太阳能自动跟踪装置设计报告

吉林铁道职业技术学院

电子制作职业技能大赛（论文）

题目太阳能自动跟踪装置设计

参赛人姓名王志会张卫国朱峰

所在系电气工程系

指导教师陈冬鹤

完成时间2013年5月26日

吉林铁道电子制作职业技能大赛设计报告

题目：太阳能自动跟踪装置设计

主要内容、基本要求等：

◆主要内容：加强大学生动手操作能力，促进集体荣誉感。

◆基本要求：1，利用单片机控制实现太阳能电池板随着太阳（光源）的位置变

化而调整自身相应的姿态，以达到太阳光能的最佳利用。

2，实现一定的姿态控制精度。

3，以低成本、低功耗完成设计并实现目标电路的组装。

◆主要参考资料：电路基础、电工技术、电子手工焊接、单片机原理及应用、传感器原理与应用。

完成日期：2013年5月26日

指导教师：陈冬鹤

实验组组长：王志会

2013年 6 月 5 日

课题名称太阳能自动跟踪装置设计

指导教师陈冬鹤

组别第四组组员姓名王志会张卫国朱峰

课题来源：

设计目的：掌握单片机、电机拖动及传感器等基本工作原理，根据任务要求能够设计出简单的自动控制电路。为了达到方便、准确而又不耗费人力资源的情况下，制作一个人工智能电子产品---- 太阳能自动跟踪装置设计。

设计要求：1，能够实现利用太阳能电池板随着太阳角度而随时转变，从而实现太阳能电池板一直照向太阳。

2，能够实现一定的精度控制要求。

设计特色：利用TRCT5000对系统进行自定位，以达到最佳演示效果。

任务完成的阶段内容及时间安排：

1，2013年5月初，构思方案，设计和论证，若有问题和指导老师沟通，完成方案的设计，进行该设计的程序编写及电路的制作；

2，2013年5月中旬，完成对太阳能自动跟踪装置的设计、调试并与指导老师汇报自己的设计进展；

3，2013年5月末制作出作品，调试成功后交由指导老师验收成果

太阳能自动跟踪装置

研制目的

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，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，但由于传统太阳能板方向固定，受光时间有限。因此研制可随光移动的太阳能跟随系统。

一 自动跟踪系统整体设计

1.1 系统总体结构

本系统包括光电转换器、步进电机、89C5系列单片机以及相应的外围电路等。太阳能电池板可以360度自由旋转。控制机构将分别对水平方向进行调整。单片机加电复位后，首先由TRCT5000构成的定位系统对整个系统进行预置定位，然后单片机将对两光敏电阻采样进来的两个电平进行比较，电平有高电平和低电平两种，若两电平相等则电池板停止转动，若不等单片机将对两电平进行比较判定，驱动步进电机让太阳能板与之相对应转动，实现电池板对太阳的跟踪。图1-1所示：

图1-1系统总体结构

1.2 光电转换器

光电转换器接收太阳光，将光信号转换成电信号，利用lm339对电信号和基准电压进行比较，单片机根据采集来的信号进行分析比较，得出结果最终控制步进电动机的转动与转向来达到太阳能电池面板始终垂直于入射光线，从而达

传感

光电

单片机

驱

动器

步进电

电源

定

位

到最高效率的利用太阳能。本设计的光敏器件选为光敏电阻。利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理，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的下方。如果太阳光垂直照射太阳能电池板时，两个光敏电阻接收到的光强度相同，所以它们的阻值相同，此时电动机不转动。当太阳光方向与电池板垂直方向有夹角时，接收光强多的光敏电阻阻值减少，驱动电动机转动，直至两个光敏电阻上的光照强度相同，称为光敏电阻光强比较法。其优点在于控制较精确且电路比较容易实现。

1.3 光电转换电路，

下图1-3所示中光电转换电路是其中的一组，另一组电路与此相同。当阳光正对太阳能板时，光敏电阻R1、R2都是高电阻，A、B两点光照相等。四运放LM339的输出的电压相同，单片机收到的信号相等，所以单片机不控制电动机转动。若阳光发生倾斜，使Rl被阳光射中呈低电阻，则A点输出电位比B 点输出电位高。单片机控制uln2003控制步进电机向R1倾斜。反之则毅然。

图1-3

二 单片机及其外围电路

2.1 单片机的选择及外围电路

AT89C51是51系列单片机的一个型号，采用双列直插封装（DIP ），有40个引脚。

2.2 外围电路

电源管理部分电路由普通单片机或电脑USB 输出口供5V 电压。

三 步进电动机及驱动电路

3.1 步进电动机介绍

步进电机其功用是将脉冲电信号变换相应的角位脉电号电动机就转动一个角度或前进一步。因此非常适合单片机控制。

本实验采用永磁式步进电功机。

步进电机流程图

图3-1步进电示意图

步 进 电 机

电源

步进电机驱动器

四驱动电路

4.1.uln2003

高耐压、大电流复合晶体管IC—ULN2003

概述与特点

ULN2003 是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN 复合晶体管组成。

五系统的实现

5.1 光敏电阻光强比较法

利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理，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的下方。如果太阳光垂直照射太阳能电池板时，两个光敏电阻接收到的光照强度相同，所以它们的阻值完全相等，此时电动机不转动。当太阳光方向与电池板垂直方向有夹角时，接收光强多的光敏电阻阻值减小，驱动电动机转动，直至两个光敏电阻上的光照强度相同。其优点在于控制较精确，且电路也比较容易实现。

其控制主要由以下三部分来完成:

a)信号采集部分