小型太阳能电池板增效随动控制系统设计调研报告

湖南文理学院芙蓉学院本科生毕业论文 (设计 ) 调研报告题 目： 小型太阳能电池板增效随动控制系统设计学生姓名： 陈 鹏学 号： 11150107 专业班级： 自动化 1101 班指导教师： 杨 民 生完成时间： 2014 年 12 月 3 日小型太阳能电池板增效随动控制系统设计一、 主要目标任务：综合运用所学知识， 如 《模拟电子技术》 、《数字电子技术》 、《自动控制原理》 、《微机原理》 、 《单片机原理与应用》 ， 设计一个基于单片机小型太阳能增效装置。1）对以前所学知识进行系统的复习，全面的综合并将其联贯。2）学会了独立的分析和解决问题和进行相关社会调查的能力3）学会了查阅文献的方法和培养查阅文献的良好习惯。4）提高专业相关外文的阅读、翻译能力。提高专业英语水平。5）提高编写程序的水平，优化软件结构。提高电脑绘图水平。二、 技术性能指标：1）太阳能帆板角度控制在水平 0~360 度。2）垂直 0~180。3）按键复位功能三、 简要工作原理以 AT89C51单片机为系统控制器，结合光线传感变送器， A/D 转换器、 5 线4 相步进电机、按键开关开关等，设计出一个基于单片机的小型太阳能电池板增效随动控制系统设计。在系统中， 光线传感器将模拟信号传送给 A/D 转换器， 转变数字信号， 进入单片机内部。 单片机将给定数字信号的 A/D 转换结果与测量数字信号的结果相比较，得出偏差量。然后跟据单片机得出控制量。在 5 线 4 相步进电机中调节，采用模拟的 PWM控制方法， 将太阳能帆板面对太阳光直射 . 以达到控制效果的目的。四、 课题文献综述1、 《一种新颖的太阳追踪采集系统设计》2、作者：倪玉峰，闰闹，刘建成，行鸿彦摘要 : 采用 MSP430超低功耗 16 位单片机作为控制核心设计了一种新颖的太阳能追踪采集系统， 该系统对机械装置中水平、 俯仰两个自由度的步进电机进行驱动， 先是根据时钟时间调整硅电池板到预定位置， 再根据检测的光照强度系列值， 把太阳能电池板精确调整到光照最强处， 提高了处理速度和追踪的精度， 使系统加稳定可靠。同时利用单片机的 AD12模数转换器实时监测充电电池电量状态。另外，系统具有无线射频传输模块，可以把系统采集来的时钟时间、温度、光强、 电量状态等信息传输到上位机， 实现远距离实时监控。 该系统经过实际应用检验， 达到了设计要求， 能够稳定可靠的运行， 实现了太阳能自动追踪的控制。模糊控制器的应用3、 实施结果太阳能追踪采集系统利用步进电机双轴驱动， 通过对机械装置端进行水平、俯仰两个自由度的控制，先是根据时钟时间调整太阳能电池板到预定位置，再是根据光电检测精确调整到光照最强处，能实现对太阳的全天候追踪及精确、快速定位， 使追踪太阳更加稳定可靠。 通过液晶显示和无线射频传输， 既可现场监控又可远程监控太阳光照强度、 天气温度、 充电池电量状态和时钟时间等信息。通过键盘的动作则能完成液晶屏幕的切换、 时间的调整以及图形化显示， 而且将以太阳能电池板充电的锉电池作为实时时钟 DS 1302的备用电池， 可在系统断电的情况下使实时时钟依然正常工作， 从而保持准确的时钟时间。 如果研究并设计电源管理模块， 把系统的外部供电电源、 给太阳能充电的电源、 电机使用的电源和其他芯片使用的电源统一整合，分别管理，就可以实现系统的太阳能自供电。2、 《太阳追踪系统控制器的设计与应用》1） 作者：余涛，马立新，陈国平，刘和勇摘要 : 为提高太阳能板接收能量的效率，设训一了一种日光垂直追踪系统的电机控制方法。 该方法与传统的使用单片机控制的步进电机控制系统不同， 其利用 FPGA实现对步进电机的控制。根据步进电机的运转特点，设训一了步进电机控制算法，运用直接数宇式频率合成器 (DDS)技术，实现了对步进电机在各种运行模式下加减速、正反转及精确定位的控制仿真，其性能稳定可靠。同时，利用FPGA提供的可配置资源，在应用中，可以用同一块 FPGA芯片对多台电机进行控制，从而大幅度降低光伏发电的成本。采用 FPGA来实现的太阳能追踪系统能有效提高太阳板的光电转化效率，并具有较广泛的应用前景。2） 结束语：太阳能追踪系统对太阳的准确追踪、 电机的控制起着至关重要的作用。 该文采用 FPGA对步进电机进行控制， 一方面考虑到 FPGA集成度高、 可靠性强， 增强了整个系统的稳定性 ; 另一方面，考虑到太阳能发电的可观前景，今后太阳能追踪装置肯定将逐渐取代传统的、 固定的太阳能发电设备， 而 FPGA具有资源丰富、I/U 管脚多的优点，一片 FP-GA芯片就可以控制多台电机，这样就能较大幅度地降低太阳能发电场建设的投入， 进而降低太阳能发电的成本。 本文分析的系统很好地完成了三相步进电机在各种工作模式下的加减速、 转向调节和定位的仿真控制。随着近年 FPGA芯片不断向高密度、高速度、低价格的趋势快速发展，可以预见 FPGA在电机控制领域将有很大的发展空间， FPGA的广泛应用将在能源领域及控制技术方面为我国的节能减排提供重要的技术支撑。3、 《太阳跟踪自动化控制系统设计 》1）作者：王东江 , 刘亚军摘要 : 随着太阳能不断被人类发现利用，如何应用自动控制系统有效捕捉太阳能更是当前自动化业界所面临的最新课题， 本次设计就是利用自动控制技术实现了对太阳能的最大化合理应用。 本系统阐述了自动化控制系统的设计过程以及软硬件部分的设计， 系统采用 AT89S52单片机作为整个系统的控制核心， 系统采用了两种追踪模式 : 光电检测追踪模式和太阳角度追踪模式晴天时系统采用光电检测追踪模式，而阴天时系统进入太阳角度追踪模式。在光电检测追踪模式下，光电检测部分采用光电二极管作为光电传感器， 利用硬件装置通过光电二极管的比较电路来判断太阳的方位，从而达到了追踪太阳的目的在太阳角度追踪模式下， 要是通过软件计算当时当地太阳高度角和太阳方位角， 再配合硬件来实现对太阳的追踪。系统的软件和硬件采用模块化设计思想，完成了系统的制作。1） 结语本设计能够自动检测昼夜，自动检测阴晴天。当检测到是黑夜时会启用中断服务程序， 进入等待状态检测到晴天时会直接在光电追踪模式下进行追踪 :检测到阴天就会进入太阳角度追踪模式这样能避免阴天情况下不能准确追踪的问题。 因此即使在天气变化比较复杂的情况下， 系统也能正常的运行， 提高了追踪的精度。 如果将此利用于太阳能电池板的话， 就可以直接从电池板上获得电能，无需另外电能输入，降低了系统的成本。4、 《能量自给的果园信息采集无线传感器网络节点设计 》1）作者：姜晨，王卫星，孙道宗，李震2）摘要 :针对果园中所存在的无线通信障碍与电池更换困难问题，该文设计了一款适介果园信息采集的无线传感器网络