太阳能自动追光系统的设计

目录摘要........................................................................1关键词......................................................................1Abstract....................................................................1Keywords...................................................................1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跟踪器机械执行部分比较选择..............................................31.3本课题的机械设计方案....................................................51.4跟踪方案的比较选择......................................................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单片机及其外围电路.....................................................163.5系统的流程图...........................................................194系统软件流程及调试.......................................................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致谢.......................................................................27太阳能自动追光系统的设计1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老师侯建华摘要：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阳光直射，从而使太阳光能的利用率大大降低。为了提高太阳能的利用率，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阳光能。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，机械部分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；控制部分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TheDesignofAutomaticTrackingSystemStudentmajoringinMechanicalandelectricalengineeringLiYanTutorHouJianhuaAbstract：Atpresent,thesolarenergyutilizationdeviceplacedmostofthepositionisfixed,butthesunandsolarenergyutilizationoftherelativepositionofthedeviceisever-changingintheday,thisistoguaranteethesolarenergyutilizationdevicemomentisdirectsunshine,sothatthesunlightenergyutilizationgreatlyreduced.Inordertoimprovetheutilizationrateofsolarenergy,designasystemofsolartracking,tomakesolarenergyutilizationdevicemaximumuseofthesunlightenergy.Thesolartrackingsystemofthemechanicalpartandcontrolsystempartaredesigned.Themechanicalpartdesignistorealizethesuntrackingthroughthejointworkofsteppermotor1andsteppermotor2;thecontrolpartdesignistheautomaticcontrolsystembasedonsinglechip,usingphotoelectricdetectiontrackingmode,withthemechanicaldevicetomakethesystemmorestable,improvethesystemtrackingaccuracy.Keywords:SolarEnergy；SolarTracking；StepperMotor；SCM菏泽学院本科毕业设计（论文）2引言随着经济发展和社会进步，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发展的这种趋势，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，太阳光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单片机为基础，工作可靠稳定，能够精确追踪太阳，使太阳光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。太阳能自动追光系统的设计31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跟踪器机械执行部分比较选择分析考虑成本、跟踪器机械执行部分等各方面问题，有以下几种跟踪器。(一)陀螺仪式跟踪器1-马达2-马达Ⅰ-传动箱Ⅱ-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Ⅰ安装在支架上,并将其固定；马达1安装在传动箱Ⅰ上，传动箱Ⅰ的内部是由蜗杆、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Ⅰ的输出轴连接环形支架，传动箱Ⅱ固定安装在环形支架上，马达2安装在传动箱Ⅱ上，传动箱Ⅱ内也是由蜗杆、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Ⅱ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，跟踪器执行的原则如下：当太阳的光线偏离发生时，所述控制部分会发出的信号，此信号会驱动马达2带动传动箱Ⅱ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，控制部分发出的信号驱动马达1带动传动箱Ⅰ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，使用蜗杆和蜗轮副传动，传东北北南CBⅠa21Ⅱ菏泽学院本科毕业设计（论文）4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，不仅降低能源成本和制造成本，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1-马达2-马达Ⅰ-小齿轮Ⅱ-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Ⅰ连接并将马达1固定在支架上，小齿轮Ⅰ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Ⅱ，小齿轮Ⅱ与连接着转动架的齿圈B2啮合，且转动架安装在主轴上[2]