摘 要

随着经济的发展，各种能源的使用越来越快，特别是最重要的能源，煤炭资源的短缺，促使人们寻找替代能源的步伐不断加快。太阳能具有可再生、丰富、洁净、价廉等优势，拥有良好的发展前景。

在太阳能的发电过程中，利用效率偏低，改变太阳板的形状、面积等都可以提高效率，但太阳板受光照的面积是决定太阳板光电转换效率的关键。本设计用传感器（光敏电阻）把收到的光信号变换为电信号，经过处理以及单片机的控制后，由相应的控制数字信号驱动步进电机对方位角和高度角进行改变，以此来实现太阳板位置的调整。

论文主要研究了选用STC89C52单片机作为主控芯片，根据单片机的功能和所需要的功能，重点完成了单片机外围硬件电路的搭建和相应软件的设计。

研究结果表明：与固定的太阳板相比光电转换效率提高了35%。

关键词：太阳能；单片机；光敏电阻；步进电机

Abstract

With the development of the economy, the use of all kinds of energy is getting faster and faster, especially the most important energy, the shortage of coal resources, and the acceleration of people's search for alternative energy.Solar energy has the advantages of renewable, rich, clean and cheap, and has a good development prospect.But solar power is inefficient, a factor that has hampered the spread of solar technology.

In the process of solar power generation, the utilization efficiency is low, and changing the shape and area of the solar panel can improve the efficiency, but the illuminated area of the solar panel is the key to determine the photoelectric conversion efficiency of the solar panel.This design with the sensor (Photoresistor) convert the light of the received signals to electrical signals, after processing and single-chip microcomputer control, step motor driven by a digital signal control was carried out on the azimuth Angle and height change, so as to realize the sun plate position adjustment.

Thesis mainly studied the STC89C52 microcontroller chosen as the main control chip, according to the function of the single chip microcomputer and the required functionality, mainly completed the construction of the single chip computer peripheral hardware circuit and the corresponding software design.

The research results show that the photoelectric conversion efficiency is improved by 35 % compared with the fixed solar panel.

Key Words：Solar energy；Single chip microcomputer；Photoresistor；Stepper motor

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景和意义 1

1.2 国内外的研究现状 2

1.3 本章的研究内容及章节安排 3

第2章 系统的总体设计 4

2.1 跟踪方式 4

2.1.1 光电跟踪法 4

2.1.2 单轴与双轴跟踪 5

2.2 系统总体设计及分析 5

2.2.1 系统总体设计 5

2.2.2 系统总体设计分析 6

第3章 系统的硬件设计 7

3.1 单片机控制电路 7

3.1.1 复位电路 9

3.1.2 晶振电路 9

3.2 光电检测设计 9

3.2.1 光电传感器 9

3.2.2 光电检测原理及电路设计 10

3.3 A/D转换模块设计 11

3.4 电机驱动模块设计 12

3.4.1 步进电机的介绍 12

3.4.2 四相步进电机及其控制方式 13

3.4.3 步进电机驱动电路 13

3.5 实物平台搭建 14

第4章 软件设计 15

4.1 按键部分 15

4.2指示灯部分 16

4.3模数转换部分 16

4.4 驱动电路部分 18

4.5 数字信号传输部分 20

第5章 总结与展望 22

参考文献 23

附录A 24

附录B 25

附录C 26

致谢 27

第1章 绪论

1.1 研究的背景和意义

人类社会的生产、生活都是建立在能源的基础下，如果没有能源，人类将会停滞不前甚至会出现文明倒退的情况。经济的不断发展、生活水平的改善、文明的提高都需要能源的支持。人类的社会层次在不断提高，人口的数量也在不断增加，这造成了人类需要更多的能源来维持社会的基本发展，近代以来人类已经消耗了大多地球上的不可再生能源。据有关部门统计,全球已经发现的且可以开采的煤炭总量有15980亿吨,按照目前的开采速度，还可以维持200年左右。石油的可开采总量就更少了，只有1211亿吨,这些储量在40年后将会被消耗完。天然气在60年后也会被消耗殆尽^[1]。可见，人类对能源需求的增加和能源总量的减少所出现的矛盾会越来越恶劣。所以世界各国都在努力的寻找一些可持续发展并且对环境无污染的新能源。新能源有很多种，例如核能、太阳能等，相对于危险的核能研究来说，学者们更倾向于对太阳能的研究。太阳能是目前已知在地球上存在的含量最大的能源，纵观生命的发展史，就是在太阳提供的能量下生存和进化。太阳能在地球上普遍存在，无论在哪，都可以开发利用到太阳能。而且没有运输的问题，无形之中就降低了开发成本。太阳能这种能源十分的干净，在运用过程中产生的污染几乎可以忽略不计，有效的降低了环境的污染，这对于改善人类的生活环境来说是非常有利的。而且太阳能的含量十分庞大，经过有关专家计算，太阳向四周辐射的功率有3.8*10^23kW之多。虽然到达大气层的残存功率不足20亿分之一，而且被大气层反射了30%，还被之吸收了23%，在这种情况下，到达地球表面的功率还有8*10^13kW^[2]。但这些太阳能的总量依旧非常惊人，把这些量折合成煤炭来计算的话，足足相当于130万亿t标煤燃烧产生的能量，可以说现阶段找不到与之相当量得能源种类。在太阳能的持续时间上，有关研究人员也进行了相关的计算，根据太阳内部氢的储存量和燃烧速率估算，太阳能的释放时间可达百亿年之久，这比足足是地球寿命的几倍。从这一点上来分析来说，太阳能对于人类是取之不尽得。无论是从能源的需求，还是从环境的保护，亦或是社会的发展上来看，人类必须充分的挖掘太阳能的潜力，使之成为主流的能量来源，这是实现可持续发展的必要。

依照当下社会的发展现状来看，人们急需一种清洁能源来代替化石能源，太阳能是各国科学家的首选目标。对于全球来说，如何将太阳能深入运用到生活中，这是共同的研究难题。对于人们来说，太阳能具有免费、的特性，最重要的是，它对于地球是取之不尽用之不竭的，完全不用担心储存量的问题。如今太阳能已经运用到许多的地方了，比如太阳能路灯，太阳能充电等，运用最广泛的方式就是太阳能发电。然而在太阳能发电的过程中存在着许多问题需要去解决，首先，太阳光照射到地球上，其光线是经过多重散射的，所以其能量密度非常低，怎么降低成本来收集太阳能是一个难题。除此之外，发电过程中还受到许多客观环境因素的影响，如太阳能板所处的地理位置，当时的天气的情况也是一个重要的因素。这些问题使太阳能的利用受到了巨大的限制，在这种情况下，我们需要提高技术手段对太阳能进行采集和利用。目前，国内外的许多光伏电站，没有跟上时代的发展，其太阳能板的摆设还是按照以前的方法，一年四季都保持不变。所以只有在很短的时间内能受到直射，其他时间内发电效率会降低甚至不能发电。据有关专家对太阳能发电实验分析，如果将固定太阳能板变成跟踪的方式，发电量会提高35％ 之多 。由这个数据可以看出，在发电过程中运用跟踪的方式是有必要的。太阳能跟随系统可以有效的采集到最大化的太阳能，提高太阳能的转换效率。如今，全球每年太阳能发电的产量只有104KW，由于受工艺、材料等的限制，组件的转换效率仅为10%左右，最好的也只达到了12%^[3]。成本较高造成了其很难普及，世界上许多专家都在研究新的工艺、材料等，以此来降低系统的造价。太阳能跟踪系统从控制手段触发，与固定式相比发电能力提高35%，造价成本下降了25%。