摘 要

太阳能的能流密度很低、空间分布不均匀且受自然天气条件影响大，却是地球上普遍且资源无限长久的绿色能源。实现对太阳能电池板的自动追光是一种提高太阳能利用率的有效途径。

论文主要研究了光电传感器跟踪的太阳跟踪方案和太阳光的单轴跟踪系统模型。论文使用结实的纸板、28BYJ-48型步进电机、GL5537-2型光敏电阻与以SC89C52RC芯片为核心的金沙滩单片机来完成整个硬件系统环境的搭建；同时，论文使用Keil uVision4编程软件来完成自动追光系统的软件编程设计，最终完成太阳能电池板自动追光系统的设计。

此系统装置的特色就是利用光敏电阻阻值与光照强度成反比关系的特性将AD采集模块采集到的采光板正面上光敏电阻电压变化来控制采光板的自动追光。经系统调试表明，此太阳能电池板自动追光系统装置始终能根据太阳光亮度的变化来调整采光板的位置，基本上能使采光板正面始终面向最强太阳光的方向，最终达到了系统设计的预期目标。

关键词：自动追光；步进电机；光敏电阻；单轴跟踪系统；SC89C52RC芯片

Abstract

Solar energy has the characteristics of the very low energy density, uneven spatial distribution and affected much by natural weather conditions, but it is the universal, unlimited and long resources on the earth. It is an effective way to improve the solar energy utilization by realizing the automatic chasing of solar panels.

This paper mainly studies the solar tracking scheme tracked by photoelectric sensor and the single-axis tracking system model of sunlight. The paper uses the solid cardboard, 28BYJ-48 stepper motor, GL5537-2 type photosensitive resistor and the KST Microcontrollers with SC89C52RC chip as the core to complete the whole hardware system environment. At the same time, the paper uses Keil uVision4 programming software to complete the software programming design of the automatic Chasing light system, and finally complete the solar panel automatic pursuit of light system design.

With considered the relationship of that photoresistor resistance is inversely proportional to light intensity, the characteristics of this system device uses the Voltage change of the photoresistors in the front of the panel collected by AD acquisition module to control automatically chasing light of the lighting board. The system debugging shows that the solar panel automatic chase system always adjusts the position of the panel according to the change of the brightness of the sun, which can basically make the front of the lighting board always facing the direction of the strongest sunlight, and finally meets the expected goal of the system design.

Key Words：Chasing Light Automatically; Stepper Motor; Photoresistor; Single Axis Tracking System; SC89C52RC Chip

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2国内外光伏发电发展现状 1

1.3国内外太阳跟踪技术研究现状 2

1.4本章小结 2

第2章 太阳跟踪系统的理论分析 3

2.1 太阳跟踪系统的实施可行性 3

2.2 太阳运动轨迹的原理分析 3

2.3 太阳跟踪方案分析 5

2.3.1 视日运动跟踪 5

2.3.2 光电传感器跟踪 6

2.3.3 视日运动轨迹与光电传感器跟踪相结合 7

2.4 太阳跟踪装置分析 7

2.4.1 单轴跟踪装置 7

2.4.2 双轴跟踪装置 8

2.5本章小结 9

第3章 太阳能电池板自动追光系统的总设计方案 10

3.1 系统的基本内容及研究目标 10

3.2 太阳跟踪方案的选择 10

3.3 太阳跟踪装置的选择 10

3.4 系统的总设计流程 12

3.5本章小结 13

第4章 太阳能电池板自动追光系统的硬件设计 14

4.1 单片机简介及选型 14

4.1.1 单片机简介 14

4.1.2 单片机的选型 14

4.2 硬件系统总体设计 16

4.3 硬件系统模块设计 16

4.3.1 单片机最小系统 16

4.3.2 步进电机驱动电路 17

4.3.3 I²C总线与A/D电路 19

4.3.4 光敏电阻数据采集电路 21

4.4本章小结 22

第5章 太阳能电池板自动追光系统的软件设计 23

5.1 软件开发环境Keil简介 23

5.2 软件编程总体设计 23

5.3 软件编程分块设计及算法分析 25

5.3.1 系统初始化 25

5.3.2 初次寻找最佳采光位置 26

5.3.3 执行自动追光命令 27

5.3.4 黄昏时分或按下Esc键 28

5.4本章小结 29

第6章 太阳能电池板自动追光系统的调试分析 30

6.1 系统调试工作 30

6.2 调试结果分析 31

6.3本章小结 32

第7章 总结与展望 33

7.1 总结 33

7.2 展望 33

参考文献 35

附录A SysInit程序代码 37

附录B SysDriver程序代码 40

致谢 50

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

中国位于亚洲东部，陆地疆域约达9600000km²，在世界上排名第三。中国疆土的北边边界地标为黑龙江江心，南边边界地标为曾母暗沙，纬度跨度超过49°；东边边界地标为黑龙江与乌苏里江交汇处，西边边界地标为帕米尔高原，经度跨度超过60°；南北端和东西端距离都高出5000km^[1]。如此广阔的中国疆土拥有极为丰富的太阳能资源，尤其是西部区域。西部区域的太阳辐射量基本都在5850MJ/(m²·a)以上，是中国太阳辐射量总和的主要贡献者^[2]。

在拥有丰富的太阳辐射量的前提下，如何提高太阳辐射能的转换率一直是国内外的研究热门问题。根据香港大学KPCHEUNG和SCMHUI两位教授在跟踪太阳光方面的研究：采光板与太阳光线之间的角度不同，光接收量也会不同；且是否展开对太阳的实时跟踪，能量接收率差值达37.1%^[3]。