1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，随着物质生活在绝大多数人眼中已是次要问题的前提下，身体的健康已成为越来越多人关注的热点。因而，拒绝污染、注重生活质量和可持续发展的绿色生活的观念在现代人心中的比重和呼声也越来越高。在这样的时代背景之下，一些有能之士把他们的目光聚焦在绿色能源的寻找、开发和提高利用率上面。就已知来看，绿色能源的寻找是从始至终都没有停止过的，这是一个最令人生畏的挑战之一，因为这是实现一个从无到有的过程，一切的成功都要靠研究者不断失败、总结经验，继而一步步前进的过程。但是绿色能源的开发利用与前者相比就要相对简单一些，就电能来说，例如就有风力发电、水力发电、热力发电、潮汐发电和太阳能发电等等方法。就目前来看，得到最普遍的利用的绿色能源——电能，早已成为人们生活不可或缺的一部分，而电能的获取，就以上阐述的的方法，最普遍的自然能源之一是太阳能发电，由于其无处不在和低维护成本的特性。本文研究的就是在这样的时代背景下，寻求找出有效跟踪太阳光强最大的方向，尽量避免太阳能浪费，以获取最大发电效率——能量转换率方法。

跟踪太阳光的方法在国内外都取得了显著的成就。在国内，徐艾、廉春原^[1]提出了一种基于msp430的太阳光源跟踪控制系统，此系统采用的是光强比较法，在硬件方面设计了光强信号采集电路、以msp430为核心的主控制器、步进电机驱动电路等；软件部分采用模块化编程，加入数字滤波和控制算法。系统实现了对信号采集与处理、电机驱动等模块的控制，能够快速准确跟踪太阳光源。运行实验结果表明，系统运行稳定，控制灵活，达到预期的设计目标。此外，徐春燕、尹章专^[2]也使用了msp430单片机为控制器，用光敏电阻为光照强度检测器件，用单片机内部a/d转换器采集光强数据，用步进电机带动激光笔转动的硬件方案，配合软件算法，实现了在正常室内光照情况下对指定点光源的静止状态、沿圆周缓慢移动状态、沿直线移动状态的准确跟踪。同时，液晶显示屏实时显示了光源工作电流值以及光照强度对应的电信号的数字量，键盘能灵活切换全自动与手动控制模式对点光源的准确跟踪。徐开军、曹洪旺^[3]则是利用光线传感器实现光源角度信号的采集，设计光源跟踪控制策略，利用ＰＬＣ控制步进电机来实现光伏组件对最大功率点的跟踪。崔琪琳、吴晓凤^[4]利用arm微控制器lm3s811为控制核心，处理由光敏三极管采集、经放大和比较后的光源信号，控制步进电机带动跟踪平台运动，结合软件进行相关算法的运算控制最终实现对点光源的自动跟踪。杨春杰、亢红波^[5]也提出了使用msp430来设计的点光源跟踪的具体方案。夏淑丽、张江伟^[6]以msp430f4270单片机为控制核心，用光敏电阻作为光源检测传感器，舵机构成执行机构，以舵机驱动激光笔水平或上下移动；由单片机根据光源传感器的信号，采用pid算法输出pwm波控制舵机带动激光笔指向光源。王少龙^[7]主要是从太阳能板的构造、发电机理来研究如何将太阳能转换为电能；其次采用c8051f330单片机输出一系列序列脉冲控制信号，控制步进电机正转或反转，从而实现对太阳光源的准确跟踪；再次，对系统最重要的储能元件铅酸蓄电池的维护和充放电特性进行研究分析，从铅酸蓄电池的结构构造、充放电原理，电池极化现象深入研究，使么更好的应用到系统中去。最后，通过对当前主流几种逆变电路的控制方法分析比较后，采取基于spwm的电压输出并网控制策略进行系统整体功能的实现。赵广元、汪志伟^[8]提出一种改进的点光源跟踪方案，采用msp430f149作为主控制器，分光源发送端和光源跟踪端两部分研究。发送端发送l khz频率的光，跟踪端用光敏三极管检测点光源信号，对其进行1khz的带通滤波和a／d转换，然后分析点光源的移动方向，并控制舵机跟踪点光源。软件部分用基本控制和中心控制两种算法互相补充、交叉控制，提升了系统性能。冯仰刚^[9]设计的系统能够检测并指示点光源位置，光源跟踪系统放置在地面，通过使用光敏器件检测光照强度判断光源的位置，并以激光笔指示光源的位置。硬件部分有电源模块，led光源模块，光强检测模块，步进电机及其驱动模块，激光笔，显示屏及stm32微控制器构成。软件采用均值滤波，以及pid调节算法。贾勇^[10]阐述了基于msp430的太阳光源跟踪控制系统,以msp430为主控制器,用光敏电阻对光强信息进行采集,分析采集的光强信息控制舵机转动。目的是使太阳能电池板始终保持与太阳光垂直,获得最大的光能转换效率。谭翠兰^[11]以单片机msp430f149为核心,设计了一个点光源跟踪系统。该系统主要由白光led驱动电路、光源检测、数据处理及跟踪控制4部分构成。单片机对光敏电阻检测到的光照强度进行处理,判断点光源的位置,跟踪算法通过pwm方式控制x/y方向的两个步进电机转动,从而带动激光笔跟踪光源。孙凌杰^[12]指出太阳跟踪系统是太阳能系统不可缺少的组成部分,它可以有效地提高太阳光线的利用效率，研究一种基于matlab光源跟踪伺服系统模拟太阳电池帆板的移动的建模与仿真。魏春华^[13]设计以msp430f149为控制核心,通过放大器lm324做比较器比较光敏电阻感受光强度,控制减速后的步进电机,调节激光笔上下左右转动,实现精确跟踪光源的目的。系统采用lm317调节电压的方式实现led电流一定范围内的调节,利用msp430f149内部的adc采集opa335放大后的电压信号,并计算出电流值,采用12864液晶进行实时显示。经测试,激光笔能准确地跟踪光源。张天钟、姜宝钧、邓兴成^[14]指出光源跟踪技术是一项实用的技术,在很多领域上都有应用,尤其用在太阳能设备上,能够使其工作效率更高,能量吸收率更高。提出一种基于mcs-51实现对光源跟踪的方法。先用光敏晶体管3du5对光源信号进行采样,将其通过adc0809转换成数字信号后,用at89s52单片机控制小车,完成光源跟踪。王菊娇、罗宜春^[15]采用at89s52单片机构成的主控电路,利用光电传感器和红外传感器采集相关信息,控制小车循迹及光敏器件的检测,从而实现自动跟踪光源和声光报警功能。通过对pwm波占空比的调节,控制循迹小车的行进速度,使其具有速度档位切换功能。

在国外，chern-sheng lin^[16]等人提出了一种新型的光源追踪系统，该系统由追光板和四个不同倾斜角度的四个光电传感器组成，相应地在其四个边缘上设置，其可根据光源的移动范围调整，以便实现追光目的。vijayan sumathi^[17]等人阐述了由于跟踪和不同mppt算法而带来的能量增益的太阳跟踪的各种方法的回顾。hendrik holst^[18]等人认为提高模块效率的关键是改善采光。由于太阳能电池互连带（cir）可以轻松地集成到当前模块生产中，因此可以改进光捕获的结构。shen^[19]等人提出了一种将多自由度运动（多自由度）压电致动器与半球形聚光透镜相结合的太阳跟踪系统。p.roth^[20]认为在传统的光线跟踪系统中使用了一个带有四象限光电探测器和两个小型直流电机的闭环伺服系统。它可以检测到的位置光源通过保持目标图像在四象限光电探测器的中心。在国内外研究人员的共同努力下，对于光源跟踪的研究成果很丰硕。

2. 研究的基本内容与方案

本文主要的研究内容是采用stm32系列芯片为微控制器，选用适当的传感器对太阳光强进行监测。以此控制太阳能板的运动，达到追踪太阳光的目的。系统以微控制器为核心，外围电路由、自选监测传感器、传动模块、驱动模块四部分组成。通过太阳能电池板上的传感器采集光强信息，经过滤波A/D转换等处理控制传动模块电机的运转，电机通过相关机械传动结构是太阳能板旋转，而自动转向太阳光强最大的方向，以此追踪太阳光，以达到在一天之中获取最多的太阳能，进一步提高能量转化率。

拟采用的方案及措施：通过在太阳能电池板上安装光敏传感器去感应一处光强随时间变化的强弱变化产生差值超过预定值后发出信号到stm32微控制器，经其处理后对安装在太阳能电池板上的步进电机发出控制信号，使其向当时太阳光强的方向转动，并带动太阳能电池板也向光强的方向转动。

3. 研究计划与安排

2018年3月6日-2018年3月18日:查找文献资料并阅读整理，完成外文翻译和开题报告

2018年3月19日-2018年4月8日:与老师交流确定论文写作主要内容

2018年4月9日-2018年4月29日：写作论文初稿

4. 参考文献（12篇以上）

[1]徐艾,廉春原.基于msp430的太阳光源跟踪控制系统设计[j].传感器世界,2010,(12):21-24.

[2]徐春燕,尹章专.点光源跟踪系统设计与实现[j].仪器仪表用户,2017,第24卷(10):34-37,33.