太阳能板控

对绿色能源的开发和利用是响应我国节能减排重要决策，太阳能跟踪装置。此装置使用了单片机，外加两个步进电机，光电转换器和相关的外部元器件及传感器等等，其中太阳能电池板和云台都可以很好的完成360°旋转，使用两个步进电机也可以更精确的定位旋转角度，使用单片机控制，感光元器件采样，再进行电平对比来实现方位和角度的控制，当两者没有电平差的时候，电机静止不运作，当有电平差的时候单片机控制步进电机运动，课题成果不仅可以用于太阳能发电，还可以用到其它的向光场所，如天文观测等具有较高的实用价值。
关键词：太阳能；步进电机；单片机控制；感光元器件
Abstract
The development and utilization of green energy is an important decision in response to China’s energy conservation and emission reduction, solar tracking device. This device USES a single chip microcomputer, plus two stepper motors, photoelectric converter and related external components and sensors and so on, including solar panels and yuntai can be very good to complete 360 ° rotation, using two step motor can also be more precise positioning of the rotation Angle, using single-chip microcomputer control, photosensitive components sampling, Again level compared to realize the position and Angle control, when there is no level difference between the motor still work, when the level difference single-chip microcomputer control stepping motor sports, subject results not only can be used for solar power, can also use the other to light place, such as astronomical observation has high practical value.

Key words: solar energy; Stepper motor; MCU control; Sensitive element

第一章 绪论

1.1 前言
随着时代的进步与科技的飞速发展，使得对能源的需求随之增加，对不可再生能源的过度依赖，从而使得不可再生能源的存储量急剧减少，一些不可再生能源（石油）被视为战略资源，据目前统计，煤炭、石油、天然气也会在岁月的实践中而日趋枯竭[1]，消耗殆尽。这些不可再生能源的产生显然跟不上人类对其的需求，为更好的实现可持续发展，本课题提出了一种太阳追踪的可行方案，可以大大提升对太阳能的利用，减少对不可再生资源的过度依赖。
1.2 研究太阳能跟踪器的目的和意义
为了解决人们对不可再生资源的过度依赖和对清洁能源的高利用率。提出设计一款零污染高效率的装置——太阳追踪器。通过电机，控制器，采光板光线传感器等元器件之间的相互配合，实现对太阳光照射最强的方位，实现全方位无死角跟踪，恰巧正好急需这样一款具有安全、环保、高效率、以及取之不尽用之不竭的特点，也很方便就可以获取，如风能和潮汐能一样是绝对的无污染清洁能源，这也就很好的阐述了光能的可行性。——对此提出太阳跟踪装置设计与制作。
1.3 对太阳能的认识
优点：太阳作为一个取之不尽用之不竭的能源。在《太阳能利用技术》[3]就有相关的提到，所到达地球表面能量等同于每秒向地球源源不断的投放了500万吨煤炭。阳光所到之处，皆为财富，免费使用的同时也不需要考虑任何的运输费用以及零污染等特性。缺点：即便如此的看似完美无缺，也存在着两个致命性缺点[4]：一是能流密度很小；二是太阳的光照强度也会因为（天气、白夜等）因素的不同而有着很大的差距，很难长时间维持在恒定值，这也在一定程度上大大的影响了使用效率[5]。
1.4 太阳追踪器国内外现状与发展趋势
国外太阳追踪器：对太阳能的使用在两千零四年到两千零六年太阳能的发电量都是惊人的4961MW[6]，在一九九七年，美国的Blackace研制了单轴追踪器，热接收率提高了百分之十五…,后期围绕高效率，轻质量展开。在太阳能游艇、太阳能飞机、太阳能瓦片等方面得到运用，也见证了太阳能利用的高效率性[7]。
国内太阳追踪器：在应用市场上面得到了不断扩张，对于太阳能追踪器的利用那也是一个相当热门的谈话主题，途径多年的经验，将其用在了热水器、路灯以及西部计划、太阳能发电、太阳能供暖等等[8]。
更多的往往是采用单轴跟踪的方式，相比之下更需要多轴，实现全方位无死角跟踪。
1.5 工作内容
针对不同条件下，提出了自动控制和手动调节的两种工作方式：

1. “自动模式”：自动模式顾名思义也就是不受人为控制的一种自动追寻的过程。设备上电后，初始化完成，根据感光元件对光强度值得采集，后经过A/D转换将电信号转换成数字信号，根据数字信号的大小关系实行控制电机运动，当光照强度值下方大于上方，单片机发出控制指令，上端电机向下翻转；同理光照强度上方大于下面，单片机发出控制指令上端电机向上翻转；当且仅当上下光照强度均等时，上端电机不进行任何的相对翻转。左右方向转动，光照强度值右高于左方，单片机发出指令，控制下方电机左方向旋转相应角度；光照强度值左高于右时时，单片机发出控制指令，下方电机向左转动相应角度；当左右方位采光度也保持几乎均应的时候光照，那么下方位的第一个电机也将保持不动。
2. “手动模式”状态进行使用按键手动来完成设备状态的切换。四个按键对应控制电机完成：上、下、左、右的翻转动作。通过点动的方式来控制驱动步进电机的实际运动。
3. 在给设备系统进行上电后，系统最初为“自动模式”，这样可以更好的在不受人为干预的情况下实现对太阳能的最大接收。

第二章 方案论证与系统设计
2.1 方案论证
2.1.1 编译语言的选取
方案一：C语言
在语言结构性、运算符的丰富性、程序在编写过程中简洁紧凑;以直接对物理地址的访问，实现了对硬件的直接控制;使得程序在执行中有着高效性。
作为面向过程的C语言，在算法以及数据结构处理相当不错。高效性则是对输入进行运算处理得到输出。
方案二：C++语言
C++面向对象，在C语言基础上拓展了对象设计的内容，使其更加符合现代化程序设计。相比之下C++更具有优势，但是在使用过程中C++的使用具有局限性，比如在嵌入式的的应用中，更多的依旧是采用C语言作为开发环境使用，C语言运行也较快。C++由于过于复杂，在这方面就稍逊一筹。
方案三：Java
Java是一种解释性语言，Java在运行程序时，运行前进行解释，使得速度会减慢；而C++会被直接编译系统所能识别的二进制代码形式，使得在运行速度更快。
从系统的复杂性出发来考虑，同时整个过程的计算量比较大，因此我选用了浮点数的计算方式，选用方案一作为整个系统编译方式。
2.1.2 控制系统总体方案选取
方案一：视日寻迹追踪模式
这种模式是基于天文学公式，通过公式对其理想化计算得出太阳在不同时候所处的不同方位和角度。后期依据当地的每日实际运行轨迹进行对应控制算法程序的编写来完成两个步进电机来达到俯仰和方位上的转动。优点是对外界环境的依赖小，弊端是不管外界环境是何种天气，它都会以同样的工作方式运动，增加了不必要的能耗和元器件的寿命磨损。
太阳俯仰角h和方位角A的两个位置参数，可表达如下所示:

δ——赤纬角，Φ——本地纬度，Ω——太阳时角。
方案二：光电追踪模式
该模型的算法是通过光敏传感器反馈太阳不同方向的光强。具体方法:在模拟电池板上【2】，不同的是四个方位各安装一个感光元件，通过感光元件对外界光照强度信息的反馈，经过A/D转换后到达核心板，单片机再进行信息处理比对，当下面光照强度大于上面光照强度,STM32单片机就会直接驱动上端