基于ARM光伏板控制系统研究和实现

【摘要】：以ARM11处理器为主控芯片的嵌入式光伏自动控制方案，由太阳能光伏板，光敏电阻，光电二极管，电机，立体滑动支架和ARM11组成。该系统通过比较光敏电阻的大小，充分利用三只眼昆虫识别光的生物学原理，借助立体式滑动支架，由一个ARM11系统控制多个电机驱动器，驱动电机自动旋转，使多个太阳能光伏板与太阳光保持最佳角度。从而实现一机多能和对太阳的自动跟踪，实验结果证明该系统不但能有效地提高太阳能的利用率同时还能节约大量的成本。 本文的主要研究内容和成果如下： 1、针对太阳能光伏板方位固定不能充分利用太阳的问题，本文在对太阳能光伏板跟踪技术相关理论的研究基础上，设计了一种基于嵌入式的跟踪系统。在该系统研究中，提出了三只眼昆虫识别光的生物学原理，并把该原理应用到本系统中，利用等边三角形的几何特征和物理力学的原理，嵌入式系统的灵活性。实验结果证明，该设计能够快速使太阳能光伏板与太阳光保持合适的位置，不但使太阳光能得到充分利用，节省了成本，而且大大拓宽了太阳能光伏板的应用领域。 2、针对嵌入式系统的特点，本文的电路设计采用本质安全技术、低成本和低功耗设计，选用三星公司的ARM11微处理器S3C6410为系统的控制核心，配置低廉有效3个光敏电阻，一个51板，2个步进电机，一个控制器，一个蓄电池，采用块化设计，完成自动跟踪、信息存储、USB传输、网络通信等功能模块的设计与实现，系统具有强抗干扰能力、高安全性和操作方便等特点。 3、在硬件设计的基础上，本文基于Linux平台以C语言为开发语言，设计移植了Linux实时操作系统、USB、LCD触摸屏、网络等外设接口的驱动程序，搭建了基于多线程技术的应用程序框架，并在Qtopia平台上开发实现了人机交互系统，主要有用户登录、网络管理、信息提取、设备控制等功能模块。 经实验，本文实现的基于ARM的太阳能光伏板自动跟踪系统达到了设计要求的功能指标和技术指标，具有较高的稳定性、精确性、网络化、低成本、低功耗、操作方便等特点，能够很好的弥补现有自动跟踪系统的不足，对其在实际的广泛应用具有一定的参考价值。 【关键词】：嵌入式系统 电机 自动跟踪 太阳能光伏板 光敏电阻
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP368.12
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 本课题研究的背景与意义10-12
• 1.1.1 课题研究背景10
• 1.1.2 课题研究意义10-12
• 1.2 国内外研究动态及发展趋势12-14
• 1.2.1 内外发展历史12-13
• 1.2.2 应用前景13
• 1.2.3 发展趋势13-14
• 1.3 本文的研究内容及各章节安排14-15
• 1.3.1 本文研究内容14-15
• 1.3.2 本文章节安排15
• 1.4 本章小结15-17
• 2 基于嵌入式太阳能光伏板自动跟踪系统总体设计17-24
• 2.1 三只眼昆虫识别光的生物学原理17-18
• 2.2 太阳能光伏板自动跟踪系统的基本原理18-19
• 2.3 基于嵌入式太阳能光伏板自动跟踪系统总体设计方案19-23
• 2.3.1 ARM 微理器选择20-21
• 2.3.2 嵌入式系统的硬件设计方案21-22
• 2.3.3 嵌入式系统的软件设计方案22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 基于嵌入式的太阳能光伏板自动跟踪控制系统硬件设计24-37
• 3.1 信息处理模块24-25
• 3.2 信息储存模块25-27
• 3.2.1 SDRAM 存储器25-26
• 3.2.2 FLASH 存储器26-27
• 3.3 接口模块设计27-31
• 3.3.1 UART 串口模块27-29
• 3.3.2 USB 接口模块29-30
• 3.3.3 LCD 接口模块30-31
• 3.4 人机交互模块31
• 3.5 自动跟踪模块31-34
• 3.5.1 光敏电阻32
• 3.5.2 57HS22 和 39HS02 步进电32
• 3.5.3 M542 驱动器32-33
• 3.5.4 HBSC-101P 控制器33
• 3.5.5 太阳能光伏立体式滑动支架33-34
• 3.5.6 太阳能光伏滑动平衡控制器34
• 3.6 网络模块34-36
• 3.7 电源管理模块36
• 3.8 本章小结36-37
• 4 基于嵌入式的太阳能光伏板自动跟踪系统软件设计37-54
• 4.1 嵌入式实时操作系统37-40
• 4.1.1 嵌入式操作系统简介37-38
• 4.1.2 几种常见的嵌入式操作系统比较38-39
• 4.1.3 Linux 操作系统简介39-40
• 4.2 Linux 操作系统移植40-46
• 4.2.1 开发环境搭建41-42
• 4.2.2 Uboot 引导程序的移植42-43
• 4.2.3 Linux 内核的移植43-44
• 4.2.4 Linux 文件系统的移植44-46
• 4.3 基于 Linux 的系统驱动程序的设计开发与移植46-51
• 4.3.1 Linux 下的 USB 驱动程序的设计开发与移植46-47
• 4.3.2 Linux 下的 DM9000 网络设备驱动设计开发与移植47-48
• 4.3.3 Linux 下的 LCD 和摸屏驱动程序设计与移植48-51
• 4.4 基于 Linux 的应用程序的开发51-53
• 4.4.1 自动踪系统的系统结构51-52
• 4.4.2 Qtopia 平台的搭建与移植52
• 4.4.3 自动踪系统的软件设计与实52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 5 系统测试与结果分析54-59
• 5.1 系统测试54-56
• 5.1.1 系统测试环境54
• 5.1.2 自动踪系统的测试54-56
• 5.1.3 系统测试的问题分析56
• 5.2 实验结果分析56-58
• 5.3 本章小结58-59
• 6 总结与展望59-61
• 6.1 课题总结59-60
• 6.2 研究展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-65
• 附录65

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