基于单片机的太阳能全天候集热装置控制器的设计毕业设计简介

兰州理工大学毕业设计简介太阳能全天候集热装置控制器的设计电子信息科学与技术 07260425 梁祺 指导老师 林洁摘 要本设计 运用 AT89C51控制芯片和 DS1302计时芯片，通过运放 LM324N,LM358组成比较模块对光敏电阻对光线的感应强度和设定基准电压比较结果的检测，并对检测结果进行逻辑运算后，对负责方位角和俯仰角的步进电机进行控制，从而实现对太阳全方位跟踪。在该设计中详细阐述了控制系统的组成结构和工作原理。该方法利用计时芯片来计算时间，和 五个光敏电阻 对当前环境光线强度进行 感应，在不同强度亮度下，光敏电阻的阻值不一样，所以比较器的正输入电压也不同。如果跟踪板不是正对的太阳，那么五个光敏电阻的阻值也不一样，比较器正输入的电压也不一样，如果正输入电压高于设定的基准电压，比较器将输出一个信号给单片机，单片机根据比较器输入的信号进行逻辑运算，然后控制相应步进电机旋转，直到五个光敏电阻感应光线强度一样。关键词： 光敏电阻；比较器；单片机；驱动电机AbstractAT89C51 control chip used in this design, through the op amp device DS1302, LM324N, LM358 compare module composed of light on photosensitive resistor to set the reference voltage induction intensity and the detection results of the comparison, and logical operations test results, the azimuth and responsible Pitch angle of the stepper motor control, in order to achieve all-round tracking of the sun. LCD display module, display system and the time the current work status. Described in detail in the design of the control system structure and working principle. The method uses five photosensitive resistance strength of the current ambient light sensor, at different intensity of brightness, the photosensitive resistance is not the same, so the comparator s positive input voltage is different. If the board is not working for tracking the sun, then five photosensitive resistance is not the same, the comparator input voltage is not the same, if the positive input voltage is higher than the set reference voltage, the comparator will output a signal to SCM, SCM comparator input signal based on logical operations, and then control the corresponding stepper motor rotation, until the five photosensitive resistance as light intensity sensor. Key words : photoresistor; comparator; microcontroller; drive motor 一、绪论太阳能作为一种清洁无污染的能源， 发展前景非常广阔， 太阳能发电已成为全球发展速度最快的技术。 然而它也存在着间歇性、 光照方向和强度随时间不断变化的问题， 这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。 目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的， 没有充分利用太阳能资源，发电效率低下。据实验：在太阳能光发电中，相同条件下，采用自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高 35%，因此在太阳能利用中，进行跟踪是十分必要的。二、整体结构本次设计提出一种新型的基于单片机的太阳光自动跟踪系统设计方案， 本系统不仅能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板朝向，通 过 东 西 向 的 方 位 角 跟 踪 和 南 北 向 的 高兰州理工大学毕业设计简介度 角 的 跟 踪 达 到 使 太 阳 能 电 池 板 能 够 始 终 正 对 太 阳 照 射 角 ， 从 而 达 到 提 高 太 阳能 利 用 率 的 目 的 ，而且在跟踪过程中能自动记忆和更正不同时间的坐标位置 , 不必人工干预 , 特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况 , 有效地提高了太阳能的利用率 , 有较好的推广应用价值。AT89C51采集系统（光敏电阻、LM324 、 LM358 ）时钟芯片 DS1302看门狗电路（ X25045 ）液晶显示器 1602电机驱动芯片A3976图 1 系统的基本构成三、硬件电路的设计（一）单片机及其外围电路控制中的单片机部件选择 ATMEL公司生产的 AT89C51型单片机。 AT89C15是一种低功耗、高性能的 8位单片机，它采用 CMOS工艺和高密度非易失性存贮器技术，而且引脚和指令系统都与 MCS51兼容主要性能有： 4KB可改编程序的 Flash 存贮器 ( 可擦写 100次 )； 全静态工作频率：0Hz一 24MHz；三级程序存贮器保密； 128字节内部 RMA； 32条可编程 I/O 线； 2个 16位定时器 /计数器； 6个中断源；可编程全双工串行通道；片内时钟震荡器。 AT89C51是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，可以很好的满足本系统的设计要求。AT89C51单片机有 128BRAM， 当数据量超过 128B也需要把数据存储区进一步扩展。 常用RAM芯片分静态和动态两种。 静态 RAM有 6116(2KB) 、 6264(8KB) 等， 动态 DRAM2164(8KB)等，另外还有集成 IRAM和 E2PROM。使用 E2PROM作数据存储器有断电保护数据的优点。本次设计扩展了两片 8KB6264， 为数据存储留有一定的余量。 6264 是一种 8K×8 的静态存储器， 主要包括 512× 128 的存储器矩阵、行列地址译码器以及数据输入输出控制逻辑电路。 2764 是一块 8K× 8bit 的 EPROM芯片，它的引线与 SRAM芯片 6264 是兼容的。I/O 口的扩展采用 8255， 8255 是一个单片机系统常用的可编程芯片，利用指令设置各口的工作方式。计时电路采用 DS1302芯片， DS1302 是 DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟 / 日历和 31 字节静态 RAM通过简单的串行接口与单片机进行通信，实时时钟 / 日历电路提供秒分时日日期月年的信息， 每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作。 可通过 AM/PM指示决定采用 24 或 12 小时格式。显示模块采用 1602液晶显示器。（二）光电转换电路的设计光电转换器接收太阳光， 将光信号转换成电信号， 接着此模拟电信号经过放大器的放大再通过 A/D转换成数字信号进入单片机，单片机根据采集来的信号进行分析比较，得出结果最终控制步进电动机的转动与转向来达到太阳能电池面板始终垂直于入射光线， 从而达到最高效率的利用太阳能。 本设计的光敏器件选为光敏电阻。 利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理 , 将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西方向边沿处的下方。如果太阳光垂直照射太阳能电池板时， 两个光敏电阻接收到的光强度相同， 所以它们的阻值相同，此时电动机不转动。 当太阳光方向与电池板垂直方向有夹角时， 接收光强多的光敏电阻阻值减少，驱动电动机转动，直至两个光敏电阻上的光照强度相同，称为光敏电阻光强比较法。其优点在于控制较精确且电路比较容易实现。（三）步进电机以及驱动电路兰州理工大学毕业设计简介步进电动机是一种将电脉冲信号转变成相应的角位移的或直线位移机电执行元件， 每当输入一个电脉冲信号时， 它便转过一个固定的角度或直线位移。 由于输入是脉冲信号， 输出的角位移是断续的，所以又称脉冲电动机。与其他类型电动机相比具有易于开环精确控制、无积累误差等优点。 由于步进电动机结构的特殊性， 需配置一个专门的驱动器进行驱动。 本设计所采用的驱动芯片是 A3976， A3976是一种用来驱动双极性步进电机双绕组的单片集成电路，也可以用来双向控制两台电动机。四、系统软件的设计开始初始化数据采集分析电机驱动显示子程序数据传输图 2 系统主流程图五、总结本系统采用传感器定位和时间定位相结合的设计， 具有全天候、 全自动、 跟踪精度高等优点， 充分保证了太阳能辐射观测的需要， 大大减轻了观测人员的劳动强度。 而且系统还采用 LCD液晶显示跟踪光斑图像，更加形象地体现出跟踪的精确度。符合实际的跟踪满意度，性价比高，具有广阔的发展前景。参考文献[1] 赵争鸣等。太阳能光伏发电及其应用 (M)，北京：科学出版社， 2005。[2] 沈辉。太阳能光伏发电技术—可再生能源丛书 (M) ，北京：化学工业出版社， 2005。[3] 李华等。 MCS-51系列单片机实用接口技术 (M) ，北京：北京航空航天大学出版社， 1993。[ 4]D.Y .Goswami,S.vij ayaraghavan ， S.Lu.New alldelnergingdeve Pmentsinosl arenergy.SolarEnergy ，2004.33～ 43. [5]Y .TriPanagnostopoulos ， M.SOuliotis.hit egrated colle Ctorstoragesolars 。 Nswith As meircccp ernectors.RenewableEn ， 2004.223 ～ 248.