基于单片机的太阳能自动追踪系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

在当今世界科技发展日新月异，随之而来的能源危机问题也越发严重，传统能源具有易开发，成本低等优势，在过去的几个世纪里人们对于传统能源材料的过度开发使其数量大大减小，逐渐不能够满足人类日常生活和科技开发，同时在开采和使用过程中也给予环境巨大的伤害，因此开发新能源并有效利用成为当今世界最重要的任务，太阳能作为清洁新能源的代表，也是新能源科技开发的关键项目，传统固定式太阳能光板因地球自转导致的光照强度变换使其收集效率较低，因此设计一款能够追踪太阳光的太阳能光板变得尤为重要，不仅可以提高人们对于太阳能的收集效率，还可以开发出更多的支链产业，以此来带动经济效益。

2. 课题关键问题和重难点

本课题是基于单片机的太阳能追踪装置，此课题需要解决的关键问题是，将太阳能光板所接收的光照强度信号转化为电信号，传输给单片机进行处理，进而将指令发送给步进电机，光板调整好位置之后重新测试光照强度，并反馈给传感器，形成闭环，在反复的调整之后得到光照强度最高点，进而完成追综，此过程有以下难点需要攻克

1.通过何种技术手段将太阳能光板能够感知到光照强度，并将其转换为电信号传输给单片机，简而言之就是如何构建出一个光电检测电路

2.如何调整步进电机每次转动的幅度，使得太阳能光板在反复的转动过程中能够尽可能的得到太阳光直射点

3. 国内外研究现状（文献综述）

随着社会的发展，化石能源在使用过程中带来的环境问题备受瞩目，如何缓解这一问题，怎样有效开发新能源，是新时代的主要发展趋势。在提高太阳能的利用率问题上，各种太阳能追踪技术相继出现，为了使其效率最大化，实时追踪技术也相应诞生，但是在对太阳光线检测的过程中有着诸多问题没有解决，比如周围杂光对检测精确度的影响，光敏电阻的上限问题导致在太阳光过强和过弱是都无法追踪，因此预想设计出使用可行的太阳能追踪光板必须将影响降至最低。

51单片机在当今世界已有着广泛应用，，它是对兼容英特尔的8051指令系统的单片机的总称。51单片机广泛应用于家电，汽车，工业测控，通信设备中。因为51单片机的指令系统，内部结构相对简单，效率较高。所以用它来作为太阳能光版追踪技术的核心是相对可靠的选择。

太阳能追踪技术中最关键的环节是光电检测环节，只有得到正确的光照信息才能做出合适的调整，常用的光电检测方法有四象限裸漏式，隔板式，圆筒式以及金字塔式。四象限裸露就是在太阳能板块边界和中心处分别装有光敏电阻，光敏电阻根据光照强度的不同会改变自身组织，我们将光敏电阻并联根据回路电压差对光照强度做出相应的反应，但是该种方法容易受到外界杂光的干扰，导致其精确度不高。圆筒式则对其进行了升级，将光敏电阻放在开有小口的圆筒底部，使得太阳光光线只能通过小孔照射进入，通过光敏电阻电路的电压差来判断太阳光是否垂直，此方法虽然在一定程度上削弱了周围杂光的干扰但精确度仍旧不高，在强烈干扰的环境下依据不容易工作。金字塔式光电检测则更为精确，照射到金字塔侧面硅光电池上的光线就是面积成光线入射角的余弦值，当光线垂直于传感器底板时余弦值为零，此时不动作，当太阳光斜射时通过光线强度数值来进行调整使其归零，这种装置易安装，造价低廉，但依旧不能排除外界干扰。后面也有技术人员将多种方法混合，推出了混合型结构虽然精度有提升，但是成本过高并且不易维修和安装。

4. 研究方案

本设计基于51单片机来实现太阳能光板的追踪技术，采用光电检测电路作为信号收集源，采用单轴反馈控制来初步达到对太阳光的追踪，因直流电机无法持续性控制，因此选用可由脉冲信号控制的步进电机，对精度进行优化。同时还应设有振荡电路，用于应急处理

1.感光原件采用光敏电阻作为核心，多个光敏电阻排列组合形成光敏电阻矩阵，光敏电阻会根据所受光照强度的影响来改变自身阻值，因此在工作过程中，只需要测得光敏电阻的阻值即可，将硬件光敏电阻采集到的光信号经过单片机转换成有效数据，模拟量ao可以和ad模块相连，通过ad转换，可以获得环境光强的数值，因此，可以将光敏电阻阻值信号通过电阻串联分压的形式变为电压信号从而接到单片机的模拟量输入端上。

2.光电检测电路的精确程度与可靠性主要取决于光敏电阻的排列方式和工作方式，目前国内外的设计主要是四象限裸漏式，隔板式，圆筒式以及金字塔式等等，但无论是何种方式都受周围的杂光影响较大。排除干扰的主要原理就是对接受光源的过滤和净化，从这一原理出发设想将光敏电阻排列成光敏电阻矩阵装设与开有透光孔的盒子内，在透光孔下方设置一个金字塔形状的突起，并用反光镜覆盖表面，利用光线反射的方位不同，来传输不同的电信号从而实现光电检测。光电检测电路采用51单片机作为核心，

5. 工作计划

第一周：利用校图书馆或者文献论坛的资源，阅读国内外关于太阳能光板自动追踪技术有关的文献，了解内篇文章的核心技术，明确其中的不足与改进，了解该项技术的关键所在，并有自己的见解与想法

第二周:对老师提供的外文资料进行翻译，理解内容，提炼出对自己设计有帮助的技术加以应用，同时完成开题报告的初稿

第三周：确定开题报告的终稿，形成论文的大致模板