摘 要

随着煤和石油等不可再生能源的不断消耗，世界上的不可再生能源总有一天会消耗殆尽，太阳能作为可再生的新能源正被世界上越来越多的国家所重视。新能源产业的发展既是整个能源供应系统的有效补充手段，也是环境治理和生态保护的重要措施，是满足人类社会可持续发展需要的最终能源选择太阳能是未来人类最合适、最安全、最绿色、最理想的替代能源之一。

目前太阳能利用转化率约为10%至20%。理论分析表明:太阳能跟随系统中单轴水平跟随相对于固定角度的集光系统效率提高20%-30%，斜单轴跟随其效率能提高25%-30%，双轴跟随其效率能提高35%-45%。研究开发太阳能双轴跟随装置，可以提高太阳能的接收效率，拓宽太阳能的利用领域。本课题研究的内容是基于单片机的太阳跟随装置的控制系统。该跟随机构采用二自由度机构，实现了对太阳高度角和方位角的实时跟随。系统采用主动式跟随，利用光电传感元件检测太阳光线角度的变化，正常时太阳光与集光板垂直，当光线偏离集光板一定的角度时，传感器把信号传送给单片机，单片机调整两轴的步进电机，使集光板再次与太阳光垂直。即预先计算好对应于某时刻太阳位置的跟随机构的输入角度，通过跟随器上平台，不同位置上摆放的光电传感元件感受该太阳位置的光照，反馈回电信号，单片机根据该信号调用子程序发出脉冲对步进电动机的转动角度和方向进行控制，实现了机构对太阳的自动跟随，使跟随装置的上平台始终处于垂直于光照方向，达到了能量最大限度的接收。控制系统硬件选用AtmeL公司的At89C52作为控制核心来控制机构的执行部件用步进电动机，绘制了电路控制图，并且运用proteus进行仿真模拟，机械结构部分运用Inventor三维建模和运动仿真，本课题对太阳能跟随系统的软硬件部分的可行性进行最大限度模拟研究。

关键词：新能源，跟随机构，单片机，步进电动机，89C52 ，光电传感元件。

Abstract

With the development of coal and oil and other non-renewable energy consuming,

The world is not renewable energy will be exhausted one day,Solar energy as a renewable and new energy is being more and more attention by the countries in the world.Effective means of the energy supply system is not only the development of new energy industry,It is also an important measure of environmental management and ecosystem protection，The final choice is to meet the energy needs of the sustainable development of human society.Solar energy is the replacement of the future of mankind the most appropriate, the most safe, the most green, most ideal Energy.

The current solar energy convert ingrate roughly is 10%~20%.Analysis indicated that Solar tracking system of single axis tracking efficiency compared with the light gathering system fixed angle to improve 20%-30%, oblique single axis tracking which can improve the efficiency of 25%-30%, which can improve the efficiency of the 35%-45% tracker,Research and development of the two axes solar tracker can increase the reception efficiency and open widely the exploitation realm of the solar energy.The studying content in this paper is control system of solar tracker based on spherical mechanism. The device adopts double degree of freedom vertical space agency,realized tracking to the solar azimuth and altitude angle in real time,Using photoelectric sensor to detect the rays of the sun angle, normal sunlight and a light collecting plate vertical, when light from a light collecting plate to a certain angle, sensor transmits signals to the SCM, SCM adjustment two-axis stepper motor, the collection plate once again with the sun light vertical.The system adopted active tracking, namely calculate the input angle of the tracking device in advance, the angle is correspondent to the sun position some moment. Photoelectric sensors react the sunlight that putting an different position of the platform, feedback electrical signal. Then single-chip applys the subprogram and sends out pulse to step motors according to the signals, can control the rotate angle and direction of the step motor. The mechanism has realized the automatic track to the sun, so that the tracker's top flat board can be always vertical to the sunlight and arrive the furthest receiving energy. Systemic hardware select At89C52， it is used as control core to control the executive part-step motor. The circuit control chart was drawn, and the use of Proteus simulation，The mechanical structure part of the application of Inventor 3D modeling and motion simulation.Simulation studies are conducted to maximize the feasibility of hardware and software part of the solar tracking system.

KEYWORDS：new resources of energy;the tracking mechanism;89C52 single chip;step motor;photoelectric transducers.

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 IV

第一章 前言 1

1.1利用太阳能意义 1

1.2太阳跟随方式的国内外概况 2

1.3本课题研究自动太阳跟随器系统 4

1.4本课题主要研究的内容及意义 5

第二章 太阳跟随装置的机构的设计 6

2.1立柱转动式跟随系统装置 6

2.2跟随范围要求 6

2.3传动方案的选择 6

2.4齿圈传动式跟随系统装置 7

第三章 设计计算部分 8

3.1水平轴的设计计算： 12

3.2竖直方向齿轮轴的设计计算： 15

3.3水平轴的轴承的选择和校核： 16

3.4竖直方向主轴轴承的选择和校核： 17

3.5水平齿轮计算和校核： 19

3.6竖直轴齿轮对计算和校核： 22

3.7步进电机选择： 25

第四章 单片机的控制系统 26

4.1基于单片机机构的太阳跟随系统控制方式 27

4.2步进电动机的单片机控制 27

4.3工作原理 29

4.4传感器型号的选择 31

4.5AT89C52Flash单片机 34

4.6程序设计 34

致谢 39

参考文献 40

第一章 前言

1.1利用太阳能意义

人们对太阳能研究利用可以追溯到很久以前。地球所接受到的太阳能，大约只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍左右，可以说取之不尽，用之不竭。世界上最丰富的永久的能源是太阳能，地球截取的太阳辐射为1.7×KW，比核能、地热和引力能储量的总和还要大五千倍。其中约30%的反射回宇宙空间：47%的被转变成热，以长辐射形式再次返回空间；23%的是水蒸发和凝结的动力，风和波浪的动能。植物通过光合作用吸收的能量不到5%。地球每年接受的太阳能总量为，这相当于桶原油，是世界年耗总能量的一万多倍。其中在宇宙空间没有昼夜和四季之分，其中也没有乌云和阴影，它的光线能量十分稳定。因此，发电系统相对说来比地面简单，而且又在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也要求不高。另外太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，也不会导致“温室效应”和全球性气候的变化，也不会造成环境的污染。

日常生活和社会生产都离不开能源，人们通过直接或间接利用一些自然资源得到能量。世界上的分为不可再生能源（矿物燃料，植物燃料等）和可再生自然能源（太阳能，风能，潮汐能和地热能），太阳能资源的利用相对于日益枯竭的化石能源来说，太阳能将将是未来社会的希望所在。它的特点可以概括为：