基于STC12C5A32S2的太阳能跟踪控制器的研究

【摘要】：随着人们对环境污染及化石能源枯竭的担忧,太阳能作为可再生清洁能源逐渐被人们所重视。但目前太阳能的光电的转换效率普遍较低。采用跟踪控制技术就可以有效提高太阳能的转换效率,故本文在双轴记忆跟踪控制器方面进行了深入研究,设计了基于四象限定位记忆跟踪系统以提高转换效率。该系统具有跟踪精度高,结构简单,操作方便等特点。 根据对太阳跟踪的特点与要求,本文针对太阳能跟踪控制器的电路与程序实现做了深入研究。跟踪部分采用了减速机构以实现较小功率电机驱动跟踪装置,步进电机驱动采用的是SH-203A细分驱动器,有两台步进电机分别实现方位角和高度角的跟踪。在跟踪装置中安装有两个接近开关以便于防止在日常工作时跟踪系统已至极限位置,电机仍在工作导致烧坏电机；另一个在装置复位到位时能向单片机产生中断请求信号,进而让电机停止工作。 为降低功耗,采用了以下措施。在跟踪时间段之外关闭单片机A/D转换电源来降低能耗同时将系统设置为空闲状态亦可降低功耗；每次为步进电机一次性送入100个脉冲,这样使得在没有送脉冲时电机相电流将降为工作时的一半。 控制方式采用光电跟踪与记忆跟踪相结合的方式,在跟踪时间段内,光电跟踪模式与记忆跟踪模式可以相互切换。这样一来既能保证系统对太阳跟踪的准确性,又可以避免天气的不利影响,同时还可以避免时钟式跟踪所造成的累积误差等缺点。该控制系统系统本身成本较低,可以把其广泛的应用于太阳能光伏发电系统中,具有较好的推广价值和应用前景。 【关键词】：太阳自动跟踪系统 双轴跟踪 光电式跟踪 记忆式跟踪 低压检测
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM571.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.1.1 课题研究背景10
• 1.1.2 课题研究的目的与意义10-11
• 1.2 太阳跟踪技术的研究现状11-12
• 1.3 目前存在的主要问题12
• 1.4 本课题研究的主要内容12-13
• 1.5 论文结构13-14
• 2 太阳自动记忆跟踪系统的总体设计14-18
• 2.1 太阳跟踪方式的确定14-15
• 2.1.1 光电跟踪模式14
• 2.1.2 程控跟踪模式14
• 2.1.3 光电跟踪与程控相结合模式14
• 2.1.4 本系统采用的跟踪模式14-15
• 2.2 跟踪装置的确定15
• 2.3 控制芯片的确定15-16
• 2.4 系统的总体构成与跟踪原理16-17
• 2.5 本章小结17-18
• 3 控制系统的硬件设计18-38
• 3.1 控制系统的实现功能18
• 3.2 STC12C5A32S2单片机控制器的应用18-21
• 3.2.1 STC12C5A32S2单片机的特性18
• 3.2.2 STC12C5A32S2单片机的引脚分配18-19
• 3.2.3 STC12C5A32S2单片机外部接口19-20
• 3.2.4 单片机最小系统电路20-21
• 3.3 四象限方位传感器定位电路的设计21-25
• 3.3.1 光敏元件的选择21-23
• 3.3.2 光电检测跟踪装置的设计23-25
• 3.4 步进电机及其驱动电路设计25-30
• 3.4.1 步进电机的特点26
• 3.4.2 步进电机的选择26-27
• 3.4.2.1 步进电机的分类26
• 3.4.2.2 步进电机的选择26-27
• 3.4.3 步进电机线圈的连接方式27
• 3.4.4 SH-203A细分驱动器的工作原理27-29
• 3.4.4.1 软件控制法27
• 3.4.4.2 硬件控制法27
• 3.4.4.3 细分驱动器原理27-28
• 3.4.4.4 SH-203A细分驱动器的使用28-29
• 3.4.5 步进电机控制电路的设计29-30
• 3.5 低压检测电路的设计30-31
• 3.6 时钟电路的设计31-33
• 3.6.1 DS1302芯片简介31-32
• 3.6.2 DS1302引脚功能与结构32
• 3.6.3 DS1302电路设计32-33
• 3.7 外围辅助电路的设计33-37
• 3.7.1 按键电路的设计33-34
• 3.7.2 数码管显示电路的设计34-35
• 3.7.3 接近开关电路的设计35-36
• 3.7.4 电源36-37
• 3.8 本章小结37-38
• 4 控制系统的软件设计38-55
• 4.1 程序整体结构的设计38-39
• 4.1.1 Keil uVision3简介38
• 4.1.2 程序的整体结构设计38-39
• 4.2 步进电机工作模块的程序设计39-41
• 4.2.1 与步进电机相关的参数确定39-41
• 4.2.2 步进电机工作流程图41
• 4.3 光电跟踪模块的程序设计41-42
• 4.4 记忆跟踪模块的程序设计42-47
• 4.4.1 EEPROM的特点及扇区地址的分配42-44
• 4.4.2 对EEPROM扇区的读、编程和擦除44-46
• 4.4.3 记忆跟踪模式程序流程图46-47
• 4.5 时钟电路的程序设计47-49
• 4.6 系统节能的程序设计49
• 4.7 显示模块的程序设计49-50
• 4.8 按键电路的程序设计50-52
• 4.9 低压检测电路的程序设计52-53
• 4.10 系统的可靠性(WDT)53-54
• 4.12 本章小结54-55
• 5 程序联合调试55-58
• 5.1 程序下载说明55
• 5.2 显示电路测试55
• 5.3 光敏电阻电路输出电压测试55
• 5.4 按键电路测试55-56
• 5.5 记忆模式测试56
• 5.6 光电跟踪模式测试56
• 5.7 系统综合测试56
• 5.8 跟踪系统各模块实物及样机图56-57
• 5.9 本章小结57-58
• 6 总结与展望58-60
• 6.1 全文总结58
• 6.2 展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-62

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