【《光伏發(fā)電跟蹤裝置系統(tǒng)：基于STC89C51單片機的設計方案與實踐》11000字論文】

光伏發(fā)電跟蹤裝置系統(tǒng)：基于STC89C51單片機的設計方案與實目錄 21.1研究的背景和意義 21.2國內外的研究情況 4 2.1太陽跟蹤方式 2.2系統(tǒng)總體設計要求及分析 62.3本章小結 7 73.2光電轉換電路設計 3.3AD轉換模塊電路設計 3.4步進電機驅動電路設計 3.5單片機外圍電路設計 3.7本章小結 174.1按鍵部分子程序 4.2指示燈部分子程序 4.3主程序模數(shù)轉換 4.4驅動電路子程序 4.5AD電壓采樣子程序 4.6本章小結 205.1總結 5.2不足與進一步改進 參考文獻 由于市場經(jīng)濟的飛速發(fā)展，所有資源都要超負荷工作，特別是電力、油氣是主要替代資源。目前我國的新能源中，風能是最具開發(fā)前景的一種。但由于風電在運行過程中本文以STC89C51單片微型計算機為主要功能單位，針對單片微型計算機的基本特第一章緒論達了2.9%。雖然因為爆發(fā)的新型冠狀病毒，引發(fā)化石燃料需求大幅下降，但是，今后數(shù)十年，全球礦物燃料的能耗會逐步大幅增長(董睿淵，溫麗娜，2022)。過度使用礦物燃料，不但造成了能源危機，同時還對人類健康構成了很多威脅，包括了溫室效果、酸雨和霧霾等污染問題(韓逸飛，郭元正，2023)[2]。有著得天獨厚的優(yōu)點，太陽光資源在全球范圍內分布廣泛，其總的輻射資源極其豐富，統(tǒng)的固定太陽能系統(tǒng)高出近三成(楊若琪，林麗娜，2021)[4]。鑒于目前形勢因此設計出一套自動、高效的跟蹤式太陽能管理系統(tǒng)，是當前利用太陽能急需解決的問題(許文濤，劉婉瀾，2023)[5。個缺點，那就是太陽的亮度會隨著光線的變化而變化，這就對了更高的要求(侯澤楷，黎雨馨，2021)。目前，這在一定水平上揭露我們對太陽光的將會增加百分之三十五左右，因此，在使用太陽能時，追蹤是十分重要的(宋子淳，徐嘉誠，2018)。這些跡象表明了為了解決太陽能轉化中的低效率問題，采用智能型自動能夠自動跟隨太陽光的系統(tǒng)，這在一定程度上造價低廉，具備較好的宣傳使用價值(楊明哲，劉俊熙，2023)。量。也因此，太陽能這種清潔可再生能源技術開始引起了不少發(fā)達國家的關注與應用，在國外，有關太陽能的追光系統(tǒng)也有較長的歷史，一九九七年，Black就研制出一套單軸式太陽能追蹤系統(tǒng)(黃景云，高翔宇，2024)6,它是一種由東西方向上調整太能于2006年建成了一座由10000多塊太陽能板和400多塊跟蹤裝置構成的巨大太陽能發(fā)電站8,試驗結果表明，依照已有成果能夠推導出以下結論自動追光太陽能板的轉換與日光垂直，提高了30%的光電轉換效率。近年來，我國的研究人員對太陽能自動跟蹤追蹤與空間追蹤相結合的自動追蹤裝置10,同時，還采用了一種新型的連桿式推拉臂，利用單片機進行高度角和方位角測量，并將電脈沖的信號高33.5%。依據(jù)前面提到的觀點廣西大學姚建新，黃思遠于2018年研制了一種無跟蹤式宜潔等人在2019年研制了一種基于灰度匹配的太陽能電池板自動跟蹤技術[131,該系統(tǒng)在2020年，滕俊馳，任嘉豪等人還提出了一種太陽能電池板的自動跟蹤裝置141,該裝置可以根據(jù)GPS的位置來獲取坐標，并用單片機計算出高度角和方位角。采用間(1)通過分析太陽的長期變化，并以此為基礎提出了更加科學的太陽跟蹤對策。(2)研究所要求的信號(光敏電阻)的特性和作用機(3)通過分析控制系統(tǒng)的硬件特點，并選擇符合要求的主控芯片，重新設計控制器。(4)選擇驅動系統(tǒng)，步進電機及其驅動線路。(5)支持軟件設計和實物平臺建設。1.4本章小結本文重點闡述了本項目的研發(fā)背景與重要性，闡述了太陽光是一個新型的潔凈無污染再生能源，并且能量含量豐富，范圍廣泛，屬可再生能源，中國國內也早已開始利用太陽光了，而且已經(jīng)得到國際上肯定，對中國社會主義建設事業(yè)具有很重要的戰(zhàn)略意義。并闡述了本設計的總體思想以及要研究的具體內容。第二章系統(tǒng)的總體設計2.1太陽跟蹤方式目前，最常見的太陽能使用方法是利用太陽能板把太陽能轉換為熱量，但要盡可能多地收集太陽能，最好的方法便是使太陽能板始終面向著陽光(許文睿，劉婉晴，2022)。傳統(tǒng)的追蹤算法主要有兩類：一類是閉環(huán)隨機系統(tǒng)-光電追蹤，另一類則是開環(huán)的程序控制-視日運動軌跡追蹤。光伏發(fā)電跟蹤裝置是利用像光敏器件來檢測太陽能的光芒。在這個裝置中，電光管被放置在接近于遮光罩的區(qū)域。這一點透露出改變遮光板的位置，使遮光板指向陽光，將硅太陽能電池置于陰影區(qū)中(周浩，蔣俊哲，2022);當太陽光向西斜時，光柵衍射的影子出現(xiàn)了偏轉，并直接投射到光電管上，形成了相應的極小電流，再經(jīng)過放大電路放大后，通過伺服系統(tǒng)調節(jié)角度，對著太陽進行跟蹤。光電跟蹤系統(tǒng)有最高的靈敏度和簡單的機械構造；但是因為天氣的因素，一旦在相當長一段時間里，這在一定水平上揭露太陽的光線就會被擋住，而無法照射到硅太陽能電池上，也因此導致了跟蹤系統(tǒng)無法對著2.1.2視日運動軌跡跟蹤視日運動軌跡跟蹤方式有兩種可分為單軸和雙軸。(1)單軸跟蹤法。單軸跟蹤方法可包括單軸水平跟隨、單軸跟隨和最佳水平傾角跟隨。單軸跟蹤方法通常有：①焦線南北向水平排列，東西方向追尋；②焦線東西橫向排列，南北向追尋(張偉強，陳夢琪，2021);③傾斜布置的東西跟隨。此三種方式均是對單軸旋轉的物體北南方位或東南方位的追尋。這些跡象表明了雖然單軸追尋有構造簡便等優(yōu)勢，但其入射光線無法一直與主光軸平行，因而無法很好地采集太陽能。(2)雙軸追蹤。只要能夠追蹤太陽光的高度和方位，這在一定程度上顯露就能夠獲得最大的太陽光，全追蹤，也就是雙軸追蹤系統(tǒng)。雙軸追蹤又可以分成兩種：單極軸追蹤和高度角方向角跟蹤。2.2.1系統(tǒng)總體的設計要求總體上，這個項目的設計目標是費用較低，構造簡便，性能可靠，并充分考慮了其經(jīng)濟實用的價值。在結構的設計中，這在一部分程度上揭示了盡量做到簡潔、簡潔、易于安裝和維修，以避免不必要的繁瑣和浪費。同時，在控制單元的設計上，也充分考慮到了控制系統(tǒng)需要全天候運行，所以選取了可使用時間較長的運行器，以防止出現(xiàn)故障 (程俊馳，屈明杰，2019)。在研究探索中，本文對誤差的駕馭依賴于一整套嚴密的方法與措施，以保障數(shù)據(jù)之真實、結果之可靠。本文細致規(guī)劃了研究方案，并對可能引入誤差的各類因素—一如環(huán)境變量、操作差異、數(shù)據(jù)精度等一一進行了徹底分析と評估。借助標準化流程與技術工具，本文維護了數(shù)據(jù)的一致性與重復性。為進一步提升數(shù)據(jù)質量，本文引入了雙重錄入與交叉驗證機制，有效防范了人為疏忽或輸入錯誤引發(fā)的數(shù)據(jù)這種設想的目標是，通過使用旋轉太陽能板接收裝置來實現(xiàn)將太陽光轉換成能量，并以此增加對太陽光的使用率。一般來說，太陽能的轉化過程中，太陽是不會停止運動的，如果安裝在一個固定的位置上，這在某種程度上勾勒出那么就不可能一直保持著和太陽的方向，只會在一定的時間內吸收一定的太陽能，但是在其它的時候，接收裝置的吸收效率就會變低(唐君浩，彭楚嫣，2021)。所以，為了增加太陽能的吸收效率，就需要讓太陽能板保持在太陽的軌道上。在此方案中，我們使用了一種雙軸追蹤方法來實現(xiàn)對太陽的實時追蹤，使得太陽能電池板可以一直面對著太陽，以增加吸收效率(符思源，邢智航，2022)。以下是設計的需求：(1)該設備可適應各種情況，在有太陽的天氣自動追蹤，沒有太陽的天氣停止運行。(2)在進行追蹤時，依照已有成果能夠推導出以下結論可以保證太陽能板總是垂直于陽光，并能更好地吸收太陽能。(3)在此設計中，硬件與軟件的協(xié)調配合是必須的。2.2.2系統(tǒng)總體設計分析該系統(tǒng)的主要功能模塊有：單片機、光電變換、AD變換、電機驅動等。該部分首先詳盡介紹了各單元的硬件電路，并理論分析了總體物理平臺的構建進行，并對軟件的硬件部分：引入了雙軸追蹤，由上述分析呈現(xiàn)的信息可知可以進行垂直方向和垂直方位的追蹤，包含了光電感應器、信號處理和控制電路、方位和高度角調節(jié)裝置。利用信號處理技術與控制電路，傳遞相應的控制信息，從而使方位角與高度角調整的機構各自實現(xiàn)控制調整。軟件上：采用單片機作為控制核心，處在當前的現(xiàn)實背景下采用數(shù)字模擬變換，再利用AD電壓取樣對步進電機進行正反兩種控制。綜上所述，該系統(tǒng)設計的基本方法為，先將太陽光投射在光敏電阻上，并使之變換為電流，然后再將其送入AD自動變換器中，鑒于目前形勢再將AD信息采集到AD自動變換器中，再將AD信息注入到單片的微型計算機中，再將其輸入到控制器中，再將其輸出到驅動芯片中，以實現(xiàn)步進電機的正反方向(孔令杰，邱柏霖，2023)。下圖1為系統(tǒng)的總體設計方案機本文重點闡述了兩種不同的太陽追蹤方法，并對其特性、工作原理進行了簡要的闡述，最后確定了兩種方法的實現(xiàn)方法。另外，還對整體的設計方案和原則進行了簡要的闡述，并給出了流程圖。第三章系統(tǒng)的硬件設計能夠簡單運行，對系統(tǒng)特點是能夠實現(xiàn)線上改寫，在系統(tǒng)停電時不必須維護供電，編程，因此選擇STC89C51。STC89C51單片機是最早期和最經(jīng)典的產(chǎn)物，而其學習板是一種使用了STC89C52RC的操作系統(tǒng)。STC89C52RC是使用8051內核設計的ISP,該晶片內包含8KBytes的FlashROM存儲器，且其最大工作時刻頻段可達80MHz,這一點透露出晶片內整合了通用中央處理器和儲存模塊，可以在系統(tǒng)編程，搭配PC端的程序可以使用者的計算機程序直接加載到單片機控制器內，同時反應速度也更快(邱偉宸，馬超凡，2024)。STC89C52RC系列，是以8051為內核的單時鐘/機循環(huán)(1T)為標準的8051程序存儲器(ROM)數(shù)據(jù)內存(RAM)節(jié)先級口間為64kB能間為64kB殊功能寄存器；并行I/O口，輸入、模式通用；制系統(tǒng)；內部的串行通訊；圖中引腳的連接：LED1、LED2是表示手動方式和自動方式的二種指示燈；總共具有五個按鈕，其中一個按鈕是切換手動與自動方式，而另外四個，這些跡象表明了分別代表人工操縱電機的上下左右四個方位的旋轉；上拉排阻直連驅動器件ULN2803,這在一定程度上顯露目的是增加輸出電平，以提高驅動功能；而SCL和SDA則分別是數(shù)字和時鐘電路，分89C5189C51塊3456789GMDP36P3722pFp2pF32二P07時鐘信息(黃雪婷，趙天揚，2022)。在一般情形下，每一個系統(tǒng)都共用一組晶體振蕩器，由上述分析呈現(xiàn)的信息可知以保證各個部件的同步。許多通信設備的基本信號和射頻都采用了各種類型的晶振，依據(jù)前面提到的觀點并同時使用了電子控制的方法，以保證同步工作。通過對前期研究的系統(tǒng)總結，本文為接下來的研究工作提供了重要的參考。在研究方法上，本文識別出了多個改進與完善的方向。過去的探索階段為本文留下了寶貴的經(jīng)驗財富，指出了哪些方法有效，哪些需要調整或淘汰。例如，在數(shù)據(jù)收集環(huán)節(jié)，本文應更加關注樣本的廣泛性與代表性，確保所選樣本能夠真實反映目標群體的整體特征。此外，根據(jù)不同研究問題的需求，靈活運用多種數(shù)據(jù)收集手段，有助于提高數(shù)據(jù)的全面性和可靠性。為適應系統(tǒng)所要求的時鐘信號，晶體振蕩器通常與鎖相環(huán)同時作用(黃昕怡，楊子萱，2022)。假設各個子系統(tǒng)所要求的時鐘工作頻段不相相環(huán)與相同的晶體振子連接。STC89C51的外部只須通過與一個晶體振蕩器的二個電容器連接。3.2.1光電傳感器光敏電阻器，當它接受光之后，處在當前的現(xiàn)實背景下在半導體收音機薄板(感光層)上就形成了一個電子-空穴結構，以提高在集成電路中的電壓151。光敏電阻器的工作機理通常是以內光電效應為基準的。首先在半導體或感光材料的二端放置一個電極反應過程導線，然后再將其包入一個具有透光窗□的金屬外殼中，這樣就能夠產(chǎn)生一個光敏電阻器了，鑒于目前形勢這二個電極反應過程通常被做成梳狀，可以增加光敏感度(張偉雄，李思彤，2022)。當入射光線消失時，因為被光分激勵而產(chǎn)生的電子-空穴對就會再次結合，使感光電阻的阻值回復到了以前的定值。這一點透露出然后在光敏電阻器件的二端，再增加一次電壓，就會有電流產(chǎn)生，當光柱被照射時，這在一定水平上揭露輸入電壓就會增大，從而實現(xiàn)了光伏發(fā)電轉化的目的。由于光敏電阻器件只是一種簡單的電阻器，它可以在工作中加入DC或AC的電壓(張銘澤，李梓3.2.2光電轉換電路工作原理及電路設計該裝置直接接收太陽能后，再將其變換為電子，這些跡象表明了并根據(jù)該信息，利用單片機對其進行分析，最后再利用步進電機的轉動與轉向，將太陽能面板垂直于入射的太陽光，以實現(xiàn)最大的太陽能利用率。在此，光電探測器A探測左側的光，在光線遠離時，由單片機控制驅動芯片來驅動M的正向轉動，這在一定程度上顯露從而使電池板隨著光向左轉運動(李昭宇，張涵義，2022)。通過光電傳感器B可以探測右側的光，在離開電池板的同時，B也探測到并把光信息傳器C和D所監(jiān)測到的和太陽垂直角的變化，由單片機處理并控制驅動芯片M進行正逆探索復雜問題或新領域時，需要充足的時間來觀察現(xiàn)象、分析數(shù)據(jù)并得出穩(wěn)健的結論。更高的可信度和廣泛適用性。同時，技術手段的發(fā)展水平也對結論驗證產(chǎn)生重要影響。圖4光敏電阻模型光敏電阻GND21234563.3.1AD轉換模塊AD轉換原理及電路設計：AD變換器功能包括電壓的輸入輸出、AD電壓取樣等。該方案使用了AD變換集成電路，能夠將模擬信號轉化成數(shù)值訊號，然后再由單片或迷你電腦完成數(shù)據(jù)處理(朱云峰，唐曉彤，2022)。這在某種程度上勾勒出仿真值應該是電壓、電流等，不過在AD變換之前，所輸入的信息內容應該是電流訊息。AD變換后的數(shù)值訊息應該是8、10、12位等。而本設計中使用的PCF8591芯片，當與CPU實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸時，僅需通過SCL或者SDA就能夠實現(xiàn)(范偉國，趙志華，2020)。而I2C總線和傳統(tǒng)通信方式比較，其優(yōu)點是便于讀出、寫入、構造簡潔、便于維修18。CMOS工藝PCF8591必須通過向外部直接供電轉換參考電源。PCF8591的三個地址連接均可通過硬件地址程序，依照已有成果能夠推導出以下結論因此可以同時在同一條I2C總線接口通道上連接8個PCF8591元件(徐琳琳，李宏偉，2020)。在PCF8591儀器上，進入、出口的位置、控制信息和各種數(shù)據(jù)信息，均是采用雙線雙向I2C線路或串行的方法來實現(xiàn)傳送。光敏電阻接口10二9123459473.4步進電機驅動電路設計實現(xiàn)了對轉速的調節(jié)。在此基礎上，以下所述的夠順利排除那些明顯偏離正常范圍的數(shù)據(jù)點，并且維持具有代表性的樣本情況。此外，改善。步進電動機的控制也能夠在較大的工作區(qū)步進電動機若僅通過AC或直流供電也是無法運行的，這在一定水平上揭露只是在理圖，這些跡象表明了可以通過ULN2803構成較多的回路。每個器件的工作方式都采用了集流控制和對二極體的暫態(tài)抑9136OU3OU6COM3220451278涵，2022)。圖7驅動電路3.5單片機外圍電路設計圖8電源電路下轉下轉00右轉G3、指示燈電路D3動動3.6系統(tǒng)實物平臺搭建該方案的機械部分，主要由電池板托撐、驅動軸承、基座、步進電機等構成，并通過電動機引導電池板在垂直0-80°范圍和水平360°范圍內自主旋轉?？刂破鞑糠?，主要由STC89C51單片機控制器系列所組成。該設備的機械結構，這在一定程度上顯露大致為將一個步進電動機先用螺栓緊固在基礎上，然后再將一個轉動軸緊固在步進電機上，并與水平方向的步進電動機的基礎連接(趙云昊，吳婧琪，2024)。本論文在既定理論框架之上，搭建了本次的研究模型，無論在信息流轉路徑還是數(shù)據(jù)解析技術上，都體現(xiàn)出了對前人研究成就的尊重與延續(xù)，并在該基礎上實現(xiàn)了創(chuàng)新與拓展。在信息流轉設計上，本文吸收了經(jīng)典的信息處理理念，確保了信息從采集、傳輸?shù)椒治龅母鱾€環(huán)節(jié)均高效精準。通過嚴格的數(shù)據(jù)源篩選和標準化處理流程，本文有效保障了信息質量，進而提升了信息流的透明度與可追溯性。在豎直方向上，還裝有一個旋轉軸，并與太陽面板、感光該結構通過二個步進電機，在二種方向上依次實現(xiàn)了高程角和方向角的調控。追蹤裝置的水平軸都是垂直于地面的，因此能夠實現(xiàn)對整個水平方向的監(jiān)測；另一個與方向軸線垂直的軸線叫做縱傾軸線，用于調整垂直方向(高雅婷，孫志杰，2024)。這在一部分程度上揭示了最后二臺步進電機各自與驅動芯片ULN2803相連，再通過AD轉換晶片，以此調節(jié)步進電機。在工作時，太陽跟蹤裝置按照太陽光運動的位置利用方向軸的轉動來改變方向，并利用下俯軸改變太陽接收平臺的傾角，實現(xiàn)了對太陽射線的跟蹤[201。本文主要講述了本系列各部分硬件功能的介紹與運行原第四章系統(tǒng)軟件設計本設計以51單片機為核心，其最終目標是實現(xiàn)對發(fā)電機正反方向的精確調節(jié)?？稍O為上下左右等共四種方向的光敏電阻的電壓值，分別是U1、U2、U3、U4,并且具有10的準確度。讀U1U2轉轉轉轉>4.1按鍵部分子程序按鍵電路默認狀態(tài)為自動模式。4.2指示燈部分子程序{4.3主程序模數(shù)轉換片內的電壓進行取樣，最終將數(shù)據(jù)輸出，并將數(shù)據(jù)傳輸至單片機，實現(xiàn)對步進電機的控制。流程圖如下模擬多了電壓保持取樣，也就是說，在系統(tǒng)中進行了兩次取樣，最終的輸出電壓必須是IRcvByte(PCF8591)*2。ADC用于記錄每個信道的輸出。下面的通道也是如此。在程序中，最后一條if聲明是用手工方式處理的。4.4驅動電路子程序這個設計中，有四個感光電阻器，當光線照射時，它會產(chǎn)生一個電壓，如果上面的電壓比下面的電壓高，或者兩邊的電壓相差超過10,由上述分析呈現(xiàn)的信息可知或者你按下一個按鈕，水平電機就會反向旋轉(任思明，王若婷，2021)。同樣，如果左側的電壓比右側的高，或者二者的差距超過10,或者在人工方式下按下右鍵，方向電機就會右轉，依據(jù)前面提到的觀點如果右側的電壓比左側高，或者兩者之間的差距超過10,則可以按4.5AD電壓采樣子程序利用AD變換模塊將測量到的電壓值進行數(shù)字取樣，然后存入單片機存儲器中進行1、I2C總線數(shù)據(jù)位的傳輸該系統(tǒng)包括串行數(shù)據(jù)線(SDA)和串行數(shù)據(jù)線路(SCL)。所有連到總線的裝置都有率，SDA線路上的數(shù)據(jù)要在高電平時間內保持穩(wěn)定(方宇辰，湯博文，2021)。在標準種功能的軟件程序，例如，按鍵功能，AD轉換以及AD電流采集能功，步進電機啟動第五章結論5.1總結本設計采用了基于STC89C51單片機為核心的傳統(tǒng)設計方案，以STC89C51為核心都是一條曲折的道路。在設計的時候，要不斷的尋找問題，不斷的解決問題，我發(fā)現(xiàn)，當然，這個系統(tǒng)也有很多缺陷，比如算法的設計不夠完善，設備的參數(shù)不夠精確，人一開始就因單片機一腳未接，造成單片機無法正常工作，這一點透露出既浪費時間，也浪費精力，所以做事要仔細，要全面，不能因為一次挫折就失去信心，從哪兒跌倒，正常工作，但因為自身的知識和能力，以及對機械設計的了解，導致了本系統(tǒng)的缺陷。若該系統(tǒng)能進一步改善其機械結構，再加入LCD顯示模塊，相信該系統(tǒng)將會有很大的[2]董睿淵，溫麗娜.房車太陽能電池板折疊機構自動追光系統(tǒng)設計與研究[D].西安理工大學，2022:1-2[