太阳能自动追光系统地设计

1、word目录摘要1关键词1Abstract1Key words1引言21 太阳能自动追光系统总体设计方案31.1 太阳运行的规律31.2 跟踪器机械执行局部比拟选择31.3 本课题的机械设计方案51.4 跟踪方案的比拟选择61.5 本设计的跟踪方案82.1 太阳能自动追光系统机械设计方案82.2 齿轮的选择82.3 底座的设计102.4 中心轴的选择112.5 轴承的选择112.6 抗风性分析123 控制系统设计133.1 系统总体结构133.2 光电转换器143.3 步进电动机143.4 单片机与其外围电路163.5 系统的流程图194 系统软件流程与调试204.1 主控制模块的软件设计204.2 光电跟踪模块程序设计214.3 视日运动轨迹跟踪模块程序设计224.4 实验观察数据分析235 结论24参考文献26致27 / 太阳能自动追光系统的设计机械电子工程专业学生 韦忠爽指导教师 侯建华摘要：目前，太阳能利用装置的放置位置大多是固定不变的，而一天当中太阳与太阳能利用装置的相对位置是时刻变化的，这也就无法保证太阳能利用装置时刻受到直射，从而使太能的利用率大大降低。为了提高太阳能的利

2、用率，设计一种循日追光系统，使太阳能利用装置最大限度的利用太能。本文对太阳能跟踪系统进展了机械设计和自动跟踪系统控制局部设计，机械局部分设计主要是通过步进电机1、步进电机2的共同工作实现对太阳的跟踪；控制局部设计是基于单片机的自动控制系统，采用光电检测追踪模式，配合机械装置使系统更加稳定，提高了系统的追踪精度。关键词：太阳能；循日追光；步进电动机；单片机The Design of Automatic Tracking SystemStudent majoring in Mechanical and electrical engineering Li YanTutor Hou JianhuaAbstract：At present, the solar energy utilization device placed most of the position is fixed ,but the sun and solar energy utilization of the relative position of the device is ever-changing in the day

3、 , this is to guarantee the solar energy utilization device moment is direct sunshine , so that the sun light energy utilization greatly reduced . In order to improve the utilization rate of solar energy, design a system of solar tracking, to make solar energy utilization device maximum use of the sun light energy .The solar tracking system of the mechanical part and control system part are designed. The mechanical part design is to realize the sun tracking through the joint work of stepper moto

4、r1and stepper motor 2; the control part design is the automatic control system based on single chip, using photoelectric detection tracking mode, with the mechanical device to make the system more stable, improve the system tracking accuracy.Key words: Solar Energy；Solar Tracking；Stepper Motor；SCM引言随着经济开展和社会进步，自然资源被人为的任意开发和利用，面临枯竭的境地，人类的生活环境在大量自然资源使用过程中面临巨大的威胁，由于人类对自然资源的需求越来越高，因此，寻找可替代的新能源成为当务之急。太阳能是一种干净环保而且取之不尽用之不竭的可再生新能源，随着社会经济可持续开展的这种趋势，太阳能在人类生活中起到越来越重要的作用。于是，合理开发并提高太阳能的利用率具有非常重要的意义。众所周知，太阳在一

5、天中的位置由东向西发生着变化，而目前太阳能利用装置的摆放位置大多是固定不变的，这也就无法使太阳能利用装置时刻正对着太阳，太也就无法时刻直射到其上面。因此，本文设计了一种自动循日的智能型太阳能追光系统，使太阳能利用装置最大程度的提高太阳能的利用率。自动追光系统以AT89C51单片机为根底，工作可靠稳定，能够准确追踪太阳，使太在一天当中始终直射到太阳利用装置上，最大限度的提高太阳能利用率。此装置利用广泛，可在太阳能发电站、太阳能电池、太阳能路灯、太阳能热水器等方面使用。1 太阳能自动追光系统总体设计方案1.1 太阳运行的规律太阳在一天中的位置变化是周期性的，是可以被预测的。因为地球自转和地球绕太阳公转，使太阳相对于地面物体是运动的。因为地球极轴与黄道天球极轴存在27度夹角，使得太阳的赤尾角在一年当中发生变化。夏至时赤纬角最大为23度27分，并开始减小；到秋分时赤纬角又变为0，并继续减小；冬至时这个角为23度27分，然后逐渐增大，到春分时变为0并继续增大，直到夏至，另一个变化周期开始。1.2 跟踪器机械执行局部比拟选择分析考虑本钱、跟踪器机械执行局部等各方面问题，有以下几种跟踪器。(一) 陀

6、螺仪式跟踪器12aBC北 南东 北1-马达 2-马达 -传动箱 -传动箱 a-接收器 B-环形支架 C-支架图1-1 陀螺仪式跟踪器跟踪器所具有的结构:传动箱安装在支架上,并将其固定；马达1安装在传动箱上，传动箱的部是由蜗杆、蜗轮组成的运动副，马达1输出轴连接蜗杆，环形支架安装在支架上面(环形支架相对于支架可以转动)，传动箱的输出轴连接环形支架，传动箱固定安装在环形支架上，马达2安装在传动箱上，传动箱也是由蜗杆、蜗轮组成的运动副。马达2的输出轴连接蜗杆，接收器安装在环形支架上面(接收器相对于环形支架可以转动)，传动箱的输出轴连接接收器1。 跟踪器朝向安装有很多种选择，根据图中所示的安装，跟踪器执行的原如此如下：当太阳的光线偏离发生时，所述控制局部会发出的信号，此信号会驱动马达2带动传动箱中的蜗轮蜗杆旋转，驱动接收器输出相对于支撑环旋转，跟踪太阳从东到西的运动，在同一时间，控制局部发出的信号驱动马达1带动传动箱中的蜗杆和蜗轮的旋转，第二次输出带动环支撑架和接收器旋转，跟踪太阳北部和南部方向的运动，从而最终实现两个方向的太阳跟踪。系统的优势：跟踪机构结构简单。追踪在两个方向上，使用蜗杆和蜗

7、轮副传动，传动比大，结构紧凑，可以使用小功率电动机，且同一时间，使用小功率电动机，不仅降低能源本钱和制造本钱，而且提供足够的电力;蜗杆蜗轮对自锁性能好，可防风防雨。结构紧凑，运动空间是很大的。传动装置安装在传动箱，受到了良好的保护，提高了设备的使用寿命。(二) 齿圈转动式跟踪器a21DB2B1A1-马达 2-马达 -小齿轮 -小齿轮 a-接收器 A-主轴 B1-齿圈 B2-齿圈 D-转动架图1-2 齿圈转动跟踪器该机构结构：马达1的输出轴与小齿轮连接并将马达1固定在支架上，小齿轮与齿圈B1相啮合且齿圈B1连接到安装在支架上的主轴，而马达2安装在主轴前部的一块板上，马达2的输出轴连接小齿轮，小齿轮与连接着转动架的齿圈B2啮合，且转动架安装在主轴上2。机构实现自动跟踪的原理：当太线偏离发生时，控制局部所发出的控制信号驱动马达1，进而带动小齿轮转动，小齿轮会带动齿圈B1和主轴A转动；在同一时间，控制信号会驱动马达2带动小齿轮转动，进而小齿轮带动齿圈B2和转动架D转动，通过马达1、马达2的共同努力实现对太阳方位角和高度角的跟踪。 系统的优势：该跟踪机构结构简单，本钱低。在两个方向的跟踪，都利用

8、齿轮副传递动力，在同一时间，使用功率较小的马达，不仅传递足够大的动力，而且降低了其能源本钱和制造本钱；尽管使用了半个齿圈，然而能在紧凑的结构下获得了较大的传动比。本系统结构紧凑，运动空间是很大的。(三) 立柱转动式跟踪器该跟踪器所具有的结构：将在底座上固定好的大齿轮与小齿轮啮合，且小齿轮与马达1的输出轴连接，主轴与它的支撑轴承分别安装在底座的上面。在转动架上将马达1固定好，在主轴上将转动架与支架都固定好，将接收器、马达2相继安装在支架的上面，马达2的输出轴与接收器相互连接 3。跟踪器所实现的自动追循原理：当太阳的光线发生偏离时，控制局部将控制信号发出，来驱动马达1带动小齿轮的转动，因为大齿轮是固定的，那么小齿轮不仅自转，而且绕大齿轮旋转，带动转动架的转动，同时将固定在转动架上的主轴、支架与接收器也发生相应的转动；在同一时间，通过控制信号来驱动马达2，并且带动接收器转动，通过马达1和马达2的共同努力来实现对太阳方位角和高度角的跟踪。aAE12CF1E2D1-马达 2-马达 a-接收器 A-主轴 C-支架 D-转动架 E1-大齿轮 E2-小齿轮 F-底座图1-3 立柱转动式跟踪器系统的优势

9、：该跟踪机构结构简单，本钱低。对于方位角的跟踪，利用齿轮副传递动力，在同一时间，使用功率较小的马达，不仅传递足够大的动力，而且降低了其能源本钱和制造本钱。它的结构紧凑，刚度较高,传动装置安装在转动架下，受到了良好的保护，有利于提高它的寿命。1.3 本课题的机械设计方案图1-4为机械设计方案，该机构结构：在支架上马达1固定好，马达1的输出轴与小齿轮1连接，小齿轮1与大齿轮啮合。把齿轮连接到主轴上，将主轴固定安装在支架上，在主轴前端的板上将马达2安装，马达2的输出轴与小齿轮2相啮合，小齿轮2与齿圈是啮合的，齿圈连接着太阳能板，在主轴上将旋转框架安装。图1-4 本课题的机械设计方案机构所要实现的自动跟踪的原理为：假如太线的位置发生偏离时,控制信号将会驱动马达1并且带动小齿轮1进展工作，进而小齿轮带动大齿轮和主轴工作；在同一时间,控制信号驱动马达2带动小齿轮2工作。小齿轮2带动齿圈和太阳能板工作，通过马达1和马达2的共同努力完成对太阳的方位角和高度角跟踪。1.4 跟踪方案的比拟选择目前采用跟踪太阳的方法有很多：(1)视日运动轨迹跟踪；(2)光电跟踪4。简单介绍一下这两种跟踪方案。(一) 光电跟踪采用一级传感器跟踪方式是传统的光电跟踪，这种跟踪系统由控制组件、跟踪头、和位置检测器组成5。1-5中所示的跟踪系统的框图。位置检测器主要由经过选定的光敏传感器组成。控制局部主要是承受来自位置检测到的微弱信号，然后经过放大后送到跟踪头，其实跟踪

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