追日型自適應(yīng)太陽(yáng)能供電LED路燈系統(tǒng)

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摘 要
太陽(yáng)能是一種清潔的能源，具有儲(chǔ)量無(wú)限、普遍存在、使用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，但是太陽(yáng)能又存在著低密度、間歇性、空間分布不斷變化的缺點(diǎn)，使得目前一系列的太陽(yáng)能設(shè)備對(duì)太陽(yáng)光照的利用率不高。太陽(yáng)每時(shí)每刻都是在運(yùn)動(dòng)，不管哪種太陽(yáng)能收集設(shè)備，如果它的能量轉(zhuǎn)換部分能始終保持與太陽(yáng)光線垂直，那么它就可以在有限的使用面積內(nèi)收集更多的太陽(yáng)能。太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分若想保持與太陽(yáng)光垂直，就須跟蹤太陽(yáng)，而研發(fā)太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤裝置是解決這一問(wèn)題的最佳方法之一。追日型自適應(yīng)太陽(yáng)能供電LED路燈系統(tǒng)滿足了低碳經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目的需要，在現(xiàn)有已經(jīng)研發(fā)成功的太陽(yáng)電池供電的LED路燈的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出通過(guò)光電傳感器檢測(cè)太陽(yáng)的位置，控制執(zhí)行裝置進(jìn)行對(duì)太陽(yáng)高度角和方位角的跟蹤，從而使得太陽(yáng)能電池板始終與太陽(yáng)光線垂直，達(dá)到追日的目的。
本文根據(jù)光電二極管外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上的電信號(hào)隨著光的變化而相應(yīng)變化的特性，來(lái)判斷光的強(qiáng)弱，再配合半球面二極管陣列的對(duì)光與背光，產(chǎn)生比較信號(hào)，從而判斷電池板的轉(zhuǎn)向。深入分析了太陽(yáng)在空間運(yùn)動(dòng)軌跡的情況，確定所選用的跟蹤坐標(biāo)系和跟蹤范圍，同時(shí)也進(jìn)一步確定了半球面上光電二極管陣列的分布。根據(jù)跟蹤范圍和一系列已知參數(shù)，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)，通過(guò)控制系統(tǒng)將檢測(cè)裝置和執(zhí)行裝置有效地聯(lián)系起來(lái)。將檢測(cè)到的用于判斷電池板轉(zhuǎn)向的比較信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、A/D轉(zhuǎn)換等一系列的處理后，傳入單片機(jī)，由單片機(jī)產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向和速度的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行裝置跟蹤太陽(yáng)，最終達(dá)到電池板與太陽(yáng)光線垂直的效果。
關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；光電檢測(cè)；自動(dòng)跟蹤；控制系統(tǒng)

Abstract
Solar energy is a clean source of energy, has unlimited reserves, widespread and economic advantages.However, there are disadvantages of low density , intermittent, changing spatial distribution,and it is not high to make use of solar energy by the current series of the utilization of solar energy equipment .The sun is in motion all the time, no matter what kind of solar energy collection device, if it is part of the energy conversion and the sun's rays can remain vertical, so it can collect more solar energy use in a limited area.If you want to keep Solar energy conversion part and the sun vertical,it must track the sun, and the sun automatic tracking device is one of the best ways to solve this problem.DAY adaptive solar-powered LED street light system to meet the needs of low-carbon economy projects have been successfully developed on the basis of the existing solar-powered LED lights, and further raised by photoelectric sensors to detect the position of the sun, control execution device solar elevation angle and azimuth tracking, making solar panels always perpendicular to the sun's rays to reach the sun purposes.
Based on the photodiode external circuit connected to the load, the load on the electrical signal with a corresponding change in light of changes in the characteristics and to determine the strength of the light, and then with light and backlight hemispherical diode array, generating a comparison signal, thereby judging panels steering.In the case of in-depth analysis of the spatial trajectory of the sun, and to determine the coordinate system of the selected track and the tracking range, and further determines the distribution of the hemispherical surface of the photodiode array.According to a series of known parameters and the tracking range, the control system is designed .Detection devices and perform device effectively linked by the control system . The detected comparing signal that is used to determine the solar panels turn after a series of processing amplification, A / D conversion, incoming micro controller, signal generated by the micro controller to control steering and speed stepper motor drive actuators track the sun, ultimately achieve the effect of solar panels with the sun's rays vertical.
KEYWORDS: solar; photoelectric detector; automatic tracking; Control System


目 錄
第一章 緒 論 7
1.1 追日型自適應(yīng)太陽(yáng)能供電研究的意義 7
1.2 太陽(yáng)跟蹤方式的發(fā)展概況 8
1.3 本課題研究的內(nèi)容 9
第二章 系統(tǒng)工作原理及總體結(jié)構(gòu) 11
2.1 太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律 11
2.1.1 地平坐標(biāo)系統(tǒng) 12
2.1.2 極軸坐標(biāo)系統(tǒng) 13
2.2 實(shí)現(xiàn)跟蹤的方案選擇 13
2.2.1 跟蹤檢測(cè)方式的選擇 13
2.2.2 跟蹤系統(tǒng)坐標(biāo)系的選擇 16
2.3 系統(tǒng)的組成和基本工作原理 16
第三章 檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 18
3.1 檢測(cè)裝置的傳感器選擇 18
3.1.1 傳感器定義 18
3.1.2 光電二極管結(jié)構(gòu) 19
3.1.3 光電二極管工作原理 19
3.1.4 光電二極管的主要特性參數(shù) 19
3.1.5 光敏二極管選型 20
3.2 檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
3.2.1 結(jié)構(gòu)說(shuō)明 21
3.2.2 檢測(cè)原理 23
第四章 跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24
4.1 跟蹤裝置結(jié)構(gòu)確定 24
4.1.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤的原理 24
4.1.2 系統(tǒng)特點(diǎn) 24
4.2 電機(jī)選擇 25
4.2.1 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 25
4.2.2 步進(jìn)電機(jī)的控制 25
4.2.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定 25
第五章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27
5.1 控制系統(tǒng)芯片簡(jiǎn)介 27
5.1.1 單片機(jī) 27
5.1.2 12位A/D轉(zhuǎn)換器 29
5.2 信號(hào)處理及控制原理 34
5.3 太陽(yáng)跟蹤裝置的軟件組成 34
第六章 總結(jié)與展望 39
6.1 總結(jié) 39
6.2 展望 39
附錄A 控制系統(tǒng)電路圖 41
附錄B 參考程序 47
參考文獻(xiàn) 53
致 謝 56