摘 要

能源危机已经成为当今世界的重要问题之一。太阳能作为一种洁净能源，具有很多优越性，但太阳能利用效率的普遍偏低却限制了其发展。本课题设计了一种太阳自动追踪系统，这个系统以控制器为核心，通过光电追踪的方式来实现对太阳的定位与追踪，从而提高太阳能装置的能量转换效率，具有研究和应用的价值。

本次设计的太阳自动追踪系统由机械与控制两部分组成。机械部分可以分为基座、支撑座、转动架、齿轮组等零件，具有结构简单，传动比大，刚度较高等优点。控制部分由光敏传感器模块，单片机模块及步进电机模块组成。光敏传感器模块的作用是检测太阳的实时位置；单片机模块负责处理传感器的信息并控制步进电机的工作状态；步进电机模块是用来驱动执行机构，从而完成太阳跟踪的任务。

关键词：光电跟踪，光敏传感器，单片机，步进电机

Design of Solar Tracking System

Abstract

The energy crisis is one of the eventful issues in today's world. As a clean energy source, solar energy has many ascendancy among all renewable energy sources, but the low efficiency of solar energy utilization limits its evolvement. A solar automatic tracking system is designed in this thesis. The single-chip microcomputer is used as the core and the positioning and tracking of the sun is determined through photoelectric tracking, thus the energy conversion efficiency of solar devices is improved. It plays great significance in researching and application.

The automatic solar tracking system consists of mechanical and control components. The mechanical part is composed of the base, the main shaft, the gear set and the turret. It has the property of large transmission ratio and high rigidity. A photosensitive sensor module, a single chip module and a stepping motor module constitute the control part. The photosensitive sensor module is used to detect the real-time position of the sun; the MCU module is responsible for processing the sensor information and controlling the working state of the stepper motor; the stepper motor module is used to drive the actuator to complete the task of sun tracking.

Key Words: Photoelectric tracking, Photosensitive sensor, Microcontroller, Stepping motor

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题背景意义 1

1.2课题设计内容 1

第二章 太阳跟踪系统的总体方案 3

2.1机械部分的方案分析 3

2.1.1机械部分的方案比较 3

2.1.2机械部分的设计方案 5

2.2控制部分的方案分析 6

2.2.1控制部分的方案比较 6

2.2.2控制部分的设计方案 7

第三章 机械结构设计 9

3.1第一组齿轮计算 10

3.2第二组齿轮计算 13

3.3轴瓦校核计算 15

3.4抗风性分析 18

第四章 控制系统的硬件设计 21

4.1光电检测模块设计 21

4.1.1光敏传感器的选型 21

4.1.2光敏传感器的安装 21

4.1.3光电转换电路 22

4.2步进电机模块设计 23

4.2.1步进电机的选择 23

4.2.4驱动模块的选择 23

4.3单片机模块设计 24

4.3.1单片机的选择 24

4.3.2单片机的I/O分配 24

4.3.3单片机的电路设计 25

第五章 控制系统的软件设计 26

5.1主程序设计 26

5.2光电检测程序设计 27

5.2.1光电检测的流程图 27

5.2.2光电检测的部分程序 27

5.3电机驱动程序设计 28

5.3.1电机驱动的流程图 28

5.3.2电机驱动的部分程序 29

第六章 经济性分析 30

第七章 总结与展望 31

7.1全文总结 31

7.2展望 31

参考文献 32

致 谢 33

第一章 绪论

1.1课题背景意义

当今世界，科学技术正在不断的改进与发展，这些变化为人们带来了美好的生活，但同时也引起了一系列的问题：环境的破环、能源的匮乏。为了解决环境污染的问题，为了获得更加持久的能源，全世界的学者们都在寻找一种新的能源方案。在所有的方案中，如何更好得利用太阳能一直是最热门的话题之一[1]。

太阳能是一种可再生能源，它具有许多传统能源所没有的优点，所以太阳能的利用问题引起了全世界的广泛关注[2]。在太阳能的利用过程中，太阳光的采集是第一个环节，能否充分的接收太阳辐射直接影响着整个太阳能利用系统的效率。为了能够提高太阳能的接收效率，世界各国的学者纷纷提出了自己的方案，其中有一种比较可行的方法就是太阳跟踪系统。

太阳跟踪系统是一种能够实现对太阳方位进行追踪的自动化设备。这种设备能够定位太阳的当前位置，从而实现对太阳的追踪，保证太阳能电池板正对太阳，提高太阳能的接收效率[3]。因此，研究与开发太阳自动追踪系统，对提高太阳能的利用率具有极大的经济实用价值。

1.2课题设计内容

本次设计的是一种太阳能自动跟踪系统，要求设计出能够寻找太阳位置的方案，并设计一套变位装置使之能够随着太阳位置的变化而做出相应的调整。其中，对太阳位置的准确定位是本次设计的主要难点，也是最终设计能否成功的关键一环。因此，对于跟踪方案的选用以及执行机构的设计，将会影响整个跟踪系统对于太阳位置的定位能力以及跟踪能力。

本次设计将从跟踪方案与执行机构两部分着手，跟踪方案选用光电跟踪法中的光敏电阻比较法，执行机构则选用双轴跟踪，通过机械与电控部分的结合，从而实现对太阳的跟踪。该系统具有较高的跟踪精度，同时也有较快的跟踪速度，因此具有重要的实践意义和研究价值。本次设计的主要内容如下：

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