摘要

　　本諫題主要論述了拋物槽式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統的設計方法和制作調試。對自動(dòng)跟蹤控制系統的組成及其功能實(shí)現進(jìn)行了詳細的分析與研究。

　　機械部分,拋物槽式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統通過(guò)單片機自動(dòng)跟蹤南北跟蹤角,高度角可期手動(dòng)進(jìn)行調整,通過(guò)實(shí)驗數據分析,保證了跟蹤精度,驗證了送種跟蹤方式的可行性。在電控方面,設計完成了以單片機STC89C52為核也的硬件電路,它包括脈沖控制電路,DS1302時(shí)鐘電路、LCD顯示屏電路、驅動(dòng)信號放大電路等。然后,根據視日運動(dòng)軌跡算法,采用步進(jìn)電機開(kāi)環(huán)控制策略,以KeiluVision4為軟件開(kāi)發(fā)平臺,編寫(xiě)了主控制程序、液晶顯示程序、時(shí)鐘程巧、電機驅動(dòng)等程序模塊,并借助KeiluVision4和單片機仿真軟件Proteus構建的虛擬實(shí)驗室,實(shí)現軟件和硬件的聯(lián)調仿真。最終根據此設計,完成了實(shí)物的制作和調試。

　　本文設升的單軸太舊能跟蹤系統,采用單片機控制系統自動(dòng)跟蹤南北跟蹤角,商度角可手動(dòng)進(jìn)行調整,使太陽(yáng)能跟蹤保持了較裔的跟蹤效果,克服了傳統的單軸跟蹤系統精度低的缺點(diǎn),同時(shí)相比雙驅動(dòng)雙向跟蹤系統,具有成本低、易于維護等優(yōu)點(diǎn),經(jīng)實(shí)驗證明該系統遵循經(jīng)濟、高效、可靠、抗干擾能力強、易操作和維護的設計原則,對于太陽(yáng)能利用的推廣具有重要的現實(shí)指導意義。本設計考慮西北地區夏天陽(yáng)光充足,雙軸簡(jiǎn)化成單軸,在高度角的跟蹤上進(jìn)行合理的補償,降低成本,完成精準跟蹤,本文所述的單軸跟蹤系統,結構簡(jiǎn)單,性?xún)r(jià)比高,特別適宜各種小型民用太陽(yáng)能利用設備。

　　關(guān)鍵詞：拋物椎式;單片札單軸跟蹤系統

Abstract

　　This paper discusses the design methodology uniaxial parabolic trough solar tracking system and make debugging. Composition and fiinction of the automatic tracking control system to achieve a detailed analysis and research.

　　Mechanical parts， parabolic trough solar tracking system by the microcontroller automatically track azimuth, elevation angle can be adjusted manually on a regular basis? through the analysis of experimental data, to ensure that the tracking accuracy, to verify the feastoility of this tracking ethod.

　　In the electronic control the design is completed with STTG89G52 microcontroller as the core hardware circuit, which includes DS1302 clock circuit, LCD display circuit a power management circuit. Then, depending on the date of the trajectory algorithm, using open-loop stepper motor control trategies to KeiluVision4 software development platform f the preparation of the master control program， LCD program,clock program,motor dirves and otoer program modules,and with toe KeiluVision4 and SCM Proteus virtual laboratory siimilation software to buld and implemeiiting software and hardware emulation FBI. Eventually, according to this design,fabrication and commissioning complete hysical model.

　　Single-axis solar tracking system designed in this paper， the use of single-chip control system to automatically track the sun azimuth, elevation angle can be adjusted manually to make solar tracking to maintain a high tracking performance to overcome the shortcomings of toe traditional low precision ingle-axis tracking syerem, At the same time compared to dual-drive two-way tracking system with low cost,easy maintenance, etc.the experiment proved toat toe system follows the economic,efficient and er Hable anti-interference aWlity, easy operation and maintenance of design principles for the romotion of solar energy has an important the practical significance. The design considerations Northwest sunny summer simplify biaxial to uniaxial, reasonable compensation in the track elevation angle,reduce costs, complete precision tracking， single-axis tracking system described herein， the structure is simple, cost-effective，especially suitable for all kinds of small civilian use of solar energy equipment。Abstract

　　This paper discusses the design methodology uniaxial parabolic trough solar tracking system and make debugging. Composition and fiinction of the automatic tracking control system to achieve a detailed analysis and research.

　　Mechanical parts， parabolic trough solar tracking system by the microcontroller automatically track azimuth, elevation angle can be adjusted manually on a regular basis? through the analysis of experimental data, to ensure that the tracking accuracy, to verify the feastoility of this tracking ethod.

　　In the electronic control the design is completed with STTG89G52 microcontroller as the core hardware circuit, which includes DS1302 clock circuit, LCD display circuit a power management circuit. Then, depending on the date of the trajectory algorithm, using open-loop stepper motor control trategies to KeiluVision4 software development platform f the preparation of the master control program， LCD program,clock program,motor dirves and otoer program modules,and with toe KeiluVision4 and SCM Proteus virtual laboratory siimilation software to buld and implemeiiting software and hardware emulation FBI. Eventually, according to this design,fabrication and commissioning complete hysical model.

　　Single-axis solar tracking system designed in this paper， the use of single-chip control system to automatically track the sun azimuth, elevation angle can be adjusted manually to make solar tracking to maintain a high tracking performance to overcome the shortcomings of toe traditional low precision ingle-axis tracking syerem, At the same time compared to dual-drive two-way tracking system with low cost,easy maintenance, etc.the experiment proved toat toe system follows the economic,efficient and er Hable anti-interference aWlity, easy operation and maintenance of design principles for the romotion of solar energy has an important the practical significance. The design considerations Northwest sunny summer simplify biaxial to uniaxial, reasonable compensation in the track elevation angle,reduce costs, complete precision tracking， single-axis tracking system described herein， the structure is simple, cost-effective，especially suitable for all kinds of small civilian use of solar energy equipment Keywords; parabolic trough; microcontroller;single-axis tracking system

　　Keywords; parabolic trough; microcontroller;single-axis tracking system

　　隨著(zhù)現代社會(huì )的高速發(fā)展,世界各國對能源的消耗量急劇增加,年增長(cháng)率達到5%-6%。20世紀以來(lái),全世界對能源的需求量在突飛猛進(jìn)的增張,能源的供給越來(lái)越緊張,甚至引發(fā)了一些局部戰爭。不均勻的能量資源的分布,也導致了很多危機的發(fā)生。根據一些國際機構和能源專(zhuān)家的推測,在世界現在所使用的幾大能源中,能夠在現有的資金和技術(shù)支持的情況下,石油和天然氣還能開(kāi)采30年,而且在50年以?xún)?這些能夠開(kāi)采的能源也將被用盡,能源危機變得越來(lái)越重要。

　　對環(huán)境的保護和能源使用產(chǎn)生的危機已經(jīng)是世界各國各個(gè)地區其同關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題,根據國際能源組織的報告顯示,天然氣和石油等可開(kāi)采的礦物燃料,提供了世界發(fā)展的94%以上的能源需求,而且世界各國都在全力發(fā)展,對能源的需求每年也在W　6%的速度在增長(cháng),而且這些礦物質(zhì)燃料燃燒可以產(chǎn)生大量的溫室氣體,如二氧化碳等,在各國經(jīng)濟發(fā)展的同時(shí),關(guān)于化石燃料污染環(huán)境的問(wèn)題也變得引人注目。現在世界各地都在倡導綠色地球,呼吁環(huán)境保護,因此,我們應該去積極探索,發(fā)現一些對環(huán)境影響更小的新能源。由于地球所處的位置,太陽(yáng)能相對于地球取之不盡用之不竭,對于我們來(lái)說(shuō)具有很高的利用價(jià)值和可持續利用的前景。正是因為太陽(yáng)能對于我們地球的這種持性,我們應該積極探索更好的方式去更好的加W利用。

　　我國經(jīng)韓度跨度大,是世界第H大國王面積國家,太陽(yáng)能資源豐富,能夠開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)能資源分布廣泛,很多省份和地區都具有極大的太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)價(jià)值和前景,正是因為具有這樣大的優(yōu)勢,所W太陽(yáng)能對于我們國家對于能源的需求和經(jīng)濟可持續發(fā)展具有重大的戰略意義和經(jīng)濟價(jià)值。

　　太陽(yáng)能的利用,需要高效的技術(shù)手段和科學(xué)方法,不同的跟蹤裝置和跟蹤方法,利用太陽(yáng)能的效率截然不同,隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,我們早就脫離了單純的太陽(yáng)能小面積,低密度的利用方式,太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤成為世界各地科學(xué)家和學(xué)者大量研究的熱點(diǎn)課題,特別是20世紀W來(lái),隨著(zhù)自動(dòng)化理論的發(fā)展和跟蹤策略的優(yōu)化,以及具有高速運算能力的計算機的使用,太陽(yáng)能的收集變得越來(lái)越高效。而一些小型的計算機,如單片機,ARM等由于它低成本,可靠性高等特點(diǎn),在對太陽(yáng)的自動(dòng)跟蹤方式上具有得天獨厚的優(yōu)勢,利用高速計算機對太陽(yáng)數據進(jìn)行運算能夠準確的知道太陽(yáng)的實(shí)時(shí)位置和角度,能夠很精確的跟蹤太陽(yáng),大大的提高對太陽(yáng)的利用效率。

　　本課題就是學(xué)習借鑒一些學(xué)者的研究成果的基礎上,利用單片機作為控制器,設計出了一個(gè)基于單片的拋物槽式自動(dòng)跟蹤系統,通過(guò)這個(gè)系統,能夠有效的將太陽(yáng)光集中到拋物槽系統的集熱器上。

　　核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汝能等等新能源由于對環(huán)境的污染小,利用價(jià)值大,并且可W無(wú)限使用的特點(diǎn),各國都爭相開(kāi)發(fā)利用,在競爭中發(fā)展,在發(fā)展中交流技術(shù),對于這些能源的使用相繼都越來(lái)越多元化和實(shí)用化。特別是作為最清潔的可再生能量�壧�陽(yáng)能,已經(jīng)代表新能源的典范成為世界新能源發(fā)展利用的重要方向。

　　在過(guò)去的30年里,由于太陽(yáng)能跟蹤技術(shù)和材料的發(fā)展,對太陽(yáng)能的利用成本下降了　95%以上。日本作為太陽(yáng)能利用和發(fā)展最好的國家,它的太陽(yáng)能使用技術(shù)一直處于領(lǐng)先地位。特別是從第二次能源危機開(kāi)始,日本就開(kāi)始重視,大力的發(fā)展太陽(yáng)能利用,儲備了大量的技術(shù)和人才。進(jìn)入20世界90年代,由于材輯科學(xué)的突破和創(chuàng )新,對太陽(yáng)的利用率有很大的提高,各種太陽(yáng)能利用裝置也是層出不窮。德國對于太陽(yáng)能的利用研究也很早I從上個(gè)世紀70年代開(kāi)始,德國就開(kāi)始進(jìn)行太陽(yáng)能系統的開(kāi)發(fā)、設計、集成、應用,也積累了大量實(shí)用的技術(shù)和人才,并且發(fā)明和創(chuàng )新了很多具有很高效率的太陽(yáng)能系統。在過(guò)去的十幾年,德國生產(chǎn)設計和制造的太陽(yáng)能設備遠遠超出其他國家的應用水平。

　　我國太陽(yáng)能資源十分豐富,可利用的價(jià)值非常大,因為我國的大部分地區的全年日照時(shí)間在2280小時(shí)以上,每平方米太陽(yáng)能的年福射總量為3350——8500兆焦耳,而且我國的太陽(yáng)能可利用的地域分布非常廣泛,比如新疆、寧夏、內蒙、青海等地太陽(yáng)能資源非常豐富,全年可供利用的時(shí)間也很長(cháng)。在西部,我國有大量的荒漠地區,這些地區的太陽(yáng)直射大地,可利用的太陽(yáng)能很多-如果能夠將這些地區的優(yōu)勢的百分之十開(kāi)發(fā)出來(lái),投入到實(shí)際應用當中I就相當每年可以發(fā)十萬(wàn)億千瓦的電量,可W供全國各地用五年,這種社會(huì )價(jià)值和經(jīng)濟價(jià)值是非常大的。

　　拋物槽式太陽(yáng)能集熱器跟蹤系統硬件設計：

步進(jìn)電機內部結構

歩進(jìn)電機

驅動(dòng)器實(shí)物圖

LED數碼管共陰極和共陽(yáng)極

時(shí)間顯示電路

目錄

　　第一章 概述
　　　　1.1 課題研究的背景、目的和意義
　　　　1.2 國內外太陽(yáng)能研究發(fā)展現狀
　　　　1.3 太陽(yáng)能跟蹤技術(shù)現狀
　　　　1.4 拋物槽式集熱器系統介紹
　　　　1.5 論文的研究?jì)热菁敖Y構
　　第二章 拋物槽式太陽(yáng)能集熱器跟蹤系統的整體設計
　　　　2.1 拋物槽式太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤方式的選擇
　　　　2.2 控制系統開(kāi)發(fā)過(guò)程
　　　　2.3 控制系統的總體設計
　　　　2.4 跟蹤方案優(yōu)化
　　　　2.5 本章小結
　　第三章 拋物槽式太陽(yáng)能集熱器跟蹤系統機械結構設計
　　　　3.1 整體結構設計
　　　　3.2 拋物槽集熱系統設計
　　　　3.3 傳動(dòng)機構的設計
　　　　3.4 髙度角調整的機械結構設計
　　　　3.5 本章小結
　　第四章 拋物槽式太陽(yáng)能集熱器跟蹤系統硬件設計
　　　　4.1 控制器簡(jiǎn)介
　　　　4.2 控制器的選擇及內部資源的分配
　　　　4.3 執行部件的設計
　　　　4.4 控制電路的設計
　　　　4.5 外部時(shí)鐘電路的設計
　　　　4.6 顯示電路的設計
　　　　4.7 輔助電路的設計
　　　　4.8 系統硬件調測
　　　　4.9 本章小結
　　第五章 拋物槽式太陽(yáng)能集熱器跟蹤系統軟件設計
　　　　5.1 系統主程序設計
　　　　5.2 太陽(yáng)角度跟蹤模塊設計
　　　　5.3 本章小結
　　第六章 實(shí)驗測試
　　　　6.1 波形測試
　　　　6.2 實(shí)際跟蹤效果測試
　　第七章 結論與展望
　　　　7.1 結論
　　　　7.2 展望
　　參考文獻
　　致謝
　　作者簡(jiǎn)介

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