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追日型自适应太阳能供电LED路灯系统

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摘 要
太阳能是一种清洁的能源，具有储量无限、普遍存在、使用经济等优点，但是太阳能又存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点，使得目前一系列的太阳能设备对太阳光照的利用率不高。太阳每时每刻都是在运动，不管哪种太阳能收集设备，如果它的能量转换部分能始终保持与太阳光线垂直，那么它就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能。太阳能设备的能量转换部分若想保持与太阳光垂直，就须跟踪太阳，而研发太阳自动跟踪装置是解决这一问题的最佳方法之一。追日型自适应太阳能供电LED路灯系统满足了低碳经济项目的需要，在现有已经研发成功的太阳电池供电的LED路灯的基础上，进一步提出通过光电传感器检测太阳的位置，控制执行装置进行对太阳高度角和方位角的跟踪，从而使得太阳能电池板始终与太阳光线垂直，达到追日的目的。
本文根据光电二极管外电路上接上负载，负载上的电信号随着光的变化而相应变化的特性，来判断光的强弱，再配合半球面二极管阵列的对光与背光，产生比较信号，从而判断电池板的转向。深入分析了太阳在空间运动轨迹的情况，确定所选用的跟踪坐标系和跟踪范围，同时也进一步确定了半球面上光电二极管阵列的分布。根据跟踪范围和一系列已知参数，设计了控制系统，通过控制系统将检测装置和执行装置有效地联系起来。将检测到的用于判断电池板转向的比较信号经过放大、A/D转换等一系列的处理后，传入单片机，由单片机产生控制步进电机转向和速度的信号，驱动执行装置跟踪太阳，最终达到电池板与太阳光线垂直的效果。
关键词：太阳能；光电检测；自动跟踪；控制系统

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 录
第一章 绪 论 7
1.1 追日型自适应太阳能供电研究的意义 7
1.2 太阳跟踪方式的发展概况 8
1.3 本课题研究的内容 9
第二章 系统工作原理及总体结构 11
2.1 太阳运动规律 11
2.1.1 地平坐标系统 12
2.1.2 极轴坐标系统 13
2.2 实现跟踪的方案选择 13
2.2.1 跟踪检测方式的选择 13
2.2.2 跟踪系统坐标系的选择 16
2.3 系统的组成和基本工作原理 16
第三章 检测装置设计 18
3.1 检测装置的传感器选择 18
3.1.1 传感器定义 18
3.1.2 光电二极管结构 19
3.1.3 光电二极管工作原理 19
3.1.4 光电二极管的主要特性参数 19
3.1.5 光敏二极管选型 20
3.2 检测装置结构设计 21
3.2.1 结构说明 21
3.2.2 检测原理 23
第四章 跟踪系统设计 24
4.1 跟踪装置结构确定 24
4.1.1 执行机构实现自动跟踪的原理 24
4.1.2 系统特点 24
4.2 电机选择 25
4.2.1 步进电机的结构 25
4.2.2 步进电机的控制 25
4.2.3 步进电动机型号的确定 25
第五章 控制系统设计 27
5.1 控制系统芯片简介 27
5.1.1 单片机 27
5.1.2 12位A/D转换器 29
5.2 信号处理及控制原理 34
5.3 太阳跟踪装置的软件组成 34
第六章 总结与展望 39
6.1 总结 39
6.2 展望 39
附录A 控制系统电路图 41
附录B 参考程序 47
参考文献 53
致 谢 56