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添加时间:2018/12/20 所属栏目:毕业设计论文
本文主要是研究了抛物槽式太阳能集热器跟踪系统的设计与制作,本系统是基于单片机的自动控制系统,采用"单轴跟踪,双向调整"的跟踪策略,选用了一款高精度的减速步进电机,配合具有细分功能的步进电机驱动器使用。
  以下为本篇论文正文:

摘要

  本谏题主要论述了抛物槽式太阳能自动跟踪系统的设计方法和制作调试。对自动跟踪控制系统的组成及其功能实现进行了详细的分析与研究。

  机械部分,抛物槽式太阳能自动跟踪系统通过单片机自动跟踪南北跟踪角,高度角可期手动进行调整,通过实验数据分析,保证了跟踪精度,验证了送种跟踪方式的可行性。在电控方面,设计完成了以单片机STC89C52为核也的硬件电路,它包括脉冲控制电路,DS1302时钟电路、LCD显示屏电路、驱动信号放大电路等。然后,根据视日运动轨迹算法,采用步进电机开环控制策略,以KeiluVision4为软件开发平台,编写了主控制程序、液晶显示程序、时钟程巧、电机驱动等程序模块,并借助KeiluVision4和单片机仿真软件Proteus构建的虚拟实验室,实现软件和硬件的联调仿真。最终根据此设计,完成了实物的制作和调试。

  本文设升的单轴太旧能跟踪系统,采用单片机控制系统自动跟踪南北跟踪角,商度角可手动进行调整,使太阳能跟踪保持了较裔的跟踪效果,克服了传统的单轴跟踪系统精度低的缺点,同时相比双驱动双向跟踪系统,具有成本低、易于维护等优点,经实验证明该系统遵循经济、高效、可靠、抗干扰能力强、易操作和维护的设计原则,对于太阳能利用的推广具有重要的现实指导意义。本设计考虑西北地区夏天阳光充足,双轴简化成单轴,在高度角的跟踪上进行合理的补偿,降低成本,完成精准跟踪,本文所述的单轴跟踪系统,结构简单,性价比高,特别适宜各种小型民用太阳能利用设备。

  关键词:抛物椎式;单片札单轴跟踪系统

Abstract

  This paper discusses the design methodology uniaxial parabolic trough solar tracking system and make debugging. Composition and fiinction of the automatic tracking control system to achieve a detailed analysis and research.

  Mechanical parts, parabolic trough solar tracking system by the microcontroller automatically track azimuth, elevation angle can be adjusted manually on a regular basis? through the analysis of experimental data, to ensure that the tracking accuracy, to verify the feastoility of this tracking ethod.

  In the electronic control the design is completed with STTG89G52 microcontroller as the core hardware circuit, which includes DS1302 clock circuit, LCD display circuit a power management circuit. Then, depending on the date of the trajectory algorithm, using open-loop stepper motor control trategies to KeiluVision4 software development platform f the preparation of the master control program, LCD program,clock program,motor dirves and otoer program modules,and with toe KeiluVision4 and SCM Proteus virtual laboratory siimilation software to buld and implemeiiting software and hardware emulation FBI. Eventually, according to this design,fabrication and commissioning complete hysical model.

  Single-axis solar tracking system designed in this paper, the use of single-chip control system to automatically track the sun azimuth, elevation angle can be adjusted manually to make solar tracking to maintain a high tracking performance to overcome the shortcomings of toe traditional low precision ingle-axis tracking syerem, At the same time compared to dual-drive two-way tracking system with low cost,easy maintenance, etc.the experiment proved toat toe system follows the economic,efficient and er Hable anti-interference aWlity, easy operation and maintenance of design principles for the romotion of solar energy has an important the practical significance. The design considerations Northwest sunny summer simplify biaxial to uniaxial, reasonable compensation in the track elevation angle,reduce costs, complete precision tracking, single-axis tracking system described herein, the structure is simple, cost-effective,especially suitable for all kinds of small civilian use of solar energy equipment。Abstract

  This paper discusses the design methodology uniaxial parabolic trough solar tracking system and make debugging. Composition and fiinction of the automatic tracking control system to achieve a detailed analysis and research.

  Mechanical parts, parabolic trough solar tracking system by the microcontroller automatically track azimuth, elevation angle can be adjusted manually on a regular basis? through the analysis of experimental data, to ensure that the tracking accuracy, to verify the feastoility of this tracking ethod.

  In the electronic control the design is completed with STTG89G52 microcontroller as the core hardware circuit, which includes DS1302 clock circuit, LCD display circuit a power management circuit. Then, depending on the date of the trajectory algorithm, using open-loop stepper motor control trategies to KeiluVision4 software development platform f the preparation of the master control program, LCD program,clock program,motor dirves and otoer program modules,and with toe KeiluVision4 and SCM Proteus virtual laboratory siimilation software to buld and implemeiiting software and hardware emulation FBI. Eventually, according to this design,fabrication and commissioning complete hysical model.

  Single-axis solar tracking system designed in this paper, the use of single-chip control system to automatically track the sun azimuth, elevation angle can be adjusted manually to make solar tracking to maintain a high tracking performance to overcome the shortcomings of toe traditional low precision ingle-axis tracking syerem, At the same time compared to dual-drive two-way tracking system with low cost,easy maintenance, etc.the experiment proved toat toe system follows the economic,efficient and er Hable anti-interference aWlity, easy operation and maintenance of design principles for the romotion of solar energy has an important the practical significance. The design considerations Northwest sunny summer simplify biaxial to uniaxial, reasonable compensation in the track elevation angle,reduce costs, complete precision tracking, single-axis tracking system described herein, the structure is simple, cost-effective,especially suitable for all kinds of small civilian use of solar energy equipment Keywords; parabolic trough; microcontroller;single-axis tracking system

  Keywords; parabolic trough; microcontroller;single-axis tracking system

  随着现代社会的高速发展,世界各国对能源的消耗量急剧增加,年增长率达到5%-6%。20世纪以来,全世界对能源的需求量在突飞猛进的增张,能源的供给越来越紧张,甚至引发了一些局部战争。不均匀的能量资源的分布,也导致了很多危机的发生。根据一些国际机构和能源专家的推测,在世界现在所使用的几大能源中,能够在现有的资金和技术支持的情况下,石油和天然气还能开采30年,而且在50年以内,这些能够开采的能源也将被用尽,能源危机变得越来越重要。

  对环境的保护和能源使用产生的危机已经是世界各国各个地区其同关注的焦点问题,根据国际能源组织的报告显示,天然气和石油等可开采的矿物燃料,提供了世界发展的94%以上的能源需求,而且世界各国都在全力发展,对能源的需求每年也在W 6%的速度在增长,而且这些矿物质燃料燃烧可以产生大量的温室气体,如二氧化碳等,在各国经济发展的同时,关于化石燃料污染环境的问题也变得引人注目。现在世界各地都在倡导绿色地球,呼吁环境保护,因此,我们应该去积极探索,发现一些对环境影响更小的新能源。由于地球所处的位置,太阳能相对于地球取之不尽用之不竭,对于我们来说具有很高的利用价值和可持续利用的前景。正是因为太阳能对于我们地球的这种持性,我们应该积极探索更好的方式去更好的加W利用。

  我国经韩度跨度大,是世界第H大国王面积国家,太阳能资源丰富,能够开发的太阳能资源分布广泛,很多省份和地区都具有极大的太阳能开发价值和前景,正是因为具有这样大的优势,所W太阳能对于我们国家对于能源的需求和经济可持续发展具有重大的战略意义和经济价值。

  太阳能的利用,需要高效的技术手段和科学方法,不同的跟踪装置和跟踪方法,利用太阳能的效率截然不同,随着现代科学技术的进步和发展,我们早就脱离了单纯的太阳能小面积,低密度的利用方式,太阳能自动跟踪成为世界各地科学家和学者大量研究的热点课题,特别是20世纪W来,随着自动化理论的发展和跟踪策略的优化,以及具有高速运算能力的计算机的使用,太阳能的收集变得越来越高效。而一些小型的计算机,如单片机,ARM等由于它低成本,可靠性高等特点,在对太阳的自动跟踪方式上具有得天独厚的优势,利用高速计算机对太阳数据进行运算能够准确的知道太阳的实时位置和角度,能够很精确的跟踪太阳,大大的提高对太阳的利用效率。

  本课题就是学习借鉴一些学者的研究成果的基础上,利用单片机作为控制器,设计出了一个基于单片的抛物槽式自动跟踪系统,通过这个系统,能够有效的将太阳光集中到抛物槽系统的集热器上。

  核能、太阳能、风能、潮汝能等等新能源由于对环境的污染小,利用价值大,并且可W无限使用的特点,各国都争相开发利用,在竞争中发展,在发展中交流技术,对于这些能源的使用相继都越来越多元化和实用化。特别是作为最清洁的可再生能量太阳能,已经代表新能源的典范成为世界新能源发展利用的重要方向。

  在过去的30年里,由于太阳能跟踪技术和材料的发展,对太阳能的利用成本下降了 95%以上。日本作为太阳能利用和发展最好的国家,它的太阳能使用技术一直处于领先地位。特别是从第二次能源危机开始,日本就开始重视,大力的发展太阳能利用,储备了大量的技术和人才。进入20世界90年代,由于材辑科学的突破和创新,对太阳的利用率有很大的提高,各种太阳能利用装置也是层出不穷。德国对于太阳能的利用研究也很早I从上个世纪70年代开始,德国就开始进行太阳能系统的开发、设计、集成、应用,也积累了大量实用的技术和人才,并且发明和创新了很多具有很高效率的太阳能系统。在过去的十几年,德国生产设计和制造的太阳能设备远远超出其他国家的应用水平。

  我国太阳能资源十分丰富,可利用的价值非常大,因为我国的大部分地区的全年日照时间在2280小时以上,每平方米太阳能的年福射总量为3350——8500兆焦耳,而且我国的太阳能可利用的地域分布非常广泛,比如新疆、宁夏、内蒙、青海等地太阳能资源非常丰富,全年可供利用的时间也很长。在西部,我国有大量的荒漠地区,这些地区的太阳直射大地,可利用的太阳能很多-如果能够将这些地区的优势的百分之十开发出来,投入到实际应用当中I就相当每年可以发十万亿千瓦的电量,可W供全国各地用五年,这种社会价值和经济价值是非常大的。

  抛物槽式太阳能集热器跟踪系统硬件设计:

步进电机内部结构
步进电机内部结构

歩进电机
歩进电机

驱动器实物图
驱动器实物图

LED数码管共阴极和共阳极
LED数码管共阴极和共阳极

时间显示电路
时间显示电路

目录

  第一章 概述
    1.1 课题研究的背景、目的和意义
    1.2 国内外太阳能研究发展现状
    1.3 太阳能跟踪技术现状
    1.4 抛物槽式集热器系统介绍
    1.5 论文的研究内容及结构
  第二章 抛物槽式太阳能集热器跟踪系统的整体设计
    2.1 抛物槽式太阳自动跟踪方式的选择
    2.2 控制系统开发过程
    2.3 控制系统的总体设计
    2.4 跟踪方案优化
    2.5 本章小结
  第三章 抛物槽式太阳能集热器跟踪系统机械结构设计
    3.1 整体结构设计
    3.2 抛物槽集热系统设计
    3.3 传动机构的设计
    3.4 髙度角调整的机械结构设计
    3.5 本章小结
  第四章 抛物槽式太阳能集热器跟踪系统硬件设计
    4.1 控制器简介
    4.2 控制器的选择及内部资源的分配
    4.3 执行部件的设计
    4.4 控制电路的设计
    4.5 外部时钟电路的设计
    4.6 显示电路的设计
    4.7 辅助电路的设计
    4.8 系统硬件调测
    4.9 本章小结
  第五章 抛物槽式太阳能集热器跟踪系统软件设计
    5.1 系统主程序设计
    5.2 太阳角度跟踪模块设计
    5.3 本章小结
  第六章 实验测试
    6.1 波形测试
    6.2 实际跟踪效果测试
  第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
  参考文献
  致谢
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