太阳能追踪-毕业设计论文

太阳能追踪

摘要能源是人类生存的基础，当前，人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，而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，同时太阳能也存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点，这就使当前的一系列太阳能设备对太阳能的利用率不高。而太阳光线自动跟踪装置能有效地解决太阳能利用率不高的问题。本文对太阳能跟踪系统进行了自动跟踪系统机械设计和控制部分设计。（1） 机械设计：机构实现自动跟踪的原理：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带动高度角传动机构的齿轮转动，齿轮再带动主轴转动；同时控制信号驱动步进电机带动方位角传动机构的齿轮转动，齿轮带动齿圈和太阳能板转动，通过两台步进电机的共同工作实现对太阳方位角和高度角的跟踪。（2） 控制部分设计：本研究中的跟踪控制系统采用传感器定位和太阳运行轨迹定位相结合的方式， 太阳传感器测定太阳在一天内不断变化的位置，然后由机械控制系统带动整个槽式抛物面转动，使聚光器始终与太阳保持一个最佳角度，把太阳光聚集在集热器上。同时为了消除太阳传感器由于天气原因带来的误跟踪，采用日历时钟芯片根据太阳在某地的运行规律事先设定太阳的运行轨迹，利用软件控制机械结构的运动，直到太阳传感器能对太阳重新定位。该系统其逻辑机构主要由太阳传感器、信号处理电路、单片机、驱动电路和步进电机组成。单片机和日历芯片之间采用I2C总线通信电路，以四象限光电探测器作为感光元件的太阳传感器检测实际太阳位置。单片机将检测到的太阳位置数据进行计算处理，并给出控制指令，控制步进电机进行追踪。关键词：太阳能跟踪；光敏电阻；单片机；步进电机AbstractEnergyisthebasisforhumansurvival,mankindisfacingaseriousthreatofdepletionoffossilfuelssuchasoilandcoal,whiletheunlimitedsolarenergyasanewenergyreserves,widespreaduseofclean,theuseofeconomicadvantages,whilesolarenergyisalsolow-density,intermittent,thespatialdistributionoftheshortcomingsofchanging,whichmakesthecurrentseriesofsolarenergyequipmentforsolarenergyutilizationisnothigh.Automatictrackingdeviceforthesun'srayscaneffectivelysolvethesolarenergyutilizationisnothigh.Thesolartrackingsystemmechanicaldesignandcontrolofpartofthedesignoftheautomatictrackingsystem.mechanicaldesign:Agenciestoachievetheautomatictrackingoftheprinciple:whenthesun'sraysdeviate.Controlsectiontoissuecontrolsignalsdriveasteppermotordrivenelevationangletransmissiongearturning,gear4todrivethespindlerotation;controlsignaltodrivesteppermotordrivengearoftheazimuthdrivemechanism5rotation,geardrivenringgearandthesolarpanelsrotatebytwosteppermotorsworktogethertoachievethetrackingofthesunazimuthandelevationangle.controlpartofthedesign:Thisstudy,thetrackingcontrolsystemusesacombinationoftrackpositioningofsensorstolocateandsun,sunsensortomeasurethepositionofthesuninthedaychanging,andthenbringthewholeparabolictroughrotationbyamechanicalcontrolsystem,condenseralwaysthesuntomaintainanoptimumangleofsunlightonthecollector.Meanwhile,inordertoeliminatetheerrortrackingofthebadweather,useofthesoftwarecontrolsthemovementofthemechanicalstructureofthesununtilthesunsensorrepositioning.Thesystemlogic,organizationblockdiagramasshowninFigure1,themainsunsensors,signalprocessingcircuit,microcontroller,drivercircuitandthesteppermotor.Betweenthemicrocontrollerandthecalendarchipbuscommunicationcircuit,four-quadrantphotodetectortodetecttheactualpositionofthesunasasunsensorofthesensor.Themicrocontrollerdetectsthepositionofthesundatacomputing,andgivesthecontrolcommandstocontrolthesteppermotortotrack.Keywords:Solartrack;Photosensitiveresistance;Singlechipmicrocomputer;Steppingmotor目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 I\o"CurrentDocument"Abstract ii第1章绪论 1\o"CurrentDocument"1.1课题背景 11.1.1能源现状及发展 11.1.2我国太阳能资源 11.1.3目前太阳能的开发及利用 21.1.4太阳能的特点 3\o"CurrentDocument"1.2课题研究的目的 3\o"CurrentDocument"1.3太阳能利用的国内外发展现状 4\o"CurrentDocument"1.4太阳追踪系统的国内外研究现状 5\o"CurrentDocument"1.5论文研究的内容 7\o"CurrentDocument"1.6论文研究的意义 7第2章太阳与地球的运动规律及跟踪系统的介绍 8\o"CurrentDocument"2.1太阳与地球的运动规律 82.1.1地球的运动规律 82.1.2地球绕太阳的运行规律 92.1.3天球坐标 102.1.4太阳能成像原理 122.1.5槽式集热器性能分析 15\o"CurrentDocument"2.2跟踪系统的介绍 172.2.1自动跟踪方式 17\o"CurrentDocument"2.2本设计的跟踪方案 19\o"CurrentDocument"2.3本章小节 19第3章槽式自动跟踪系统控制设计 20\o"CurrentDocument"3.1跟踪系统机械机构 20\o"CurrentDocument"3.2跟踪系统控制设计 21\o"CurrentDocument"3.3太阳传感器的选择 22\o"CurrentDocument"3.4信号处理电路 24\o"CurrentDocument"3.5单片机部分 24\o"CurrentDocument"3.6跟踪系统的控制电路 25\o"CurrentDocument"3.7步进电机 27\o"CurrentDocument"3.8软件控制流程 29结论 31参考文献 32致谢 34外文翻译 1第1章绪论1.1课题背景1.1.1能源现状及发展目前，人类生存主要依靠的能源是以石油、煤炭、天然气为主的矿物燃料。众所周知，这类矿物能源是不可再生能源，包括我国在内的很多国家都在认真积极的探索新能源以及可再生能源的开发和利用。而在众多新型能源中，太阳能作为一种清洁、可再生、利用成本低、安全的新型能源，在众多新能源中脱颖而出。而就现阶段的应用来看，太阳能也是当之无愧的最有新型能源。1.1.2我国太阳能资源我国地处北半球，幅员辽阔，有着十分丰富的太阳能资源。我国的国土跨度从南到北、自西至东，距离都在5000km以上，总面积达960x104km,占世界总面积的7%居世界第三位。据估算，我国陆地表面每年接收的太阳辐射能约为 50x1018KJ,全国各地太阳年辐射总量达335〜837KJ/cm2•A,中值为586KJ/cm2•A。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大，那里平均海拔高度在4000m以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。例如被人们称为“日光城”的拉萨市，1961年至1970年的平均值，年平均日照时间为3005.7h，相对日照为68%，年平均晴天为108.5天，阴天为98.8天，年平均云量为4.8，太阳总辐射为816KJ/cmi•A,比全国其它省区和同纬度的地区都高。全国以四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小，其中尤以四川盆地为最，那里雨多、雾多，晴天较少。例如素有“雾都”之称的成都市，年平均日照时数仅为 1152.2h，相对日照为26%，年平均晴天为24.7天，阴天达244.6天，年平均云量高达8.4。其它地区的太阳年辐射总量居中。1.1.3目前太阳能的开发及利用人类直接利用太阳能有三大技术领域，即光热转换、光电转换和光化学转换，此外，还有储能技术。在利用太阳能发电的应用中，主要可以分为以太阳能电池为代表的太阳能光伏发电系统和太阳能热发电系统。太阳能光伏发电系统主要是利用硅板材料直接将太阳能转化成电能的技术，由于其不易建成大规模的太阳能发电站，且材料成本高，还有最近研究表明的太阳能电池二次污染的问题，使太阳能光伏发电系统的应用领域受到了限制。从真正意义上实现大规模的太阳能发电，只有依靠太阳能热发电技术。太阳能热发电，是指利用聚光器捕获并聚集太阳辐射，并发送至接收器产生中高温热流体，然后驱动传统的热机（如汽轮机、燃气轮机、斯特林机等）来产生电能的一门综合性高新技术，涉及太阳能利用、蓄能、新型材料、高效汽轮机技术和自动控制等问题，不少国家已投入大量的人力物力。太阳能热发电是一个非常有前景的新技术。太阳能热电转换原理被人类认识已有一个世纪的历史，然而直N-十世纪八十年代才出现了这项技术的商业化应用， 美国南加利福尼亚九个太阳能槽式热发电站的建成和成功运行已经证明了这项技术的技术和经济前景。太阳能聚光高温热发电是一种最适合能够产生大量电能， 减少环境污染和化石能源消耗的可再生能源发电技术。从聚光高温太阳能热发电系统污染物排放和对陆地表面的全生命周期评估表明太阳能高温热发电对于减少温室气体和其他污染物排放是非常理想的，同时对环境也不会产生其他不利影响。据估算每平方米聚光器产生电能每年可以减少200〜300kg温室气体的排放。如果聚光高温太阳能热发电系统的寿命按 25到30年计算，在整个生命周期内每平方米聚光器产生电能可以减少 5"-'9吨的温室气体排放。另外，30年系统报废之后，该系统的大部分材料还可回收处理，用于新的发电系统。太阳能作为一种“清洁能源”，取之不尽，用之不竭，是具有开发潜能的能源。但目前太阳能的利用还远远不够，究其原因，主要是太阳能利用率不高。就现有的太阳能装置而言，如何最大限度提高太阳能的利用率，仍是国内外学者的研究热点，太阳跟踪系统使集热装置能始终保持与太阳光垂直，就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能。理论分析表明，太阳的跟踪与非跟踪，能量的接收率相差 37.7%,精确的跟踪太阳更是可以大大提高接收器的热接收率，进而提高太阳能装置的太阳能利用率。1.1.4太阳能的特点太阳能与常规能源相比有以下优点：第一，太阳能是人类可以利用的最丰富的能源，据估计，在过去漫长的 11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%可以说是取之不尽，用之不竭。第二，太阳能的应用范围广，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，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。第三，太阳能是一种洁净的能源，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。第四，太阳能是一种廉价且安全的能源，太阳都能的开发条件低，而且应用起来比较安全。太阳能的利用有它的缺点：第一，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。第二，大气影响较大，给使用带来不少困难。第三，太阳能电池板的利用效率很低，这是由于现阶段的技术水平决定，随着科技的发展这个缺点会逐步解决。1.2课题研究的目的本课题以某廊坊能源有限公司为依托，初步设计追日性能良好的太阳追踪集热系统的测试系统，并对其关键技术进行研究，以期实现各种天气情况下的高精度的太阳光实时跟踪，取得最大的光照量和集热效果，已达到初步应用太阳能的目的。图1-1是太阳能接受装置实物示意1.3太阳能利用的国内外发展现状日本是世界上太阳能开发利用第一大国，也是太阳能应用技术强国。日本太阳热能的利用，从1979年第二次石油危机后开始，1990年进入普及高峰。太阳能技术日益创新，能量转换率不断提高，成本也是新能源中最低的。日本将太阳能的利用分为太阳光能和热能两种。太阳光能发电，是利用半导体硅等将光转化为电能。从 2000年起，日本太阳能发电量一直居世界首位，2003年太阳能发电装机容量约为86万千瓦，占世界太阳能发电装机容量的49.1%,并计划到2010年达到482万千瓦，增加约6倍。德国对太阳能资源的利用可追溯到20世纪70年代，现在德国已经在太阳能系统的开发、生产、规划和安装等方面积累了大量经验，发明了一系列高效的太阳能系统。1990年德国政府推出了“一千屋顶计划”,至1997年已完成近万套屋顶系统，每套容量1〜5千瓦，累计安装量已达3.3万千瓦。根据德国联邦太阳能经济协会的数字，在过去的几年中，德国太阳能相关产品的产量增加了 5倍，增速比其他国家平均水平高出一倍。另据德新社报道，全球最大的太阳能发电厂已在德国南部巴伐利亚州正式投入运营。这家太阳能发电厂投资7000万欧元，占地77万平方米，发电总容量达12兆瓦，能为3500多个家庭供电。截至2005年年底，德国共有670万平方米的屋顶铺设了太阳能集热器，每年可生产4700兆瓦的热量。已用4%勺德国家庭利用了清洁环保、用之不竭的太阳能，估计每年可节约2.7亿升取暖用油。目前，美国太阳能光伏发电已经形成了从多晶硅材料提纯、光伏电池生产到发电系统制造比较完备的生产体系。2005年，美国光伏发电总容量达到100万千瓦，排在日本和德国之后，居世界第3位。为了降低太阳能光伏发电系统的生产成本，美国政府最近制定了阳光计划，大幅度增加了光伏发电的财政投入，加快多晶硅和薄膜半导体材料的研发，提高太阳能光伏电池的光电转化效率。目前，美国正在新建几座新的太阳能电站。预计到2015年，美国光伏发电成本将从现在的21〜40美分/千瓦时降到6美分/千瓦时，届时，太阳能光伏发电技术的竞争力将会大大增强。太阳能在能源发展中占有相当的优势，据美国博士对世界一次能源替代趋势的研究结果表明，到 2050年后，核能将占第一位，太阳能占第二位，21世纪末，太阳能将取代核能占第一位，很多国家对太阳能的利用加强了重视。意大利1998年开始实行“全国太阳能屋顶计划”，将于2002年完成，总投入5500亿里拉，总容量达5万千瓦。印度也于1997年12月宣布，将在2002年前推广150万套太阳能屋顶系统。法国已经批准了代号为“太阳神 2006”的太阳能利用计划，按照该计划，每年将投入3000万法郎资金，到2006年，法国每年安装太阳能热水器的用户达2万家。我国由建设部制定的《建筑节能“九五”计划和 2010年规则》中已将太阳能热水系统列入成果推广项目。目前我国太阳能热水器的推广普及十分迅速，1997年销售面积近300万平方米，数量居世界首位。全国从事太阳能热水器研制、生产、销售和安装的企业达1000余家，年产值20亿元。根据我国1996〜2020年太阳能光电PV（光伏发电）发展计划，在2000年和2020年的太阳能光电总容量将分别达到6.6万千瓦和30万千瓦。在联网阳光电站建设方面，计划2020年前建成5座MV级阳光电站。由国家投资1700万元修建的西藏第三座太阳能电站一一安多光伏电站，总装机容量 100千瓦，于1998年12月建成发电。这也是世界海拔最高、中国装机容量最大的太阳能电站。总之，大力发展太阳能利用技术，使节约能源和保护环境的重要途径。1.4太阳追踪系统的国内外研究现状在太阳跟踪方面，单轴跟踪系统初投资相对较少，跟踪设备结构简单。但是由于入射光线不能始终与主光轴平行，收集太阳能的效果并十分理想。美国Bicalace在1997年研制了单轴太阳能跟踪，完成了东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，使接受器的热接受率提高了 15%KalogirouSA设计的单轴跟踪系统可使接收器与太阳光线的偏差小于 0.2度。在有些太阳能设备中，如点聚焦式接收装置，则只能采用双轴跟踪系统。双轴跟踪系统可用于任何一种太阳能系统来提高其运行效率。有关双轴跟踪系统的研究和应用也是比较多的。1998年美国加州成功的研究了ATM双轴跟踪器，并在太阳能面板上装有集中阳光的涅耳透镜，这样可以让小块的太阳能面板硅收集更多的量，使热接率进一步提高。2002年2月美国那里桑那大学推出了新型太阳能跟踪装置，该装置利用控制电机完成跟踪，采用铝型材框结构，结果紧凑，重量轻，大大拓宽了跟踪器的应用领域。Barakatal设计了一种复杂的控制电路用来实现太阳能的闭环跟踪。 他们得到的结论是采用双轴闭环跟踪系统可使接收器的热接收率提高 22%Nevile通过理论计算对比了采用双轴跟踪，单轴东西跟踪和不跟踪的三套系统所获得的热接收量，发现采用双轴跟踪比采用单轴东西跟踪系所获得的热接收量提高 5〜10%比不采用跟踪系统的高50%Hession和Vonwick介绍了一种适用于多种接收器的跟踪系统，该系统采用了模拟和数字技术，通过太阳光敏晶体管传感器的信号调整位置追踪太阳，跟踪精度可达0.1度。AbdallahS研究了采用不同的跟踪方式对FPPT系统的影响，分别采用双轴跟踪、单轴东西跟踪和单轴南北跟踪比固定放置的电池板收集到得能量高43.87%,37.53%和15.69%。Baltasetal对比研究了连续式和步进式跟踪，指出聚焦式系统采用连续式跟踪比步进式跟踪效果更好，而在FPPT系统中采用连续式跟踪与步进式跟踪的效果相差无几。Abdallah和Nijmeh设计了以PLC为控制器的双轴跟踪系统，实验表明采用该跟踪系统比固定放置的接受设备相比，太阳能采集量提高了 41.34%。在国内近年来也有不少专家学者相继开展了太阳跟踪方面的研究， 1992年推出了太阳灶自动跟踪系统；1994年《太阳能》杂志介绍的单轴液压自动跟踪器，万乘客单轴跟踪。我国在1997年研制了单轴太阳跟踪器，完成了东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，接收器的接收效率提高了。1.5论文研究的内容由于太阳相对于聚光器的位置时刻都在改变，这就要求聚光器不断改变自身的方位，实时保持太阳处于太阳能聚光器的主光轴上，即始终对准太阳，以有限的接受面积捕获尽可能多的太阳辐射能，要保持太阳始终处于聚光器的主光轴上，就必须采用跟踪系统。论文主要内容包括：跟踪控制系统跟踪策略的制定；跟踪控制系统相关软件硬件的设计；此外跟踪系统还包括支撑机构，减速机构等内容，但均属于机械结构研究的领域，并不是本文研究的重点。跟踪控制的实现及其跟踪效果的检验对设备要求较高，因此在实验设备的选定上并没有考虑支撑机构，减速机构等的成本问题。1.6论文研究的意义本论文通过制定相应的跟踪策略，并设计相关的硬件和软件，已达到太阳跟踪系统能够很好地追踪的太阳的运动情况，能够使太阳能聚光器尽可能多的捕获太阳辐射能，将捕获的太阳能通过光电、光化以及光热转化装置应用到实际中，来代替其他不可再生能源的消耗。由于太阳能本身廉价、清洁、安全、资源丰富以及应用范围广泛的特点，就成就了

太阳在今后以至于很长一段时间内将成为能源领域的主流地位， 考虑到太阳能同时存在着能量密度低、受天气影响大利用率低下的缺点，就对本论文的设计提出更高的要求，要尽可能提高太阳能的采集及利用率。第2章太阳与地球的运动规律及跟踪系统的介绍2.1太阳与地球的运动规律要想太阳能接受装置最大限度的接受太阳能辐射能，保持聚光器的主光轴始终与太阳入射光线平行，就必须掌握太阳的运动规律。众所周知，至V达地球上的太阳辐射能随季节、时刻、地球纬度的不同而变化，要掌握它的变化规律，就必须从地球与太阳的运动入手。2.1.1地球的运动规律（1）地球的自转和太阳时地球绕着地州不断自转，自转一周，即经度360度，形成一昼夜。一昼夜分为24小时，所以地球每小时自转15度。时间的计量室以地球自转周期为依据的，地球每天自转一周，计 24太阳时。太阳时和钟表指示的时间是有差别的。在以后导出的太阳角度公式中，涉及的时间都是当地太阳时，它的特点是午时（中午12点）阳关正好通过当地子午线，即在空中最高点处，它与日常使用的标准时间比不一致。下面首先介绍一下太阳时与钟表的换算。钟表所指示的时间也称为平太阳时（简称平时），它与真太阳时的之差叫做时差E。计算如下：E-厂 （2-1）式中上 太阳时（分）；■ 平太阳时（分）。根据国际协议规定，格林威治天文台所在子午线处的平太阳时作为世界时间的标准，叫做世界时。我国采用东经120度经圈上的平太阳时作为全国的标准时间， 即“北京时间”。用北京时间表示的某一经度地区的平太阳时，可用下式表示：标准时间一（Lst-LQ/15小时 （2-2）

.二北京时间一.二北京时间一4（120—Li。』分(2-3)Lst 制定标准时间采用的标准经度，（°;Lioc——当地经度，（°所在地点在东半球取负号，西半球取正号。(2-4)由式（2-1）和式（2-3）得(2-4)「二北京时•E_4（120-Lloc）转换过程中考虑了两项修正，第一项E是地球饶日公转时进动和转速变化而产生的修正，时差E以分为单位，可按下式计算：(2-5)(2-5)(2-6)a360(n-81)364n为所求日期在一年中的日子数，1<n乞365。第二项是考虑所在地区的经度Loc与制定标准时间的经度（我国定为东经120°）之差所产生的修正2.1.2地球绕太阳的运行规律贯穿地球中心与南北相连的线称为地轴。地球除了绕地轴自转外，还绕着太阳循着偏心率得小得椭圆形轨道（通常称为黄道）上运行，称为公转，运行周期为一年。椭圆的偏心率不大，1月1日近日点时，日地距离为147.1km,7月1日远日点时152.1km,相差约为3%地球自转轴与椭圆轨道（黄道平面）的夹角为66°33'，该轴在空间的方向始终不变，因而赤道平面与黄道平面的夹角为23°27'.但底薪与太阳中心的连线（及午时太阳光线）与地球赤道平面的夹角是一个以一年为周期变化的量，它的变化范围为 —23°27'，这个角就是太阳赤纬角。赤纬角时地球绕日运行规律造成的特殊现象，它使处于黄道平面不同位置上的地球守到的太阳光线方向不同，从而形成地球四季的变化。北半球夏至（6月22日）即南半球冬至，太阳光线正射北回归线 =23°27';北半球冬至（12月22日）即南半球夏至，太阳光正射南回归线， =23027';春分及秋分太阳正射赤道，赤纬角都为零，地球南、北半球日夜相等。2.1.3天球坐标所谓天球，就是人们站在地球表面上，仰望星空，在平视四周时看到的这个假想球面。根据相对运动原理，太阳好像在这个球面上周儿复始地运动一样，若要确定太阳在天球上的位置，最方便的方法是采用天球坐标。最常用的天球坐标系是赤道坐标系和地平坐标系。（1）太阳高度角、方位角太阳的位置可以用两个坐标来表示，即太阳高度角和方位角。太阳高度角是太阳光线与地平面的夹角。太阳方位角是太阳光线在地面上的投影与当地子午线的夹角。子午线是指通过当地的经线，即正南方和正北方的连线。（2）赤道坐标系这是天赤道Q的基本园，以天赤道和天子午圈的交点C为原点的天球坐标系。图2-2中，P、P分别为北天极和南天极。通过PP的大圆都垂直于天赤道。显然通过P和球面上的太阳（点）的半圆也垂直于天赤道，两者相交于B点。在赤道坐标系中，太阳的位置由下列两个坐标决定：第一个坐标是圆弧QB，通常称为时角，用「表示。时角从天子午圈上的Q点起草，即从太阳时正午起草，顺时针方向为正，逆时针方向为负，就是上午为负，下午为正。它的数值等于离正午的时间（小时）乘以15°第二个坐标时圆弧，叫做赤纬，用表示。赤纬从天赤道起算起。对于太阳来说，向

北天极由春分、秋分日的0。变化到夏至的正23°27'；向南天极由春分、秋分日的0°变化到冬至的负23°27'。太阳赤纬角:可由Cooper方程近似地计算：:.=23.5sin（360° 284n） （2-7）365式中n是所求日期在一年中的日子数。表2-1给出了各月每隔4天的赤纬值。太阳赤纬年际间变化很小，在太阳能应用的计算中可以忽略不计。1234567891011121-23.1-17.3-7.9+4.2+14.8+21.9+23.2+18.2+8.6-2.9-14.2-21.75-22.7-16.2-6.4+5.8+16.0+22.5+22.9+17.2+7.1-4.4-15.4-22.39-22.2-14.9-4.8+7.3+17.1+22.9+22.5+16.1+5.6-5.9-16.6-22.713-21.6-13.6-3.3+8.7+18.2+23.2+21.9+14.9+4.1-7.5-17.7-23.117-20.9-12.3-1.7+10.2+18.1+23.4+21.3+13.7+2.6-8.9-18.8-23.321-20.1-10.9-0.1+11.6+20.0+23.4+20.6+12.4+1.0-10.4-19.7-23.425-19.2-9.4+1.5+12.9+20.8+23.4+19.8+11.1-0.5-11.8-20.6-23.429-13.2-7.9+3.0+14.2+21.5+23.3+19.0+9.7-2.1-13.2-21.3-23.3表2-1太阳赤纬度（2）地平坐标系通过天球球心O乍一直线和观测点铅垂线平行，并与天球相交于z和Z'，z点叫做天顶，Z'点叫做天底。通过球心O与ZZ'相垂直的平面在天球上所截出的大圆，叫做真地平。地平坐标系就是以真地平为基本园，以南点S为原点的天球坐标系。见图2-3，天顶是基本的极，所有经过天顶的大圆都垂直于地平面，两者相交与 M点。在地平坐标系中，太阳的位置由下列两个坐标确定：第一个坐标是天顶距离，即圆弧ZS，或天顶角•ZOS^，用二z表示，也可用太阳的地平高度（简称“太阳高度”）表示，即圆弧SM或中心角.SOM记作〉s。天顶距和太阳高度有下列关系：6：s=90° （2-8）第二个坐标时方位角，即圆弧SM，用s。取南点S为起点，向西（顺时针方向）为正，向东为负图2-2赤道坐标图图2-2赤道坐标图2-3地平坐标2.1.4太阳能成像原理聚光集热器是利用太阳的直射辐射，经聚光器反射到吸收器上成像。太阳本身是一个表面温度为6000K左右的大火球，尽管太阳距离地球很远，但对地球来说，太阳并非点光源，而是一个球体。所以对地球上任意一点，入射太阳光之间具有一个很小的夹角2，通常称为太阳张角。其几何示意如图2-4所示:150000000km12700km1390000km150000000km12700km1390000km图2-4太阳与地球之间的几何关系已知太阳直径为1.39106km地球与太阳之间的平均距离为1.5108km根据图2-4所示的几何关系，求得太阳张角2'。=0.00467(2-9).5.95"05

=0.00467(2-9)1.5"08.-=16'这就是说，太阳的直射辐射是以32'的太阳张角入射到地球表面。这是分析一切聚光集热器光热性能的一个重要物理量。太阳集热器作用是在吸收器上形成一个太阳像，通常这个太阳像是不清楚的。由于太阳光线具有32'的张角，所以太阳集热器产生的太阳像是一个有限的尺寸， 主要决定于光学系统本身的几何形状和尺寸。理想的抛物面镜AOC，如图2-5所示，它能将平行与镜面光轴的光线会聚一点 F。F为该抛物面镜的焦点，B为开口宽度，OF为焦距f。由于实际的阳光并非平行光。所以太阳光经抛物面镜聚集后，不是一个点而是一个焦斑区域，如图 2-6所示。图2-5理想抛物面镜面的光学特性

A图2-6太阳光在理想抛物镜面上的实际聚集情况为了便于进行分析，由图2-6截取一部分，表示于图2-7:图2-7理想抛物镜面形成的理想太阳像具有32'张角的太阳光入射到理想抛物面镜上的一点（x,y），按照反射定律，以点（x,y）与焦点的连线为光轴。抛物线方程式为 y2=4fx，对镜面上的任何一点（x,y），反射到焦点上的理论太阳像的尺寸是:

W=2Rtan16' （2-10）式中R镜面上的一点与焦点之间的距离，其数值随不同的反射点而不同。对任一抛物线，有X=f—Rcos■-，八Rsin'-，从而r=2ftan16。代入（2-10）式，求得1+cos*(2-11)(2-11)1cos■■式中--位置角，即任意一点的反射光轴与镜面主光轴之间的夹角。其数值由 =0°到=max， max称为抛物线的的边缘角。由（2-11）式可以看到，焦距f决定了太阳像的大小，而开口宽度 B决定入射能量的多少。2.1.5槽式集热器性能分析（1）集热器的聚光比集热器的聚光比是表示聚光系统性能的重要参数。 它说明自然阳光经过集热器的聚光总用后，能量密度可能提高的倍数。聚光比按其定义不同分为几何聚光比Cg和能量聚光比Ce。几何聚光比Cg定义为聚光器接受自然阳光的开口面积A与接受面积A之比。即Cg=△。A一般来说，几何聚光比越高，可能达到的聚光温度也越高，成本也越高。几何聚光比代表集热器一种几何尺寸上的概念，并不能用于吸收器的传热计算。因为按照一般热弯工艺加工的曲面镜总是存在着镜面误差。在实际的曲面镜中，由于不同的镜面误差，其最终结果将使入射到集热器开口面积上的直射太阳辐射不能全部反射到吸收器上。 因此，在集热器的性能分析中，就有一个区别于几何聚光比的新概念一一能量聚光比 Ce，定义为吸收器上接受的平均能量密度Ir与入射的直射太阳辐射强度lb之比，即Ce二丘。Ir在一切情况下，对所有的聚光器，CgCe。只有理想的聚光器Cg二Ce。一般情况下，可表示为如下关系式

Ce二。pCg (2-12)式中op为光学效率，op二「r--聚光器的镜面反射率--吸收器透明罩的透过率与吸收器吸收率得乘积-- 吸收器的光学采集因子旋转抛物面反射镜的聚光性能图2-8表示典型的旋转抛物面反射镜的光路分析。在这种聚光系统中，有一个重要的参数是口径比D,定义为开口直径B与焦距之间的比值，即D=B。抛物面反射镜的聚光比主要决定与口径比，与吸收器的形状也有一定的关系。图2-8图2-8旋转抛物镜面和圆板吸收器的光路分析当吸收器为圆盘平板时，其几何聚光比为:二B2和二B2和2B2

d2(2-13)由聚光比最大来确定集热器的张角 、直径B和吸收器直径d。由图2-8可得:吸收器的最小直径由于聚光比为正值,r=lsin16'Isin16'2fsin16'R二cos仲+16')cos仲+16') (1+cos吸收器的最小直径由于聚光比为正值,r=lsin16'Isin16'2fsin16'R二cos仲+16')cos仲+16') (1+cos歩)cos(歩+16')4fsin16'd_2^(1cos)cos(16')Cg最大，则.Cg也最大,CGdB2Isin二sincos(16')2I(2-14)(2-15)(2-16)cos(16')

x=sincos(16')x'二coscos(16')-sinsin(' 16')当x'=0时，x最大,cos(216')=0；2，16'=90；当x'=0时，x最大,则抛物面的边缘角 =45，焦距f=0.61m几何聚光比CGmax=114342.2跟踪系统的介绍实现跟踪有两种方式：手动跟踪和自动跟踪。手动跟踪精度低，且只能间歇进行；自动跟踪可实现实时跟踪，但系统复杂，造价高。采用自动跟踪系统可以大幅提高太阳能接收装置的接收效率，因此自动跟踪系统在太阳能的工程应用中越来越受重视。2.2.1自动跟踪方式目前国内外采用的跟踪太阳的方法有很多，但不外乎三种方式 ：（1）视日运动轨迹跟踪；（2）光电跟踪；（3）视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合。（1）视日运动轨迹跟踪不论是采用极轴坐标系统还是地平坐标系统，太阳运行的位置变化都是可以预测的，通过数学上对太阳轨迹的预测可完成对日跟踪。太阳跟踪装置采用地平坐标系较为直观方便，操作性强，但也存在轨迹坐标计算没有具体公式可用的问题。而在赤道坐标系中赤纬角和时角在日地相对运动中任何时刻的具体值却严格已知，同时赤道坐标系和地平坐标系都与地球运动密切相关，于是通过天文三角形之间的关系式可以得到太阳和观测者位置之间的关系。根据太阳轨迹算法的分析，太阳轨迹位置由观测点的地理位置和标准时间来确定。在应用中，全球定位系统（GPS）可为系统提供精度很高的地理经纬度和当地时间，控制系统则根据提供的地理、时间参数来确定即时的太阳位置，以保证系统的准确定位和跟踪的高准确性和高可靠性。在设定跟踪地点和基准零点后，控制系统会按照太阳的地平坐标公式自动运算太阳的高度角和方位角。然后控制系统根据太阳轨迹每分钟的角度变化发送驱动信号，实现跟踪装置两维转动的角度和方向变化。在日落后，跟踪装置停止跟踪，按照原有跟踪路线返回到基准零点。参考目前世界通用的算法，涉及到赤纬角和时角的大致有二种算法：算法 I，采用中国国家气象局气象辐射观测方法；算法2,采用世界气象组织气象和观测方法。由此可以看出，该种跟踪方案不论采取何种算法，算法过程都十分复杂，计算量的增大会增加控制系统的成本。而且这种跟踪装置为开环系统，无角度反馈值做比较，因而为了达到高精度跟踪的要求，不仅对机械结构的加工水平有较严格的要求，而且与仪器的安装是否正确关系极为密切。工程生产中必须要求机械结构加工精度足够高。初始化安装时，仪器的中心南北线与观测点的地理南北线要求重合。同时，还要通过仪器底部的水平准直仪将底面调节到与地面保持水平，使仪器的高度角零点处于地面水平面内内。（2） 光电追踪传统的光电跟踪是采用一级传感器跟踪方式，这种跟踪系统，原则上由三大部件组成：位置检测器、控制组件、跟踪头。位置检测器主要由性能经过挑选的光敏传感器组成，如四象限光电池、光敏电阻等。控制组件主要接受从位置检测器来的微弱信号，经放大后送到跟踪头，跟踪头实为跟踪装置的执行元件。（3） 视日运动轨迹跟踪和光电跟踪结合由上述讨论可知，开环的程序跟踪存在许多局限性，主要是在开始运行前需要精确定位，出现误差后不能自动调整等。因此使用程序跟踪方法时，需要定期的人为调整跟踪装置的方向。而传感器跟踪也存在响应慢、精度差、稳定性差、某些情况下出现错误跟踪等缺点。特别是多云天气会试图跟踪云层边缘的亮点，电机往复运行，造成了能源的浪费和部件的额外磨损。如果两者结合，各取其长处，可以获得较满意的跟踪结果。在视日运动轨迹跟踪的基础上加两个高精度角度传感器。当跟踪装置开始运行时，用两片高精度角度传感器初始定位，在运行当中，以程序控制为主，角度传感器瞬时测量作反馈，对程序进行累积误差修正。这样能在任何气候条件下使聚光器得到稳定而可靠的跟踪控制。这种跟踪方案跟踪精度高，工作过程稳定，应用于目前许多大型太阳能发电装置。但计算过程十分复杂，高精度角度传感器成本也很高，对于需要降低成本的小型太阳能利用装置来讲，该种跟踪方式并不十分适用。2.2本设计的跟踪方案本研究中的跟踪控制系统采用传感器定位和太阳运行轨迹定位相结合的方式， 太阳传感器测定太阳在一天内不断变化的位置， 然后由机械控制系统带动整个槽式抛物面转动，使聚光器始终与太阳保持一个最佳角度，把太阳光聚集在集热器上。同时为了消除太阳传感器由于天气原因带来的误跟踪， 采用日历时钟芯片根据太阳在某地的运行规律事先设定太阳的运行轨迹，利用软件控制机械结构的运动，直到太阳传感器能对太阳重新定位。该系统其逻辑机构，主要由太阳传感器、信号处理电路、单片机、驱动电路和步进电机组成。单片机和日历芯片之间采用I2C总线通信电路，以四象限光电探测器作为感光元件的太阳传感器检测实际太阳位置。单片机将检测到的太阳位置数据进行计算处理，并给出控制指令，控制步进电机进行追踪。2.3本章小节本章详细详细的介绍了太阳能追踪中所涉及的规律，包括地球的运动规律，地球的自转时和太阳时，天球坐标，还有太阳追踪的三中方式的介绍，以及本设计的跟踪方案的选定。通过求出太阳高度角和方位角来确定太阳相对地球的位置，从而开发太阳高度角、方位角的控制程序，达到跟踪太阳的目的。主要用到的几个公式有：E"日72北京时间土4(120-Lioc)分w=4ftan16'Ce」opCgD=_b1+cos® f第3章槽式自动跟踪系统控制设计3.1跟踪系统机械机构跟踪器机械执行部分的选择，跟踪器主要有一下几种：立柱转动式跟踪器、陀螺仪式跟踪器和齿圈转动式跟踪器，本设计选择立柱转动式跟踪器。跟踪系统由传感器、控制器、执行机构和集热器以及固定联接机构组成，其机械机构图如下：图3-1为机械结构装置图3-2为机械部分实物图跟踪器的结构：大齿轮固定在底座上，主轴及其支撑轴承安装在底座上面（主轴相对于底座可以转动），小齿轮与大齿轮啮合，小齿轮连接马达1的输出轴。马达1固定在转动架上，转动架以及支架固定安装在主轴上，接收器、马达2安装在支架上面（接收器相对于支架可以转动），马达2的输出轴连接在接收器上。跟踪器机械跟踪的原理：当太阳光线发生偏移的时候，控制部分发出控制信号驱动马达1带动小齿轮转动，由于大齿轮固定。使得小齿轮自转的同时围绕大齿轮转动，因此带动转动架以及固定在转动架上的主轴、支架以及接收器转动；同时控制信号驱动马达2带动接收器相对与支架转动，通过马达1、马达2的共同工作实现对太阳方位角和高度角的跟踪。系统特点：该跟踪机构结构简单，造价低。对于方位角的跟踪，利用齿轮副传动，能在使用功率较小的马达的同时传递足够大的动力，使用功率较小的马达降低了其能源成本和制造成本。整个跟踪器的结构紧凑，刚度较高。传动装置设置在转动架下。受到了较好的保护，提高了传动装置的寿命。3.2跟踪系统控制设计本研究中的跟踪控制系统采用传感器定位和太阳运行轨迹定位相结合的方式， 太阳传感器测定太阳在一天内不断变化的位置，然后由机械控制系统带动整个槽式抛物面转动，使聚光器始终与太阳保持一个最佳角度，把太阳光聚集在集热器上。同时为了消除太阳传感器由于天气原因带来的误跟踪，采用日历时钟芯片根据太阳在某地的运行规律事先设定太阳的运行轨迹，利用软件控制机械结构的运动，直到太阳传感器能对太阳重新定位。该系统其逻辑机构框图如图3-3所示，主要由太阳传感器、信号处理电路、单片机、驱动电路和步进电机组成。单片机和日历芯片之间采用 I2C总线通信电路，以四象限光电探测器作为感光元件的太阳传感器检测实际太阳位置。 单片机将检测到的太阳位置数据进行计算处理，并给出控制指令，控制步进电机进行追踪。图3-3系统总体结构图3-3系统总体结构传感器fe热器3.3太阳传感器的选择太阳传感器主要有一下几种：（1）新型光电探测器（2）典型光敏电阻传感器（3）高精度光敏传感器（4）日晷式太阳传感器（5）五象限光电传感器（6）四象限光电传感器，本设计选择的是四象限光电传感器。是由于从控制系统的角度来说，光电探测器，典型光敏电阻传感器，日晷式太阳传感器无法精确测量出太阳的具体的方位角以及高度角，对实现对步进电机的精密控制造成了一定的困难。相对而言，四象限光电传感器可以实现此功能，就精度的方面要求而言，四象限光电传感器测得太阳位置角的精度更高。太阳传感器的光接收部件主要由四象限光电探测器组成。四象限光电探测器是把 4个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而成的光电探测器件。它们之间有个“十”字形沟道相隔，其结构与原理如图（a）、（b）所示。(a) (b)电歩进电机号ff踣fa处电乙电歩进电机号ff踣fa处电乙（C） （d）图3-4四象限光电探测器结构示意图及其工作原理图其工作原理为：一般将四象限光电探测器置于光学系统焦平面上或稍离开焦平面，如图（C）所示，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像，当目标成像不在光轴上时，4个象限上探测器输出的光电信号幅度不相同，比较 4个光电信号的幅度大小可以知道目标成像在哪个象限上（也就知道了目标的方位）。四象限光电探测器是通过测量来自光源的光斑中心的位置变化， 并借助某种算法来同时确定光斑的两个方向的偏移量，如图（d）所示，光斑被4个象限分成A、B、C、D四个部分，其面积分别为Si、S、S3、S4，对应的4个象限产生的阻抗电流分别为h、i2、i3、i4。由iii4和i2>3的比例可以确定横向偏移量，iii2和>3■i4的比例可以确定纵向偏移量。采用的算法如下：Wk® >Wk® >4）一（>2 >3）>1心2力3心4.姑k(iiOf5ii+i2十＞3十＞4式中，k为比例常数，时以常量。当光斑中心与四象限光电探测器中心一致时， 4个象限阴极产生的阻抗电流ii、i2、i3、i4都相等，经运算放大器输出为零，两个方向的直线度误差也为零；当光斑产生相对于“十”字画线的任何位移时，都会使输出发生变化，运算放大器的输出信号也会随着相对位移方向上的变化发生正负变化，来检测太阳的运动，而太阳运动方向的两个偏移量可以根据上式求出。3.4信号处理电路四象限光电探测器接收的四路光电信号转变成电信号,经过放大后送入信号处理部四象限光电探测器接收的四路光电信号转变成电信号,经过放大后送入信号处理部分。本系统中，光信号时由太阳光经光学透镜聚焦产生的光束，光信号重复频率比较低，一般是几十赫；电信号是光束激发四象限光电探测器所产生的阻抗电流， 其值一般为mA级。这种信号要用来控制，需要经过电路进行放大处理。对于四象限光电探测器来说,4个象限的电路相同，因此四路信号可以完全相同的电路。如图所示，本系统采用具有双运放复合结构的LM358乍为运算放大器。3.5单片机部分在本系统中，单片机采用AT8C2051为主控制器，其主要任务是对四路信号的数据采集，完成对信号的处理，判断目标的偏移方式进而产生脉冲信号来驱动步进电机，调

整控制系统来完成对目标的跟踪。单片机的整体程序流程框图如图 3-6所示显示模块传感器信号经韩换电路辖换信号” 发送信号 传感器信号经韩换电路辖换信号” 发送信号 单片机 步进电机图3-6单片机程序流程框图四路采样信号经A/D转换后传送到单片机，经过处理，确定光斑质心的坐标，将质心的坐标及4个象限的信号值在显示模块显示。单片机负责传输转换后的信号，并向步进电机传达信号，控制步进电机执行相应的操作，从而实现对太阳位置的自动跟踪控制。单片机和日历时钟以及显示模块之间的数据传送通过 12C总线实现。12C总线(InterIntegrateCircuitBUS) 全称为芯片间总线，包括一条串行数据线(SDA)和一条串行时钟线(SCL)•将SDA数据线和SCL串行时钟线通过上拉电阻连接到电源上，将单片机AT89C2051的引脚T1与SCL时钟线相连，引脚TO与SDA数据线相连，实现单片机在PC总线上的连接。3.6跟踪系统的控制电路电路部分主要由探测器电路和中央控制高度角及方位角电路组成 ，通过光敏电阻对光的采样和单片机的信息处理，使步进电机完成跟踪动作。探测电路如图3-7所示，该电路组成一电压比较器，当光敏电阻的阻值变化到一定值时，运放输出发生变化。为了获得标准电平输入，电路增加了一反相器。根据电平的变化确定步进电机的工作，以便自动跟踪系统能很好地跟随太阳的移动。中央控制电路如图3-8所示，主要由单片机和步进电机组成，通过不断扫描P1口的状态，控制步进电机的转动。当太阳能接收板转角达 180°时，经一段时间延时后控制步进电机反转复位，为下一次的工作准备。

1 iHHLxrJ* Ar1t—bR1r b图3-7探测电路RU270K"r‘n100kURP15以1 iHHLxrJ* Ar1t—bR1r b图3-7探测电路RU270K"r‘n100kURP15以Z2u ll—RT38+4tool4W1VD2R2J\VD3IDAJLM358ft3IKK' —M6+!C旳LM358/?4me

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Wtf"F3K2VT29013K2-1iO9B图3-8中央控制高度角电路如图所示，双运放LM358与R1、R2构成两个电压比较器，参考电压为VDD(12V)的1/2。光敏电阻RT1、RT2与电位器RP1和光敏电阻RT3RT4与电位器RP2分别构成光敏传感电路，该电路的特殊之处在于能根据环境光线的强弱进行自动补偿。如下图所示，将RT1和RT3安装在垂直遮阳板的一侧，RT4和RT2安装在另一侧。当RT1、RT2RT3和RT4同时受环境自然光线作用时，RP1和RP2的中心点电压不变。如果只有RT1RT3受太阳光照射，RT1的内阻减小，LM358的3脚电位升高，1脚输出高电平，三极管VT1饱和导通，继电器K1导通，其转换触点3与触点1闭合，同时RT3内阻减小，LM358的5脚电位下降，K2不动作，其转换触点3与静触点2闭合，电机M正转；同理，如果只有RT2RT4受太阳光照射，继电器K2导通，K1断开，电机M反转。当转到垂直遮阳板两侧面的光照度相同时，继电器K1、K2都导通，电机M才停转。在太阳不停地偏移过程中，垂直遮阳板两侧光照度的强弱不断地交替变化，电机 M转-停、转-停，使太阳能接收装置始终面朝太阳。4只光敏电阻这样交叉安排的优点是：LM358的3脚电位升高时，5脚电位则降低，LM358的5脚电位升高时，3脚电位则降低，可使电机的正反转工作既干脆又可靠。可直接用安装电路板的外壳兼作垂直遮阳板， 避免将光敏电阻RT2RT3引至蔽阴处的麻烦。使用该装置，不必担心第二天早晨它能否自动返回。早晨太阳升起时，垂直遮阳板两侧的光照度不可能正好相等，这样，上述控制电路就会控制电机，从而驱动接收装置向东旋转，直至太阳能接收装置对准太阳为止。3.7步进电机步进电机能直接接收数字信号并且没有角累积误差， 采用步进电机作为聚光器的执行机构可以达到较高的精度。在槽式发电系统中，槽型抛物面反射镜根据其采光方式，分为东西向和南北向两种布置形式。东西布置只作定期调整；南北布置时一般采用单轴跟踪方式。所以本系统采用一个四相步进电机对南北布置的槽式抛物面完成对太阳的续跟踪。用单片机I/0口输出步进电机控制脉冲，单片机端口的输出电流较小，一般情况下只有几mA,驱动能力有限•而步进电机的驱动电流较大，因此单片机与步进电机之间需要专门的接口电路及驱动电路。本系统电路中采用接入反向驱动器 74LS14和复合型功率三极管来驱动步进电机进行工作。如图 3-9所示。Vcc图3-9步进电机驱动电路图图3-9步进电机驱动电路图步进电机采用四相八拍的工作方式，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度，具体时序如表3-1所示：表3-1步进电机时序表控制位步序D相C相B相A相运行10001A20011AB30010B40110BC续表3-1步进电机时序表50100C61100CD71000D81001DA3.8软件控制流程通过单片机输出的控制脉冲，驱动步进电机按照设定的方向位置转动。通过控制脉冲个数来控制角位移量，通过控制脉冲频率控制电机转速，实现准确定位。每到设定的时间点，单片机就读取反馈电路电平信号，只要有低电平信号存在且太阳传感器 4个象限光照强度不一致，步进电机就不断进行闭环调整，直至太阳传感器 4个象限接收光照相同，此时太阳垂直照射聚光集热器上，步进电机停止调整。如果太阳落山，根据时钟芯片所定时间，控制系统会回到起始位置。直到第二天太阳升起，进行重新跟踪定位。以单片机为主要控制器的核心部件来实现混合控制的主程序主要分为： 对计算所需数据的初始化；单片机内部运算完成对太阳角和日出日落时间的求解；根据所计算的太阳角和太阳传感器的输出信号控制步进电机调整聚光集热器的方位， 实现跟踪的自动控制。其主程序框图如图3-10所示。本研究中的软件部分，全是在单片机开发环境用 C语言编写完成的。整个程序周期中，初始化程序只在主程序第一次执行时执行一次，主要对单片机和时钟芯片进行配置。

定时控制电机图3-10主程序流程图定时控制电机图3-10主程序流程图初始化以后，进行最初的A/D转换，实际上也等于对A/D转换器设置初始值。最后循环进行数据显示，等待中断。结论本论文选择了光电检测和太阳轨迹追踪的混合式追踪方式， 配合机械装置使系统更加稳定，提高了系统的追踪精度。本系统的优点：（1）系统可长时间连续运行，且能得到较好的跟踪效果（2）聚光器每天在完成太阳辐射能的接收任务以后，能够自动回到至初始位置，等待第二天采集工作的开始（3）系统不仅适用于晴天，在有云的天气下同样可正常运行本系统的不足：（1）系统稳定性需要加强：复位电路有时会出现不能自动复位的情况，尽管这种情况不常发生，但是一旦发生就影响系统的运行。（2）在功能上需要更加完善：本系统没有设置报警装置，如果系统发生故障，系统不能做出报警动作，这样也会影响系统的追踪质量。（3）在机械装置方面也存在问题：机械装置能够带动太阳板转动的角度是有限的，这样也制约了追踪的时间段。（4）阴天情况下不能准确追踪的问题。太阳自动追踪系统已经成为世界范围内的研究热点。太阳自动追踪系统的研究对解决能源危机具有重大的意义。 尽管目前的太阳追踪系统还尚未成熟，但也有了很大的进步。希望有更多的人参与到这项研究中来，性能好、精度高、低成本的太阳自动追踪系统是我们的目标。参考文献徐科军,传感器与检测技术[M],电子工业出版社.2007,108〜148.周淑琴,自动跟踪式太阳能厨房的原理与应用能源研究与应用 [J].1995,32〜34.孙茵茵,鲍剑斌,王凡.太阳自动跟踪器的研究[J],机械设计与制造.2005,157〜159.余海，太阳能利用综述及提高利用率的途径[J],新能源研究与利用.2004,34〜37.⑸李安定，太阳能光伏发电系统工程[M],北京工业出版社.2001.⑹郭廷玮，刘建民，太阳能的利用[M],北京科学技术文献出版社.1987.刘心，我国太阳能行业的发展情况[J],科学创业月刊.2002(8),19〜20.高峰，孙成权，太阳能开发利用的现状及发展趋势[J],世界科技研究与发展.2001,35〜39.罗运俊，何梓年，王长贵.太阳能利用技术[M].北京：化学工业出版社.2005.胡勋良，张建科，余招阳，太阳光跟踪器及其在采光中的应用[M],电子技术.2002,8〜12.谈小生，葛成辉.太阳角的计算方法及其在遥感中的应用[J].国土资源遥感，1995,02,1〜3.李忠杰,宁守信.步进电动机应用技术[M].北京:机械工业出版社.1988.饶鹏，孙胜利，叶虎勇.两维程控太阳跟踪器控制系统的研制[J],控制工程.2004,11.6,542〜545.张东煜，宁铎,韩进周.一维驱动二维跟踪太阳自动跟踪系统设计 [M],微计算机信息.2006,6,158〜160.刘宝廷,步进电动机及其驱动控制系统[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社.1998.杨家军,张卫国.机械设计基础[M].武汉:华中科技大学出版社.2002.李斌，李安定.太阳能热发电技术[M].电力设备.2004,5(4),80〜82.郑小年，黄巧燕.太阳跟踪方法及应用[J].能源技术.2003,24,149-151.陈维，李戬洪.抛物柱面聚焦的几种跟踪方式的光学性能分析[J].太阳能学报.2003,24⑷,478-479.孙茵茵，鲍剑斌，王凡.太阳自动跟踪器的研究[J].机械设计与制造.2005,7,157〜CameronChristopherP.SummaryofrecentactivitiesatthenationalsolarthermaltestfacilitySAND92-1348C.In:SolarEngineering,1993,p521〜528.FreiJA,ChenYT,BoehmRF.SolarpoweroutputcorrelationwithutilitydemandinSouthernNevada.In:InternationalSolarEnergyConference,1996,p261267.MarkJ.O?Neill.A.J.McDanal.The25KilowattSolarRow:ABuildingBlockForUtility-ScaleConcentratorSystems」EEE Transactions on EnergyConversion,25(1996),1529-1532.CameronChristopherP,SummaryofrecentactivitiesatthenationalsolarthermaltestfacilitySAND92-1348C.In:SolarEngineering,1993,p521〜528SoterisKaloglrou,ThePotentialofsolarindustrialProcessheatapplications,ApliedEnergy,2003,33■〜361.D.Y.Goswami,S.vij ayarahavan,S.Lu.New alldeInergingdeve Pmentsinoslarenergy.SolarEnergy,2004,3〜43Mills D.Advances insolarthermalelectricitytechnology.ln:SolarEnergy,v76,n1-3,2004,p1431.张顺心,宋开峰,范顺成.一种新型太阳跟踪装置机构的运动学仿真 [J],现代制造工程.2004,11,10〜12.Mills D.Advances insolarthermalelectricitytechnology.ln:SolarEnergy,v76,n1-3,2004,p1431.BakosGeorgeC.Designandconstructionofatwo-axisSuntrackingsystemforparabolictroughcollector(PTC)efficiencyimprovement.ln:RenewableEnergy,v31,n15,December,2006,p241〜2421.RothP,GeorgievA,BoudinovH.Designandconstructionofasystemforsun-tracking.ln:RenewableEnergy,v29,n3,March,2004,p393〜402.致谢经过几个月的查资料、整理材料、设计和写论文，今天终于可以顺利的完成论文的最后的谢辞了，想了很久，要写下这一段谢词，表示可以进行毕业答辩了，自己想想求学期间的点点滴历历涌上心头，时光匆匆飞逝，四年多的努力与付出，随着论文的完成,终于让学生在大学的生活，得以划下了完美的句点。设计得以完成，要感谢的人实在太多了，首先要感谢刘汉武教授，因为论文是在刘老师的悉心指导下完成的。本设计从选题到完成，每一步都是在刘老师的指导下完成的，倾注了刘老师大量的心血。刘老师指引我的设计的方向和架构，指正出其中误谬之处，使我有了思考的方向，他的循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，他的严谨细致、一丝不苟的作风，将一直是我工作、学习中的榜样。刘老师要指导很多同学的设计，加上本来就有的教学任务，工作量之大可想而知，但在一次次的教导中，使我在设计之外明白了做学问所应有的态度。在此，谨向刘老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！谢谢刘老师在我设计的过程中给与我的极大地帮助。同时，设计的顺利完成，离不开其它各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在整个的设计中，各位老师、同学和朋友积极的帮助我查资料和提供有利于论文写作的建议和意见，在他们的帮助下，设计得以不断的完善，最终帮助我完整的写完了整个论文。另外，要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是设计得以完成的基础。通过此次的设计，我学到了很多知识，跨越了传统方式下的教与学的体制束缚，在设计过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过毕业设计，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。总之，此次毕业设计的过程，我收获了很多，即为大学四年划上了一个完美的句号，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。外文翻译SolarTrackerDavidCrowe,JeffMcCormick,JoelMitchell,ThomasStratton,JeffSchwaneDecember15,2005DukeUniversitySmartHousePrattSchoolofEngineeringAbstractTheSolarTrackerteamwasformedinthefallof2005fromfivestudentsinanMEdesignteam,andaSmartHouseliaison.Wecontinuedtheworkofaprevioussolartrackergroup.Thetaskwastodesignaprototypetrackingdevicetoalignsolarpanelsoptimallytothesunasitmovesoverthecourseoftheday.TheimplementationofsuchasystemdramaticallyincreasestheefficiencyofsolarpanelsusedtopowertheSmartHouse.Thisreportexaminestheprocessofdesigningandconstructingtheprototype,theexperiencesandproblemsencountered,andsuggestionsforcontinuingtheproject.1」ntroductionSolartrackingistheprocessofvaryingtheangleofsolarpanelsandcollectorstotakeadvantageofthefullamountofthesun?senergy.Thisisdonebyrotatingpanelstobeperpendiculartothesun?sangleofincidenee.Initi