南湖学院
题 目： 太阳能电池板跟踪控制系统设计
学生姓名：
系 别： 机械与电子工程系
专 业： 机械电子工程
指导老师：
2015 年 4 月 15 日
一、国内外对本课题研究动态,选题的依据和意义:
(一)国内外对本课体研究动态
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域；通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。
二十世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6％的实用型单晶硅电池，二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术突破为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。
(二)依据和意义
太阳能作为一种新能源，它与常规它与常规能源相比有三大优点：第一，它是人类可以利用的最丰富的能源；第二，地球上，无论何处都有太阳能，就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值；第三，太阳能是一种洁净的能源。所以对太阳能的利用已经是重中之重。太阳能电池板定向跟踪控制系统可以使太阳能的利用率大大提高所以对太阳能电池板定向跟踪的研究是必要的。
太阳能电池板定向跟踪控制系统设计的目的为了解决太阳能转换效率低的问题，为了更大程度的利用太阳能。阳光照射的角度不固定，要想达到最大的集热效果，太阳能集热板应和太阳光线保持垂直。本设计要求设计一种自动跟踪太阳的机械和控制系统，使太阳能集热板能随太阳光线的移动而转动，保持集热板与太阳光线基本垂直。此系统能使太阳能电池板始终对着太阳，保持最大的发电效率，具有低成本、免维护等优点，有较好推广应用价值。
二、研究的基本内容,拟解决的主要问题:
研究的基本内容
本设计的研究内是为了提高太阳能的利用率，提出了一种基于单片机的固定轨迹粗略跟踪与光电传感器精确跟踪的双模式太阳能跟踪控制器。其中，固定轨迹跟踪方式是使跟踪装置的控制器根据相关的公式和参数计算出白天太阳的位置（视日运动），再转化成相应的脉冲发送给驱动器，驱动电机实时跟踪太阳。光电传感器精确跟踪控制是由5个普通的光敏二极管来实现，精确地跟踪太阳光信号的最强点，使太阳光垂直照射电池板，提高太阳光能的利用率。
研究难点及预期目标
难点：太阳光自动跟踪系统控制方法
预期目标：提高太阳能的转换效率和利用率，设计一个太阳跟踪装置，自动使太阳能电池板保持与太阳光垂直的控制系统，从而可提高太阳能的利用效率，拓宽太阳能的利用领域。
三、研究的步骤、方法、措施及进度安排
研究的内容
本设计主要采用计算机辅助设计完成。采用单片机仿真开发平台Proteus进行硬件系统设计，包括原理图设计和PCB板设计，用Keil C平台进行程序设计和调试，系统联调在Proteus平台上完成。
研究的方法
查阅文献资料或书籍，了解太阳光自动跟踪系统的基本机械结构、工作原理、驱动方式及控制方法。详细了解太阳的运动轨迹和运行规律提出控制的基本策略和基本方法。确定整个系统的输入、输出设备的数量，从而确定控制系统的基本组成。比较现有控制方法的基础上，提出一种简单经济的控制方案，进行方案的论证和控制系统规划。
进度安排
①2014.11.10～2014.11.30：下达设计任务书，学生根据设计任务书的要求，利用文献检索平台获取《小型数控钻床旋转平移工作台》各组成部分（包括机械结构和工作原理以及控制要求）的相关资料，进行系统方案设计及论证。包括确定I/O设备，定位传感器选型，平移电机、旋转电机选型等。探讨《小型数控钻床旋转平移工作台控制系统》的基本组成和实现的基本技术方法。
②2014.12.1～2014.12.20：进行硬件系统规划和论证，包括电机接口及驱动方案；人机交互接口界面；传感器信号调理及接口等方案论证。
③2014.12.21～2015.1.10：根据对《小型数控钻床旋转平移工作台》各组成部分的深入研究、规划和论证，按照机械工程学院毕业设计开题报告的格式要求，完成并提交毕业设计开题报告。
④2015.1.11～2015.2.11：分模块对硬件系统进行详细设计，并在Proteus平台上画出硬件系统的原理图，进行电气规则检查并对硬件系统各组成部分进行虚拟仿真测试（仿真时可以用指示灯指示电机的运转状态）。
⑤2015.2.12～2015.3.10对系统顶层软件进行设计，画出系统软件流程图，确定子程序模块数量及调用规则，确定各子程序模块的入口参数和出口参数，画出各子程序模块的流程图。在Keil C平台上进行子程序的调试和主子程序联调。并提交中期检查表。
⑥2015.3.11～2015.3.30：在Proteus平台上进行系统软硬件联调，完成系统设计。
⑦2015.4.1～2015.4.10：归纳整理设计调试结果，整理软、硬件设计文档资料，总结单片机应用系统设计的一般方法和收获，为今后从事类似的设计提供参考依据和积累经验。同时完成毕业论文的撰写完成毕业设计初稿，并提交毕业答辩审批表。
⑧2015年4月11日-5月20日：毕业设计送审、修改、定稿。
四、主要参考文献
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