：太阳能光伏发电已经成为可再生能源中最受关注的一种技术。
光伏发电效率受到太阳光照的影响，传统的固定光伏发电系统效率较低。
为了优化光伏发电系统的效率，设计了一种单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统，能够根据太阳位置自动调整光伏板的角度，最大限度地提高太阳能的利用效率。
一、系统工作原理：该单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统由光敏电阻、测量电路、控制电路和执行机构组成。
光敏电阻负责感应太阳光照强度，传递给测量电路进行电信号转换。
控制电路接收到转换后的信号，并与事先设定的峰值进行比较。
然后，根据比较结果来控制执行机构，使光伏板按需自动调整角度。
二、光敏电阻的选择：光敏电阻是该系统中最重要的一个元件，因为它直接影响到系统的准确度和稳定性。
在选择光敏电阻时，需要考虑以下因素：光敏电阻的特性曲线、光敏电阻的响应时间、光敏电阻的阻值范围等。
一般建议选择具有较高灵敏度和稳定性的光敏二极管。
三、测量电路设计：测量电路的作用是将光敏电阻的电信号转换为适合控制电路处理的电信号。
测量电路一般由信号放大器、滤波器和模数转换器构成。
信号放大器用于放大光敏电阻产生的微弱电信号，滤波器用于去除噪声和杂散信号，模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号。
在设计过程中，需要合理设置放大系数和滤波参数，以确保测量电路的准确性和稳定性。
四、控制电路设计：控制电路是系统的核心部分，其功能是根据光敏电阻测量电路输出的信号，与事先设定的峰值进行比较，并根据比较结果来控制执行机构进行角度调整。
控制电路一般由比较器、运算放大器和逻辑电路构成。
比较器用于将输入信号与参考信号进行比较，运算放大器用于放大比较结果的差别，逻辑电路用于判断角度调整方向，并控制执行机构的运动。
五、执行机构设计：执行机构是该系统中最关键的部分，其功能是根据控制电路的指令，使光伏板按需自动调整角度。
常见的执行机构有两种：电动执行机构和气动执行机构。
光伏发电自动跟踪系统的设计
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。
太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究
太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究1.引言近年来，由于环境污染和化石能源的消耗，太阳能作为一种清洁、可再生的能源逐渐受到了广泛关注。
太阳能电池板作为太阳能利用的重要组成部分，具有将阳光能转化为电能的能力。
然而，由于太阳的运动轨迹以及天气等因素，太阳能电池板的效率常常受到一定程度的限制。
因此，设计一种能够实现自动追踪太阳的系统，成为提高太阳能电池板效率的有效途径。
2.太阳能电池板追日自动跟踪系统的原理太阳能电池板追日自动跟踪系统通过控制电机的转动，使太阳能电池板始终朝向太阳。
系统主要由光敏电阻、测量装置、控制器和电机组成。
当太阳光照射到光敏电阻上时，光敏电阻产生电信号，并通过测量装置转换为相应的角度信息。
控制器通过比较实际角度与太阳位置的偏差，控制电机旋转，使太阳能电池板调整到正确的角度。
3.系统参数设计与优化为确保系统的准确性和稳定性，需要对系统的参数进行设计与优化。
首先需要选取合适的测量装置，以确保可以准确地测量太阳能电池板的角度。
传感器的选取应考虑其分辨率、精度和抗干扰能力等因素。
其次，需要合理设计控制器的算法，以保证系统的精度和灵敏度。
控制器应对太阳位置变化做出快速而准确的响应，从而实现对太阳能电池板运动的精确控制。
最后，还需对电机的选型和驱动方式进行优化，以确保电机可以在恶劣环境下稳定运行。
4.系统性能测试与分析在完成系统参数设计与优化后，需要进行系统性能测试与分析。
测试时可以在不同天气条件下观测太阳能电池板的追踪效果，并对实际追踪角度与理论角度之间的差异进行比较。
此外，还可通过测试太阳能电池板的电能输出情况，以评估系统的效率和稳定性。
通过对测试结果的分析，可以进一步改进系统设计，提高追日自动跟踪系统的性能和可靠性。
5.应用前景与展望太阳能电池板追日自动跟踪系统具有重要的应用前景和发展空间。
随着太阳能的广泛应用，对太阳能电池板效率的要求也越来越高。
追日自动跟踪系统可以帮助太阳能电池板始终追踪太阳，最大程度地提高电能转换效率，从而提高整个太阳能发电系统的综合效能。
《2024年太阳能自动跟踪系统的设计与实现》范文
《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。
太阳能自动跟踪发电控制系统开发与设计
太阳能自动跟踪发电控制系统的开发与设计摘要：当前,由于技术条件限制,光伏发电的转换效率很低,严重制约了太阳能发电的发展与普及,因此,在现有条件下,寻求一种实用的方式去提高太阳能的发电效率是非常必要的。
实践证明,太阳能的发电效率和太阳能电池板与太阳光线的角度有很大关系,太阳能发电中,太阳能电池板实时和太阳光线保持垂直能在很大程度上提高太阳能的发电效率。
本文针对如何提高太阳能发电效率的问题,提出了采用自动跟踪的方法,让自动跟踪系统对太阳的运动轨迹作出实时判断,从而使太阳能电池板实时和太阳光线保持垂直,提高光伏转换效率。
关键词：太阳能；自动跟踪；发电控制系统；开发与设计中图分类号：tk511 文献标识码：a 文章编号：1.引言地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题。
同时，太阳能也是一种洁净的能源，在开发和利用时，不会产生废渣、废水、废气，也没有噪音，更不会影响生态平衡。
但是，太阳能的利用有它的缺点：一是能流密度较低，日照较好的，地面上1平方米的面积所接受的能量只有1千瓦左右。
往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置地面积大，用料多，成本增加。
二是受大气影响较大，给使用带来不少困难。
本文设计一种基于gps定位及太阳方位计算的的太阳自动跟踪装置，该装置能自动跟踪太阳的运动，保证太阳能设备的能量转换部分所在平面始终与太阳光线垂直，提高设备的能量利用率。
与此同时加以风力发电机辅助发电给蓄电池充电，进而在夜间给路灯提供电源。
2 太阳能自动跟踪系统硬件设计2.1 太阳能自动跟踪系统的机械构成及工作原理太阳能自动跟踪系统的机械结构由太阳能电池板、减速电机、齿轮传动机构、基座等构成。
基座主要支撑和固定太阳能自动跟踪器。
当太阳照射角度发生变化时，垂直方向（y）和水平方向(x)的减速电机就会相应的通电转动，通过齿轮机构传动使太阳能电池板始终与太阳光线垂直，即获取到最大的太阳光照能量。
整个装置由机械部分和控制部分组成。
《2024年太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究》范文
《太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究》篇一一、引言随着科技的不断进步和环保意识的日益增强，太阳能作为一种清洁、可再生的能源，其利用效率与效益日益凸显。
太阳能电池板作为太阳能利用的核心设备，其性能的优化与提升成为研究的重要方向。
其中，太阳能电池板追日自动跟踪系统（以下简称“跟踪系统”）的研究与应用，对于提高太阳能的利用率和转换效率具有重要意义。
本文旨在探讨太阳能电池板追日自动跟踪系统的原理、设计及其实验结果，以期为相关研究与应用提供参考。
二、系统概述太阳能电池板追日自动跟踪系统是一种利用传感器和控制系统，实现对太阳运动轨迹实时追踪的系统。
该系统能够根据太阳的位置变化，自动调整太阳能电池板的朝向，使电池板始终面向太阳，从而提高太阳能的利用率和转换效率。
该系统主要由传感器模块、控制模块和执行模块等部分组成。
三、系统原理1. 传感器模块：传感器模块负责实时监测太阳的位置信息。
通常采用光电传感器或GPS定位系统等设备，实时获取太阳的位置数据。
2. 控制模块：控制模块是系统的核心部分，负责接收传感器模块传输的太阳位置信息，根据预设的算法计算出太阳能电池板需要调整的角度，并发出控制指令。
3. 执行模块：执行模块根据控制模块发出的指令，驱动电机等设备，实现对太阳能电池板的自动调整。
四、系统设计1. 硬件设计：硬件设计主要包括传感器、控制器和执行器等设备的选择与配置。
传感器应具备高精度、低噪声的特点，控制器应具备快速响应、高稳定性等特点，执行器应具备高精度、低能耗的特点。
2. 软件设计：软件设计主要包括传感器数据的采集与处理、控制算法的设计与实现等。
软件应具备实时性、准确性、可靠性等特点，能够实现对太阳能电池板的精确控制。
五、实验结果与分析通过实验验证，太阳能电池板追日自动跟踪系统能够实时监测太阳的位置信息，并根据计算结果自动调整太阳能电池板的朝向。
实验结果表明，该系统能够有效提高太阳能的利用率和转换效率，与固定安装的太阳能电池板相比，具有显著的优越性。
一种太阳能电池自动跟踪系统的设计
８ ３ ０Ｉ
图 ３ １ 统 总框 图 － 系
ｐ Ｃ
（ ）东 西或 南北 传 感器 电信 号差 大 于 ０ Ｖ 时 陈 － 、 ． ２ 列跟踪 ． 否则 不跟踪 （ 、 到异 常情 况像 自然灾 害 时 ． 四） 遇 能够 采取 相应 的保护措 施 ， ： 如 遇冰雹 时 ， 列走 到垂 直状 态 ； 阵 台风暴
图 ３ ２所 示 。 —
这 样 就 把 ＭＣ 一 Ｉ的 串行 端 口 （ＸＤ和 Ｒ Ｄ） Ｓ５ Ｔ Ｘ 转
负载
换成标准的 Ｒ 一３ Ｓ ２ ２接 口 ．只要 用 一 根 通 信 电 缆将 该 通 信 端 口与 Ｐ Ｃ机 的 Ｃ Ｍ Ｅ连 接 起 来 。 写 好 通信 软 Ｏ Ｉ 编 件 ． 者就 可 以通信 了 二 本 系统 主要 工作 都 在无人 端 ｆ 位 Ｖ ） 行 。 下 Ｌ进 外接 一 通 信接 Ｖ 的有人 端ｆ 位Ｖ ） Ｉ 上 ｔ主要完 成 如 下功 能 ： （ ） 在接 收 到无 人端 的告 警信 号 时 ， 制 指示 灯 一 、 控 亮 并发 出告 警信 号 ， 由打 印机 打印 出相 应 的信 息 。
Ｏ 本 系统 的上位机是 配有 Ｃ Ｍ１ Ｃ Ｍ２口的 Ｏ 和 Ｏ （ ） 九 、本系 统不 考虑 风 力发 电机及 油机 的 故 障处 Ｃ Ｍ 口 Ｐ Ｃ机 。 由于 Ｒ 一 ３ Ｓ ２ ２采 用 负 逻 辑 ． ： 辑 １ … Ｖ 即 逻 ：５ 理。 均视为 理想状态 。 １Ｖ； ５ 逻辑 ０＋ Ｖ ＋ ５ ：５ １Ｖ。而 ＭＣ 一 １ 片机 的输 入 、 Ｓ５ 单 输 ３ 总体 系统结构 及控 制过程 简 述 、 出电平均 为 １ Ｌ电平 ． Ｔ 两者 的 电气规 范不 一致 。 以为 所
太阳能自动跟踪系统的设计与实践
１ 引 言 ．
方 面 也 应 该 抓 住 机 遇 ， 进 行 相 应 的基 础 池充 电，进而在夜间给路灯提供 电源 。
传统 的燃料 能源正在一天天减 少，
研究和应用开 发，为开设相关 的专业做
２ 太阳能自动跟踪 系统硬件设计 ． ２ ｉ 太 阳能 自动跟踪系统 的机械 构 ． 太 阳能 自动跟踪系统 的机械结构 由 太 阳能 电池板 、减速 电机 、齿轮传动机
描述 的硬 件 电路 实现 。
【 Ａｌ ｒ ｏｐ ｒｔ ｎＮｉｓＩ ｌｓ ｒｇａ ６ ｔ ａＣ ｒｏａｉ ． ｏ ＩＦａｈＰ ｏｒｍｍｅ ｅ ］ ｅ ｏ ｒＵｓｒ
Ｇｕ ｄ ． ０ ． ｉ ｅ ２ ０９
其在 目前 的多媒体娱乐市场上 具有 很高
的 竞 争 力 ，并 且 应 用 前 景 广 泛 。用 基 于
文设计一种太 阳能自动跟踪 系统，其 能根据 太阳相 对地球运动轨迹的规律 ，控制太 阳能板 自 实时跟踪太 阳方位 ，保 持太阳能电池板始终与太 阳入射 光线垂直 ， 动
从而保持较高的太阳能利用率 。本文重 点叙述太阳能 自动跟踪控制系统的硬件与软件设计与实践的内容。
【 关键词 】太阳能； 自 动跟踪 ；Ｇ Ｓ Ｐ ；单 片机
政策 （ Ｔ ）续延２ ６ 。太 阳能光伏 发 位计算的 的太 阳 自动跟踪装置 ，该装置 动作等 。 ＩＣ －年 电和风 电在我 国是一个新兴事物 ，光 伏 能 自动跟踪太 阳的运动 ，保证太阳 能设 产业让 国内企 业看 到了机遇 ，而 且该产 备的能量转换部分 所在平面始终与太 阳
［］ ｔ ａＣ ｒｏａｉｎＮｉｓＩ Ｓ ｆ ｒ ｖｌｐｒ ｓ ５ＡＪｒ ｏｐ ｒｔ ． ｏ Ｉ ｏｔ ｅＤｅｅｏ ｅ ｅ ｏ ｗａ
《2024年太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究》范文
《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。
太阳能电池自动跟踪系统的设计
１ ３ 单 片 机 选 取 ．
由于对 太 阳轨道 位 置 的计算 量相 对较 小 ，因此选
取 普通 的 Ａ ９５ Ｔ８ Ｃ ２单 片 机 即 可 满 足 计 算 要 求 。
ＡＴ８ Ｃ ２单 片机 具 有价 格低 廉 、能耗低 、高性 能 的特 ９５
种 高性 能 、 功耗 、 Ｒ 低 带 ＡＭ 的实时 时钟 电路 ， 可 以 它
有必 要 的。
本 文 提 出 了一 种 以 Ｄ １ ０ Ｓ ３ ２和 ＡＴ ９ ２单 片 机 ８ Ｃ５ 为核 心的太 阳能 自动跟 踪系统 。此系统 能根据 计算 出 的每 日太 阳高度角 和方 位角来 自动调整 太 阳能 电池 板 的朝 向 ，使太 阳位 置的 确定更 为精 确 ，并且其 机械 减 速 机构 采用蜗 轮蜗 杆传 动 ，利 用其 自锁 功能可 以在 调 整结 束后使 系统供 电停止 ，节 省 了能源 ，有效 地提 高 了太 阳能的利 用率 。 １ 自动跟踪 系统的组 成和 结构 太 阳能 自动 跟 踪 系统 由双轴 机 械 跟踪 定位 系统 、 计 时 芯 片和单 片机 ３部分 组成 。
维普资讯
第 ３期 （ 第 １８期 ） 总 ４
２０ ０ ８年 ６月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣ ＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵ Ｔ０Ｍ ＡＴ１ ０Ｎ章 编 号 ：６ ２６ １ （０ ８ ０ —１ ６０ １ ７ — ４ ３ ２ ０ ） ３０ ５ ～ ３
关 键 词 ：太 阳 跟 踪 ； 高度 角 ； 方位 角 ；步 进 电机
中 图分 类 号 ：Ｔ ２ ． ＴＰ ７ Ｎ８ ０ ４： ２ ３ 文 献标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
太 阳能是 一种 清洁无 污染 的 能源 ，取 之不 尽 ，用 之不 竭 ，其 发 展前景 非常 广 阔 ，利用 太 阳能发 电 已经 成 为全球 瞩 目的一个 具有 深远意 义 的研究课 题 。但是 太 阳能具 有间 歇性及 强度 和方 向不 确定 的特点 ，给太 阳能 的 收集 带来 了一定 难 度 。一 般 的固定式 太 阳能采 集 系统没 有充 分利用 太 阳的能量 ， 收效率 比较低 。 吸 因 此 ，在太 阳能利用 中 ，对太 阳位 置进行 自动 跟踪 是很
新型太阳能自动跟踪系统设计与实验说明书
Design and Experiment of a New Solar AutomaticTracking SystemLili Cheng1 and Bin Wang21Institute of Technology , Jilin University, 130012, Changchun, China2CRRC Qishuyan Institute Co.,Ltd, 213011, Changzhou, ChinaAbstract—A new type of solar photovoltaic power generation automatic tracking system was designed in this paper. First of all, based on the principle of dual-axes tracking and the law of the sun trajectory, a novel parallel solar tracking mechanism was devised. The mechanism of automatic tracking system uses3-DOF parallel structure and can track the sun all-round. Secondly, the control algorithm is studied by the mathematical model of parallel tracking mechanism and proposed the tracking strategy of the photoelectric tracking and sun trajectory tracking.In the sunny day, the sunlight is detected by photoelectric sensor and with the photoelectric tracking mode. In the rainy days, according to the calculation of the solar altitude angles and azimuth, the automatic tracking is used the construction of the data base and look-up table to track sun by software control method. Finally, the generating capacity of automatic tracking system experiment is carried on research. The experimental results show that the designed parallel tracking mechanism has a good performance and stable operation, also can realize all-round automatic tracking. The power generation of the new automatic tracking system has more power than two axes tracking 14.1%.Keywords-automatic tracking; parallel mechanism; photoelectric tracking; sun trajectory trackingI.I NTRODUCTIONAs an effective way to improve the utilization of solar energy, solar automatic tracking system has been paid attention to by the countries all over the world. Solar automatic tracking means that during the process of solar radiation, the solar panel's surface is always perpendicular to the solar rays and more solar radiation energy is obtained in a limited area [1,2]. The sun energy acceptance rate is different with another tracking method. At present, the tracking mechanism can be divided into single axis tracking, two axis tracking, polar axis tracking and parallel tracking, and so on [3]. Two axis tracking is the mainstream method at present. It can automatically track the sun in two directions of horizontal and pitch. It also can achieve larger power output. In recent years, the parallel mechanism has large stiffness, stable structure, high accuracy, and easy to realize real-time motion control, so it has been gradually applied to the solar automatic tracking. The typical 3-DOF parallel sphere tracking mechanism is proposed by Professor Zhang Shunxin in Hebei University of Technology [4]. The parallel spherical tracking mechanism has the characteristics of compact structure, high stiffness and large working space. It can achieve a comprehensive tracking and greatly efficiency of acceptance.The existing tracking mechanism is driven directly by the motor. A heavier solar panel will be used a large motor drive which makes the power consumption of its own increase and the effective output power generation decrease [5,6]. In order to solve the problem of sun tracking mechanism, a novel solar automatic tracking system was designed this paper. The tracking system can reduce the power loss of its own and increase the output effective power generation. Therefore, it can improve the efficiency of tracking device and achieve the purpose of automatic tracking.II.D ESIGN OF N EW S OLAR T RACKING M ECHANISMA.The Working Principle of a New Parallel AutomaticTracking MechanismThe new solar tracking system mainly includes support mechanism, limiting mechanism, drive mechanism and parallel steering mechanism. The supporting mechanism is composed of a tripod support at the bottom, a triangular platform at the top and a universal joint fixed on it. The driving mechanism passes the torque to the gear through the stepping motor. Then the gear-rack passes are meshed through the steel wire which the position and the posture of the solar energy plate are changed arbitrarily. Three sets of limit rod in triangular platform and the solar panel tray are made up the limiting mechanism. The upper of three sets limit rod is connected a spherical hinge to the solar plate tray. The 3 spherical hinges are fixed on the solar panel tray and formed a triangle. The steering mechanism is composed of 3 spherical hinges in the solar plate tray edge of the 120 degrees angle and formed a triangle. The hinged thin steel wire is fixed on the rack by the guide wheel. The three-dimensional model is shown in Fig.1.The working principle of the mechanism is that the stepping motor is powered on, then the thin steel wire connected with the gear is driven by a gear-rack mechanism, so the tray movement is influenced by the guide wheel. The coordinated movement of the three fine wire ropes makes the attitude of the solar panel change arbitrarily. The azimuth angle can reach 360 degrees, and the pitching angle also can reach 110 degrees. Therefore, the full range tracking can be realized.2nd International Conference on Control, Automation, and Artificial Intelligence (CAAI 2017)1.Triangle support2.Rack3.Thin steel wire4.Stepping motor5.Motor bracket6.Triangular platform7.Guide wheel8.Guide rail9.Gear 10.Limit connecting rod 11.Universal coupling 12.Spherical hinge 13. Solar panel trayFIGURE I. THE NEW SUN TRACKING MECHANISM MODELB. Modeling of New Parallel Automatic Tracking Mechanism In order to facilitate the establishment of a mathematical model, the new parallel tracking mechanism was designed in this paper. The mechanism can be divided into fixed platform and moving platform. The platform is composed of three stepping motors, gear-rack and guide wheel. The moving platform is composed of solar panel tray and universal coupling. The 3 spherical hinges are arranged at the edge of the solar panel tray at 120 degrees intervals, and the three fixed points of the 3 spherical hinges are also arranged in a positive triangle.When the parallel tracking mechanism is in motion, the three rope lengths are respectively 1l , 2l , 3l , and the position positive solution equation of the parallel tracking mechanism is[7]:According to the parallel sun tracking mechanism of positive solutions of the conditions, 1l , 2l , 3l are known, so the three unknowns are corresponding three independent equations. Through solving formula, the parallel tracking mechanism output equations of position α, β, B z can beobtained.22212222222223(cos )(sin )(cos sin sin )cos )(sin sin cos )222(cos sin sin )cos )(sin sin cos )222B B l r R z r R r rl z R r rl z βββαβαβαββαβαβαβ⎧⎪=-+-⎪⎪=-+++⎨⎪⎪=-++-⎪⎩III.R ESEARCH ON C ONTROL S YSTEM OF N EW S OLART RACKING S YSTEMAfter completing the mathematical modeling of the solar automatic tracking mechanism, it is necessary to design the control system, including the design of the hardware system and software system. This paper is proposed a control strategyof combining the photoelectric tracking with sun trajectory tracking based on the solar automatic tracking in any weather condition. The tracking mode is mainly depended on the trajectory tracking and sun trajectory tracking is supplemented. In a sunny day, a photosensitive diode is used to accomplish the light intensity detection. Cloudy or cloudy time is calculated by software to calculate the trajectory of the sun. Collaborative control of hardware and software enables real-time and accurate tracking of the sun. The workingprinciple of the control system is shown in Fig. 2.FIGURE II. THE WORKING PRINCIPLE OF THE NEW SOLARAUTOMATIC TRACKING CONTROL SYSTEMThe new principle of automatic solar tracking controlsystem is that the three ropes length displacement are calculated according to the kinematics equation of the 3-DOF parallel mechanism, then the controller will transmit control signals to the three shafts drive board, so the stepper motor can drive actuator motion. When the sun shines on the photoelectric sensor, the sensor is judged according to the information of the sunlight to see whether the threshold of the photoelectric sensor is set. If the threshold is set, the system is automatically switched from mode control to photoelectric tracking module. If the threshold of the sensor is not reached, the system will automatically switch to sun trajectory tracking module. According to the local latitude, the solar altitude angle and azimuth angle are calculated on the basis of the sun trajectory algorithm, and then the database is set up to store the information of the solar trajectory into the controller. When cloudy or dark clouds, the solar altitude angle and azimuth information are queried from the database in the current time., at and then the telescopic rope length is calculated by the controller. It can control the stepper motor movement through the program and make the solar panel reach the expected position. The combination of photoelectric tracking and sun trajectory tracking, the system can accurately track the solar rays all day and automatically.A. The Hardware Circuit Design of Control SystemThe hardware of the automatic tracking control system is mainly composed of MCU controller, stepping motor, motor drive, photoelectric sensor, light intensity detection circuit and so on. Among them, the MCU is the control component, the stepping motor is the executive part, and the photoelectric sensor is the feedback control component. The hardware design of the control system is shown in Fig. 3.FIGURE III. THE HARDWARE DESIGN BLOCK DIAGRAM OFCONTROL SYSTEMThe control system constructs the application system based on MCU controller as the core. The modular thought of hardware circuit is designed for each unit circuit, and then the synthesis of the hardware circuit is carried out. Each circuit unit is combined to a complete hardware circuit by the function demands. The analog and digital signals are acquired through the peripheral circuit of the MCU control system, and input to the MCU control. After dealing with the MCU, the corresponding action of execution unit can control the whole system.B.The Software Design of Control SystemThe software design of the automatic tracking system mainly includes the main control module, the photoelectric tracking module, the sun trajectory tracking module and the maximum power point tracking algorithm program design. The design of control system software adopts the idea of modular. All modules were designed and then combined to a complete module, so it is easy to program, but also can be easily modify error in a module. The overall design is shown in Fig. 4.FIGURE IV. THE SOFTWARE DESIGN BLOCK DIAGRAM OFCONTROL SYSTEMThe program is composed of photoelectric tracking module and sun trajectory tracking module. Firstly, the photoelectric signal is converted into an electric signal through the light intensity detecting circuit according to the photoelectric sensor. According to the comparison of the preset reference voltage and the ends sensor voltage, if the ends sensor voltage is greater than the reference value, it can output high level. The stepper motor control will be not moved at this time. If it is less than the reference value, it can output low level. Then, the stepper motor control will be action by the MCU. Secondly, the solar altitude and azimuth are calculated according to the local latitude and the time. The angle of calculation will be built the data base, and then the solar elevation and azimuth are inquired every time from the library table. The MCU will send a pulse signal and direction signal to the stepper motor. The solar panel is corrected by one direction so as to complete a tracking. The solar panel is corrected by one direction so as to complete a tracking.FIGURE V. THE POWER TEST PROCESS OF TWO AXIS TRACKINGFIGURE VI. THE POWER TEST PROCESS OF NEW AUTOMATICTRACKING SYSTEMIV.E XPERIMENTAL RESEARCH AND ANALYSIS The test starts at 8:00 am and ends at 18:00 pm with a total of 10 hours of testing. Compared to the power of the two tracks, the result is shown in Fig. 7. In this experiment, one area of Jinhua as an example, the same power of solar panels (20W) is used in this test. The power comparison test is carried on the new solar automatic tracking system and two axis tracking system in different time on the same day. Test conditions: temperature 15-28 ℃, cloudless weather. The experiments are shown in Fig. 5 and Fig. 6.FIGURE VII. COMPARISON OF POWER GENERATION BETWEEN NEW AUTOMATIC TRACKING AND TWO AXIS TRACKINGFig.7 shows that the average power of the two axes tracking is about 11.6W all day long. The average power of the new solar automatic tracking is about 13.5W all day long. The new automatic tracking power is 14.1% higher than the traditional two axes tracking all day long. The experimental results show that the power generation of the new solar automatic tracking is better than the two axes tracking.V.C ONCLUSIONS1. The designed new solar automatic tracking system can coordinate movement with each other without interference when three motors turn .2. The whole power generation of the new solar automatic tracking system is 14.1% more than traditional two axis tracking system.Compared with the traditional two axis tracking system, the designed new parallel solar tracking system is effective in generating more power in this paper. Its economy is obvious, and the utilization of the sun is high.A CKNOWLEDGEMENTThis research was financially supported by the National Science Foundation.R EFERENCE[1]Ardehali M M, Shahrestani M, Charles C. Energy simulation of solarassisted absorption system and examination of clearness index effects on auxiliary heating[J]. Energy Conversion and Management, 2007, 48(3): 864-870.[2]CHEN Jianbin, SHEN Huiping, DING Lei, et al. Newest progresses onthe two-axis tracking system study of the solar energy photovoltaic [J].Machinery Design & Manufacture, 2010(8): 364-266.[3]YOU Jinzheng, ZOU Lixin, ZHOU Tong et al. Design of AutomaticSolar Tracking System[J]. 2009,19(5):139-142.[4]ZHANG Shunxin, SONG Kaifeng, FAN Shuncheng, et al. Study on thenew two-axes solar tracker based on spherical parallel mechanism[J].Journal of Hebei university of technology, 2003, 32(6):44-48.[5]Sokolov A, Xirouchakis P. Dynamics analysis of a 3-DOF parallelmanipulator with R-P-S joint structure[J]. Mechanism and Machine Theory, 2007, 42 (5): 541-557.[6]LU Kaijiang, NIU Lufeng, LIU Yaru, et al. Research on SingularConfiguration and Workspace of 3-RPS Parallel Mechanism[J]. Journal of agricultural machinery, 2007, 38(5):143-146.[7]HE Xinsheng, GAO Chunfu, WANG Bin, et al. Positional PostureAnalysis and Experimental Research on A New Sun Auto-tracking Mechanism[J]. Opt. Precision Eng., 2012, 20(5): 1048-1054。
太阳能自动跟踪系统的设计
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。
基于步进电机细分驱动的太阳能自动跟踪系统的设计
个 相 同 的驱 动模 块 。传 感 器 模 块 包 括 四象 限探 测
器 、信 号处 理 电路 和 Ｄ 换 电路 。太 阳光 线 垂直 转 照射 四象 限探测器 时 ，它 四个 象 限的输 出 电流 等 ； 当发生偏 移时 ，四个象 限 的电流不 等 ，通 过 四
象 限探测 器 的这 种特 点检测 太 阳光是否 直射 太 阳能 电池板 。信号 处理 电路负责 信号 采集放 大 ，把 电流
１ 太 阳能 自动 跟 踪 系 统 的 设 计
１１ 太 阳运 行 规律 ．
ｏ １ （２ ｔ ￣ ５ １ 一） ＝ 式 中 ：￡ 天 当 中的时刻 。 是一
（） ４
由式 （）一 （）可 计 算 出太 阳高 度 角 和 方 位 １ ４
角 ，以 此进 行 两 个 角度 的双 轴 跟 踪 ，来 实 现太 阳 能 自动跟 踪 。
和 太 阳能 电池 板 。单 片机 是整 个 跟踪 系统 的 核心 ， 负 责 运 算 和控 制 。 时钟 模 块 主 要 把全 年 每 天 的时
间 提 供 给单 片机 。驱 动 模 块 包 括光 电 隔离 、步 进
图２
南
四 象 限 探 测 器 示 意 图
阳运 动 的两 个偏 移 量 由式 （）算 出 ， 由此 可 测 出 ５同 太 阳 的方位 ，从 而起 到 跟 踪 的 作用 。 四象 限探 测 器 能 在东 西 方 向 （ 位 角方 向）和 南 北方 向 （ 度 方 高
为 了提 高 太 阳 能 电 池 板 对 光 能 的 采 集效 率 ．
收 稿 日期 ：０ １ ０ — １ ２ １ － ５ １
。 ） ｍ 避
八
１ ． 系统 总体 设计 ２
』北 －
太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究
太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和对可再生能源的追求，太阳能已成为一种广受欢迎且前景广阔的能源形式。
其中，太阳能电池板作为太阳能的直接转换装置，其效率和使用寿命直接决定了太阳能系统的经济效益和环保效果。
然而，传统的固定式太阳能电池板在日照条件变化时，无法实时调整其角度以获取最大的太阳辐射量，从而限制了其光电转换效率。
为了解决这一问题，本文提出了一种太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究方案。
该系统通过集成光电传感器、伺服驱动器和智能控制算法，实现了对太阳能电池板的高精度自动跟踪控制。
系统能够实时感知太阳的位置和辐射强度，并自动调整电池板的角度，确保电池板始终垂直于太阳光线，从而最大化地接收太阳辐射能，提高光电转换效率。
该系统还具备自动校准和故障自诊断功能，能够确保系统的长期稳定运行。
本文首先介绍了太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究背景和意义，然后详细阐述了系统的组成和工作原理，包括光电传感器、伺服驱动器和智能控制算法的设计和实现。
接着，本文通过实验和仿真验证了系统的性能和稳定性，并与传统固定式太阳能电池板进行了对比。
本文总结了研究成果，并展望了未来研究方向和应用前景。
本文的研究不仅对提高太阳能电池板的光电转换效率具有重要意义，也为太阳能系统的智能化和自动化提供了新的思路和方法。
该系统的研究和应用，对于推动可再生能源的发展，实现可持续发展目标具有重要的现实意义。
二、太阳能电池板追日自动跟踪系统的工作原理太阳能电池板追日自动跟踪系统的工作原理主要基于光电效应和天文学的基本原理，通过精确计算和控制，使太阳能电池板始终能够正对太阳，从而实现最大效率地接收和利用太阳能。
系统通过内置的传感器实时检测太阳的位置。
这些传感器可以是光电传感器、GPS接收器、倾斜传感器等，它们可以测量太阳的角度、方位和强度等信息，并将这些数据传输到系统的控制中心。
控制中心接收到传感器数据后，会利用天文学算法进行计算，预测太阳在未来一段时间内的运动轨迹。
太阳光自动跟踪仪系统设计论文
太阳光自动跟踪仪系统设计论文内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题目：太阳光自动跟踪仪系统设计以常规能源为基础的能源结构随着资源的不断耗用将愈来愈不适应可持续发展的需要，加速开发利用以太阳能为主体的可再生能源己成为人们的共识。
光伏发电系统可以直接将太阳光能转换为高品位能源—电能。
由于太阳在天空中的位置是不断变化的，为此本文采用了自动跟踪系统。
介绍了目前国内太阳跟踪器的发展现状，各类跟踪器的性能特点。
对目前跟踪器存在的问题进行了分析，提出了新型自适应复精度太阳跟踪平台和通过单片机控制步进电机的太阳跟踪平台的系列方案。
关键词：太阳能自动跟踪摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论太阳能光伏发电概述 (1)1.1 开发新能源的迫切需要 (1)1.2 光伏发电的特点 (1)1.3 光伏发电的现状及发展前景 (2)1.4 光伏发电系统的简单介绍 (4)1.5 本课题研究目的及所做的工作 (5)第二章光伏电池的研究与分析 (6)2.1 光伏电池的原理 (6)2.1.1 光伏电池的光伏效应 (6)2.1.2 光伏电池的物理模型 (7)2.2 光伏电池的输出特性及其影响因素 (9)2.2.1 光伏电池的I-V和P-V特性曲线 (9)2.2.2 光伏电池的主要参数 (10)2.2.3 太阳的光照强度对光伏电池转换效率的影响 (11)2.2.4 温度对光伏电池输出特性的影响 (12)第三章光伏发电系统中聚光器的研究与设计 (13)3.1 聚光比 (13)3.2 典型聚光器的性能分析 (14)3.2.1抛物面反射镜的聚光性能 (14)3.2.2复合抛物面（CPC）聚光器 (16)3.2.3折射式菲涅尔聚光器 (17)3.3 聚光器的选择和开发 (19)3.3.1 聚光器的选择 (19)3.3.2 CPC聚光器的实际应用设计 (20)第四章光伏电池最大功率点的跟踪 (22)4.1 最大功率点跟踪及其实现目标 (22)4.2 常用最大功率点跟踪方法比较 (22)4.2.1 电压反馈法 (22)4.2.2 扰动法 (23)4.2.3 电导增量法 (25)4.3 最大功率点控制方法的选择及改进—断续扰动法 (26)第五章自动跟踪系统 (27)5.1 自动跟踪器的研究概况 (27)5.1.1 国内太阳能自动跟踪器的研究现状 (27)5.1.2 目前太阳能自动跟踪器所存在的问题 (29)5.1.3 新型跟踪平台的开发 (31)5.2 自适应复精度太阳跟踪平台 (31)5.2.1 太阳位置探测单元 (32)5.2.2 信号处理与控制单元 (34)5.2.3 动力单元 (37)5.2.4 实际电路 (39)5.3 通过单片机控制步进电机的太阳跟踪平台 (41)5.3.1 自动跟踪系统的工作原理 (41)5.3.2 传感器光敏二极管的工作过程 (41)5.3.3 步进电机及其特性 (44)5.3.4 基于单片机ADμC812控制的驱动电路 (46)5.3.5 自动跟踪的控制电路 (54)5.3.6 软件流程 (54)第六章蓄电池 (56)6.1 蓄电池的概念 (56)6.2 光伏发电系统蓄电池的选用 (56)6.3 铅酸蓄电池的电池反应 (57)6.4 铅酸蓄电池的充放电特性 (58)6.5蓄电池容量的设计及其充电特性 (60)6.5.1 蓄电池容量的设计 (60)6.5.2蓄电池的充电特性 (61)第七章结论 (62)参考文献 (63)致谢 (64)第一章绪论太阳能光伏发电概述1.1开发新能源的迫切需要人们很难想象，如果没有电人类的生活会变成什么样子。
大学毕业设计论文 太阳能 自动跟踪 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AbstractHuman being is seriously threatened by exhausting mineral fuel, such as coal and fossil oil. As a kind of new type of energy sources, solar energy has the advantages of unlimited reserves, existing everywhere,using clean and economical .But it also has disadvantages ,such as low density,intermission,change of space distributing and so on.These make that the current series of solar energy equipment for the utilization of solar energy is not high. In order to keep the energy exchange part to plumb up the solar beam,it must track the movement of solar.In this paper, the solar tracking system of the mechanical part and control system part are designed.First, the mechanical part is designed.Mechanical structure mainly includes the main spindle, stepping motors, gears and gear ring, and so on. When the sun's rays has a deviation, small gear are rotated by stepper motor according to the control signal from MCU. And the large gear and main spindle is rotated by small gear in order to track to achieve the level direction.At the same time, another small gear is rotated by another stepper motor according to the control signal.And the large gear and the solar panels are rotated by the small gear in order to track to achieve the vertical direction. Solar is tracked by the two stepper motors together.Second, control system part is designed.Control system mainly includes the sensors part, stepper motor, MCU system and the corresponding external circuit, and so on. Photoelectric detection system is used to track solar. Sensors use photosensitive resistance. The two same photosensitive resistances were placed in east and west direction of the bottom edge .When the two photosensitive resistances received different light at the same time, the signal from comparison circuit is sent to MCU in order to rotate stepping motors.Keywords Solar energy Tracking Photosensitive resistance SCM Stepping motor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 (43)附录2 (50)1绪论1.1课题来源模拟生产实际课题:太阳能自动跟踪系统设计。
一种太阳能自动跟踪系统的设计
近年 来 能源短 缺 问题 成 为世界 各 国面临 的世界性 难题 ， 能源 开发 是 目前 的一个 研究 热点 ． 新 在节 能环保 的主题 下 ， 界各 国都 把 目光 转 向太 阳 能这 一 清 洁且 世 极具 开发 潜力 的能 源． 我 国 ， 在 虽然 太 阳能可开 发利用
方 案 ， 没计 出 了一 种 基 于 单 片 机 ＡＴ ｍｅａ ６ 的低 功 耗 硬 软 件 控 制 电路 ． 论 分 析 与 试 验 结 果 表 明 ， 系 统 能 够 精 确 并 ｇ ｌＬ 理 该
地 自动 实 现 对 太 阳的 光 电 跟 踪 ． 关 键 词 ： 五 象 限 光 电检 测 ； 直 双 轴 ； Ｔ ｍｅ ａ ６ 单 片 机 ； 功 耗 垂 Ａ ｇｌＬ 低
第 ４ 期
杨 克 立 ， ： 种 太 阳能 自动 跟 踪 系统 的设 计 等 一
资源非 常丰 富（ 年约 １ ０ 每 ７０ ０亿 吨标 准煤 当量 ） 但光 ，
伏 发 电产 业起 步较 晚 ， 常是 采 用 太 阳 能 电池 板 固定 通 朝 南安装 的方 式对 太 阳能 进 行 采集 口 ， 术 落 后 导致 ］技 其利 用率 不 高 ， 及也 受 到 限 制． 普 在相 同 的条 件下 ， 如
一
种太 阳 能 自动跟 踪 系统 的设 计
杨克立 ， 李 强
（ 中原 工 学 院 ， 州 ４ ０ ０ ） 郑 ５ ０ ７
摘
要 ： 在 分 析 现 有 跟 踪 技 术 优 缺 点 的 基 础 上 ， 出 了一 种 五 象 限 光 电 检 测 垂 直 双 轴 结 构 的新 型太 阳 能 自动 跟 踪 系统 提
太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究
太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究一、引言近年来，随着全球对清洁能源需求的不断增加，太阳能作为一种绿色环保的能源形式，受到了广泛的关注和研究。
太阳能光伏系统的效率取决于太阳光的照射角度，而太阳能跟踪系统能够实时调整太阳能电池板的位置，以最佳角度接收太阳光，从而提高能源转化效率。
因此，对太阳能双轴自动跟踪系统的设计与研究具有重要意义。
二、太阳能双轴自动跟踪系统的工作原理太阳能双轴自动跟踪系统主要由光敏电阻、控制电路、电机、轴承和太阳能电池板等组成。
光敏电阻用于实时感知光照强度，然后通过控制电路对电机进行驱动，使太阳能电池板跟随太阳的运动。
该系统的工作原理如下：1. 光敏电阻感知：将光敏电阻安装在太阳能电池板的一侧，用于感知光照的强度。
电阻的电阻值与光照强度呈反比关系，因此可以通过电阻值来判断光照的强弱。
2. 控制电路驱动：利用控制电路对电机进行驱动，实现太阳能电池板的双轴自动跟踪。
控制电路根据光敏电阻感知到的电阻值来判断光照的强弱，并根据一定的算法计算出电机驱动的方向和速度，以实现太阳能电池板的准确跟随。
3. 电机驱动：太阳能双轴自动跟踪系统采用两个电机，分别用于水平轴和垂直轴的驱动。
电机通过与控制电路的配合，实现太阳能电池板的水平和垂直方向的旋转，使其能够跟随太阳的运动轨迹，并保持最佳接收太阳光的角度。
4. 轴承：太阳能电池板通过轴承连接到电机，以实现旋转。
轴承设计应具有较高的承载能力和较小的摩擦阻力，确保太阳能电池板的平稳运转。
三、太阳能双轴自动跟踪系统的设计要点1. 光敏电阻的选择：选择感光度高、响应速度快、稳定性好的光敏电阻，以确保系统能够准确感知光照强度变化。
2. 控制电路的设计：控制电路要能够准确判断光敏电阻感知到的光照强度，根据一定的算法计算出电机驱动的参数，并能够稳定、准确地驱动电机。
3. 电机的选用：选择符合系统需求的电机，应考虑电机的转速、转矩和功率等参数，并能够与控制电路进行良好的配合。
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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。
系统具有实现复位、水平方位的调整，俯仰方向的调整，太阳的跟踪及手动校准等功能。
硬件电路设计
1跟踪系统驱动器接口电路
跟踪系统中微处理器选用89系列性价比高和功耗低的89C52。
74HC14芯片是6非门施密特触发器，与P1．1和P1．2口相连，控制方位限位信号。
74HC240芯片，八反相三态缓冲器／线驱动器，用于数据缓冲及总线驱动。
系统使用两片74HC240芯片，通过P0口引脚控制，两片
74HC240的16个输出引脚作为步进电机驱动电路的输入控制信号，分别控制步进电机俯仰方向和水平方位的正反转。
系统与上位机的通信选用MAX485接口芯片，由P1．0口控制其收发状态。
驱动器接口电路如图3所示。
2步进电机驱动电路
步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应角位移的执行器。
在跟踪系统中，以74HC240的16个输出信号作为步进电机驱动器的输入控制信号，用以控制步进电机俯仰方向和水平方位的正反转。
图4所示的是步进电机一路驱动电路图，系统共有四路驱动电
路，分别驱动步进电机俯仰方向和水平方位的正反转。
其中，水平方位电机由D7，D6，D5，D4驱动；俯仰方向电机由D3，
D2，D1，D0驱动。
跟踪装置中步进电机选用42BYG250C型，步矩角1．8°。
水平俯仰方向步进电机运行的最大角度是360°，共需运行20000步。
减速器的传动比为1：100，即电机转动100°时水平转台相应转动1°。
以步进电机1．8°的步距角计算，当镜面装置的水平转台转动1°时，步进电机发出100／1．8个脉冲，由此可以计算平面镜法向量的方位角为a时步进电机发出的脉冲数为100α／1．8个。
步进电机动作频率可手动设置，默认情况下，步进电机每隔15s动作一次。
3限位信号采集电路
采用光电耦合器与电压比较器电路组成的微机步进电机限位电路，其电路图如图5所示。
限位电路中利用双三态门来控制步进电机的脉冲通路。
工作原理是：在到达限位位置之前，光耦导通，电压比较器LM393的反向输入端有信号，允许步进电机控制脉冲从此通过。
当限位杆到达限位位置时，挡住了光耦的光通路，使LM393的反向输入端无信号，步进电机就停止。
软件设计
太阳自动跟踪系统的软件分为两部分，一是步进电机控制部分，主要由单片机完成。
单片机的软件设计采用模块化设计的方法，主要分为如下几个软件模块：主程序模块、串行口中断处理模块、正常跟踪处理模块、串行口中断复位处理模块等。
单片机主程序流程图如图6所示。
软件的另一部分为PC机部分，PC机软件部分主要是负责任意时刻太阳位置的计算并运用软件计算出当前状况下俯仰与水平方向步进电机运行的步数，并将数据送给跟踪系统驱动器。
与单片机通信的部分使用
VC++中的MSComm控件来编译串口通讯的应用程序，采用MSComm32．OCX控件。
使用控件的属性进行串口设置，使用控件的事件驱动进行串口响应，使用控件的方法完成串行口接收和发送数据。
PC机通信流程图如图7所示。
上位机控制系统具有实现复位、水平方位的调整，俯仰方向的调整，太阳位置的跟踪、手动校准及计算当日数据等功能。
其中“设置”按钮，可进行地方经纬度、波特率、步进电机动作频率等的设置。
上位机可执行程序控制界面如图8所示，图9所示的是控制主界面下“设置”按钮的对话框。
试验观察数据分析
由于影响跟踪精度的因素很多，不仅跟当地纬度、太阳赤纬角、太阳时角的取值有关，还跟步进电机的精度以及跟踪转台的机械结构有关，因
而需要对跟踪轨迹的程序进行校正。
校正采用手动操作，通过控制水平俯仰方位步进电机，使两个轴带动平面镜反光装置转动，同时不断观察平面镜反射太阳光的影子，当影子中心刚好聚在指定点时为最佳，记录下从原点到该点两轴的步进电机各自走过的步数，根据实际运行步数与理论运行步数之差，可计算得到角度之差，就是高度角和方位角的修正值。
校正可以选择任一天中几个不同时刻进行。
系统在实际运行时，观察到太阳在正午至下午3点期间，高度角方位角变化曲线存在明显拐点，变化比较显著，在此期间内系统对太阳位置的跟踪存在误差。
表1中列出了2009年1月12日中午至下午三时左右的理论数据，并用系统的手动校准功能，记录下不同时刻的步进电机实际运行步数。
为了更准确地得到太阳实际位置的参数修正值，应在春夏秋冬四季中不同时刻分别观测记录数据，将得到的一组高度角和方位角的校正值，拟合其曲线。
用校正系数校正理论值存入控制程序，可以提高跟踪精度。
本文介绍的太阳自动跟踪装置可以有效地提高太阳能利用率，适用于各种需要跟踪太阳的装置。
经过试验、测试和实际使用，各项指标均达到了设计要求。
本文设计的太阳自动跟踪装置是基于视日运动规律，为使系统具有更高的跟踪精度，可采用光电传感器跟踪校正，构成由视日运动规律跟踪和传感器跟踪的混合跟踪系统。
随着太阳能自动跟踪装置的广泛应用，它定会有助于提高绿色能源利用的进程，为环境保护和提高人民的生活质量做出更大的贡献。