二維跟蹤太陽光伏發(fā)電裝置設(shè)計

1、黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 - 3 - 頁二維跟蹤太陽光伏發(fā)電裝置設(shè)計（曲柄搖桿式） 摘要：人類正面臨著石油和煤炭等礦物燃料枯竭的嚴重威脅，太陽能作為一種新型能源具有儲量無限、普遍存在、利用清潔、使用經(jīng)濟等優(yōu)點，但是太陽能又存在著低密度、間歇性、空間分布不斷變化的缺點，這就使目前的一系列太陽能設(shè)備對太陽能的利用率不高。太陽光線自動跟蹤裝置解決了太陽能利用率不高的問題。本文對太陽能跟蹤系統(tǒng)進行了機械設(shè)計和自動跟蹤系統(tǒng)控制部分設(shè)計。第一，機械部分設(shè)計：機械結(jié)構(gòu)主要包括底座、主軸、齒輪和齒圈等。當(dāng)太陽光線發(fā)生偏離時，控制部分發(fā)出控制信號驅(qū)動步進電機8帶動小齒輪轉(zhuǎn)動，小齒輪帶動大齒輪和主軸轉(zhuǎn)動，實

2、現(xiàn)水平方向跟蹤；同時控制信號驅(qū)動步進電機4帶動絲桿，絲桿帶動可動螺母和太陽能板實現(xiàn)垂直方向轉(zhuǎn)動，通過步進電機8、步進電機4的共同工作實現(xiàn)對太陽的跟蹤。第二，控制部分設(shè)計：主要包括傳感器部分、信號轉(zhuǎn)換電路、單片機系統(tǒng)和電機驅(qū)動電路等。系統(tǒng)采用光電檢測追蹤模式實現(xiàn)對太陽的跟蹤。傳感器采用光敏電阻，將兩個完全相同的光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向邊沿處下方。當(dāng)兩個光敏電阻接收到的光強度不相同時，通過運放比較電路將信號送給單片機，驅(qū)動步進電機正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電池板對太陽的跟蹤。關(guān)鍵詞: 太陽能；跟蹤；光敏電阻；單片機；步進電機Two dimensional tracking solar photovo

3、ltaic power generation device design (crank rocker type)Author：Liu da ke Tutor：Li an sheng Abstract:Human being is seriously threatened by exhausting mineral fuel, such as coal and fossil oil. As a kind of new type of energy sources, solar energy has the advantages of unlimited reserves, existing ev

4、erywhere,using clean and economical .But it also has disadvantages ,such as low density,intermission,change of space distributing and so on. These make that the current series of solar energy equipment for the utilization of solar energy is not high. In order to keep the energy exchange part to plum

5、b up the solar beam,it must track the movement of solar. In this paper, the solar tracking system of the mechanical part and control system part are designed.First, the mechanical part is designed.Mechanical structure mainly includes the main spindle, stepping motors, gears and gear ring, and so on.

6、 When the suns rays has a deviation, small gear are rotated by stepper motor according to the control signal from MCU. And the large gear and main spindle is rotated by small gear in order to track to achieve the level direction. At the same time, another small gear is rotated by another stepper mot

7、or according to the control signal.And the large gear and the solar panels are rotated by the small gear in order to track to achieve the vertical direction. Solar is tracked by the two stepper motors together. Second, control system part is designed.Control system mainly includes the sensors part,

8、stepper motor, MCU system and the corresponding external circuit, and so on. Photoelectric detection system is used to track solar. Sensors use photosensitive resistance. The two same photosensitive resistances were placed in east and west direction of the bottom edge .When the two photosensitive re

9、sistances received different light at the same time, the signal from comparison circuit is sent to MCU in order to rotate stepping motors.Keywords ：Solar energy Tracking Photosensitive resistance SCM Stepping motor目錄1緒論11.1課題來源11.2課題背景11.2.1能源現(xiàn)狀及發(fā)展11.2.2我國太陽能資源11.2.3目前太陽能的開發(fā)和利用11.2.4太陽能的特點11.3課題研究的目

10、的21.4研究課題的意義21.4.1新環(huán)保能源21.4.2提高太陽能的利用率31.5太陽能利用的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀31.6太陽追蹤系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀41.7論文的研究內(nèi)容51.8論文結(jié)構(gòu)52太陽能自動跟蹤系統(tǒng)總體設(shè)計62.1本課題的機械設(shè)計方案62.2跟蹤方案的比較選擇72.2.1本設(shè)計的跟蹤方案73機械設(shè)計部分83.1太陽能自動跟蹤系統(tǒng)機械設(shè)計方案83.2電池板的選擇及布局分析83.2.1太陽能電池板的發(fā)展及種類83.2.2電池板的參數(shù)和選擇103.3太陽能電池板的布局和分析113.3.1電池板的參數(shù)分析113.3.2邊框及其固定結(jié)構(gòu)設(shè)計113.4電動機的選擇123.4.1電動機功率的確定12

11、3.4.2確定電動機的轉(zhuǎn)速133.5齒輪轉(zhuǎn)動計算143.5.1材料選擇143.5.2尺寸計算143.5.3校核計算143.5.4齒根彎曲疲勞強度驗算163.6絲桿螺母轉(zhuǎn)動計算173.6.1材料選擇173.6.2尺寸計算173.7鍵聯(lián)接計算183.7.1主軸與大齒輪的鍵聯(lián)接183.7.2小軸與齒圈的鍵聯(lián)接193.7.3步進電機1輸出軸與小齒輪1的聯(lián)接193.7.4步進電機2輸出軸與小齒輪2的聯(lián)接193.8抗風(fēng)性分析193.8.1底座上螺釘校核194自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計214.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)214.2光電轉(zhuǎn)換器214.2.1光電轉(zhuǎn)換電路214.3單片機及其外圍電路224.3.1 AT89C51單片機2

12、24.3.2外圍電路244.4驅(qū)動電路254.4.1驅(qū)動電路254.5系統(tǒng)的實現(xiàn)264.5.1光敏電阻光強比較法264.5.2光敏電阻光強比較法的工作過程274.5.3系統(tǒng)的流程圖285結(jié)論305.1結(jié)論305.2展望30致謝31參考文獻32黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 1 頁1緒論1.1課題來源模擬生產(chǎn)實際課題:太陽能自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計。1.2課題背景1.2.1能源現(xiàn)狀及發(fā)展傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，對環(huán)境造成的危害日益突出，同時全球還有20億人得不到正常的能源供應(yīng)。于是，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能夠改變?nèi)祟惖哪茉唇Y(jié)構(gòu)，維持長遠的可持續(xù)發(fā)展。這之中太陽能以其獨有的

13、優(yōu)勢而成為人們重視的焦點。豐富的太陽輻射能是重要的能源，是取之不盡、用之不竭的、無污染、廉價、人類能夠自由利用的能源。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達80萬千瓦，假如把地球表面0.1%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率5%，每年發(fā)電量可達5.61012千瓦小時，相當(dāng)于世界上能耗的40倍，而且太陽能發(fā)電的實施對環(huán)境不會造成任何的污染，是最理想的新型能源。1.2.2我國太陽能資源中國太陽能資源非常豐富，理論儲量達每年17000億噸標準煤。太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。中國地處北半球，南北距離和東西距離都在5000公里以上。在中國廣闊的土地上，有著豐富的太陽能資源。大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米4千瓦時

14、以上，西藏日輻射量最高達每平米7千瓦時。年日照時數(shù)大于2000小時。與同緯度的其他國家相比，與美國相近，比歐洲、日本優(yōu)越得多，因而有巨大的開發(fā)潛能。 1.2.3目前太陽能的開發(fā)和利用人類直接利用太陽能有三大技術(shù)領(lǐng)域4，即光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化學(xué)轉(zhuǎn)換，此外，還有儲能技術(shù)。 太陽光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)的產(chǎn)品很多，如熱水器、開水器、干燥器、采暖和制冷，溫室與太陽房，太陽灶和高溫爐，海水淡化裝置、水泵、熱力發(fā)電裝置及太陽能醫(yī)療器具。1.2.4太陽能的特點太陽能作為一種新能源，它與常規(guī)能源相比有三大優(yōu)點5： 第一，它是人類可以利用的最豐富的能源，據(jù)估計，在過去漫長的11億年中，太陽消耗了它本身能量的2%，可以說

15、是取之不盡，用之不竭。 第二，地球上，無論何處都有太陽能，可以就地開發(fā)利用，不存在運輸問題，尤其對交通不發(fā)達的農(nóng)村、海島和邊遠地區(qū)更具有利用的價值。 第三，太陽能是一種潔凈的能源，在開發(fā)和利用時，不會產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣，也沒有噪音，更不會影響生態(tài)平衡。 太陽能的利用有它的缺點： 第一，能流密度較低，日照較好的，地面上1平方米的面積所接受的能量只有1千瓦左右。往往需要相當(dāng)大的采光集熱面才能滿足使用要求，從而使裝置地面積大，用料多，成本增加。 第二，大氣影響較大，給使用帶來不少困難。1.3課題研究的目的本課題研究一種基于光電傳感器的太陽光線自動跟蹤裝置，該裝置能自動跟蹤太陽光線的運動，保證太陽能

16、設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分所在平面始終與太陽光線垂直，提高設(shè)備的能量利用率。1.4研究課題的意義1.4.1新環(huán)保能源長期以來6，世界能源主要依靠石油和煤炭等礦物燃料，而這些礦物作為一次性不可再生資源，儲量有限，而且燃燒時產(chǎn)生大量的二氧化碳，造成地球氣溫升高，生態(tài)環(huán)境惡化。據(jù)國際能源機構(gòu)預(yù)測，人類正面臨礦物燃料枯竭的嚴重威脅。這種全球性的能源危機，迫使各國政府投入大量的人力和財力，研究和開發(fā)新能源，如太陽能等。能源危機，環(huán)境保護成為當(dāng)今世界關(guān)注的熱點問題。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署資料7，目前礦物燃料提供了世界商業(yè)能源的95%，且其使用在世界范圍內(nèi)以每10年20%的速度增長。這些燃料的燃燒構(gòu)成改變氣候的溫室氣體

17、的最大排放源，按照可持續(xù)發(fā)展的目標模式，決不能單靠消耗礦物原料來維持日益增長的能源需求。因此越來越多的國家都在致力于對可再生能源的深度開發(fā)和廣泛利用。其中具有獨特優(yōu)勢的太陽能開發(fā)前景廣闊。日本經(jīng)濟企劃廳和三澤公司合作研究認為，到2030年，世界電力生產(chǎn)的一半將依靠太陽能?；诋?dāng)今世界能源問題和環(huán)境保護問題已成為全球的一個“人類面臨的最大威脅”的嚴重問題，本課題的目的是為了更充分的利用太陽能、提高太陽能的利用率，而進行太陽追蹤系統(tǒng)的開發(fā)研究，這對我們面臨的能源問題有重大的意義。同時太陽能又是一種無污染的清潔能源，加強太陽能的開發(fā)，對節(jié)約能源、保護環(huán)境也有重大的意義8。1.4.2提高太陽能的利用率

18、太陽能是一種低密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源9，這就對太陽能的收集和利用提出了更高的要求。盡管相繼研究出一系列的太陽能裝置如太陽能熱水器、太陽能干燥器、太陽能電池等等，但太陽能的利用還遠遠不夠，究其原因，主要是利用率不高。就目前的太陽能裝置而言，如何最大限度的提高太陽能的利用率，仍為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點。解決這一問題應(yīng)從兩個方面入手10，一是提高太陽能裝置的能量轉(zhuǎn)換率，二是提高太陽能的接收效率，前者屬于能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，還有待研究，而后者利用現(xiàn)有的技術(shù)則可解決。太陽跟蹤系統(tǒng)為解決這一問題提供了可能。不管哪種太陽能利用設(shè)備，如果它的集熱裝置能始終保持與太陽光垂直，并且收集更多方向上的太陽光，那

19、么，它就可以在有限的使用面積內(nèi)收集更多的太陽能。但是太陽每時每刻都是在運動著，集熱裝置若想收集更多方向上的太陽光，那就必須要跟蹤太陽。香港大學(xué)建筑系的教授研究了太陽光照角度與太陽能接收率的關(guān)系，理論分析表明11:太陽的跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差37.7%，精確的跟蹤太陽可使接收器的接收效率大大提高，進而提高了太陽能裝置的太陽能利用率，拓寬了太陽能的利用領(lǐng)域。1.5太陽能利用的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀日本是世界上太陽能開發(fā)利用第一大國，也是太陽能應(yīng)用技術(shù)強國。日本太陽熱能的利用，12從1979年第二次石油危機后開始，1990年進入普及高峰。太陽能技術(shù)日益創(chuàng)新，能量轉(zhuǎn)換率不斷提高，成本也是新能源中最低的

20、。日本將太陽能的利用分為太陽光能和熱能兩種。太陽光能發(fā)電，是利用半導(dǎo)體硅等將光轉(zhuǎn)化為電能。從2000年起，日本太陽能發(fā)電量一直居世界首位，2003年太陽能發(fā)電裝機容量約為86萬千瓦，占世界太陽能發(fā)電裝機容量的49.1%，并計劃到2010年達到482萬千瓦，增加約6倍。德國對太陽能資源的利用可追溯到20世紀70年代，現(xiàn)在德國已經(jīng)在太陽能系統(tǒng)的開發(fā)、生產(chǎn)、規(guī)劃和安裝等方面積累了大量經(jīng)驗，發(fā)明了一系列高效的太陽能系統(tǒng)。1990年德國政府推出了“一千屋頂計劃” 13，至1997年已完成近萬套屋頂系統(tǒng)，每套容量15千瓦，累計安裝量已達3.3萬千瓦。根據(jù)德國聯(lián)邦太陽能經(jīng)濟協(xié)會的數(shù)字，在過去的幾年中，德國太

21、陽能相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)量增加了5倍，增速比其他國家平均水平高出一倍。另據(jù)德新社報道，全球最大的太陽能發(fā)電廠已在德國南部巴伐利亞州正式投入運營。這家太陽能發(fā)電廠投資7000萬歐元，占地77萬平方米，發(fā)電總?cè)萘窟_12兆瓦，能為3500多個家庭供電。截至2005年年底，德國共有670萬平方米的屋頂鋪設(shè)了太陽能集熱器，每年可生產(chǎn)4700兆瓦的熱量。已用4%的德國家庭利用了清潔環(huán)保、用之不竭的太陽能，估計每年可節(jié)約2.7億升取暖用油。目前，美國太陽能光伏發(fā)電已經(jīng)形成了從多晶硅材料提純、光伏電池生產(chǎn)到發(fā)電系統(tǒng)制造比較完備的生產(chǎn)體系。2005年，美國光伏發(fā)電總?cè)萘窟_到100萬千瓦，排在日本和德國之后，居世界第3位

22、。為了降低太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，美國政府最近制定了陽光計劃，大幅度增加了光伏發(fā)電的財政投入，加快多晶硅和薄膜半導(dǎo)體材料的研發(fā)，提高太陽能光伏電池的光電轉(zhuǎn)化效率。目前，美國正在新建幾座新的太陽能電站。預(yù)計到2015年，美國光伏發(fā)電成本將從現(xiàn)在的2140美分/千瓦時降到6美分/千瓦時，屆時，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的競爭力將會大大增強。太陽能在能源發(fā)展中占有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，據(jù)美國博士對世界一次能源替代趨勢的研究結(jié)果表明，到2050年后，核能將占第一位，太陽能占第二位，21世紀末，太陽能將取代核能占第一位，很多國家對太陽能的利用加強了重視14。意大利1998年開始實行“全國太陽能屋頂計劃”，將于200

23、2年完成，總投入5500億里拉，總?cè)萘窟_5萬千瓦。印度也于1997年12月宣布，將在2002年前推廣150萬套太陽能屋頂系統(tǒng)。法國已經(jīng)批準了代號為“太陽神2006”的太陽能利用計劃，按照該計劃，每年將投入3000萬法郎資金，到2006年，法國每年安裝太陽能熱水器的用戶達2萬家。我國由建設(shè)部制定的建筑節(jié)能“九五”計劃和2010年規(guī)則中已將太陽能熱水系統(tǒng)列入成果推廣項目。目前我國太陽能熱水器的推廣普及十分迅速15，1997年銷售面積近300萬平方米，數(shù)量居世界首位。全國從事太陽能熱水器研制、生產(chǎn)、銷售和安裝的企業(yè)達1000余家，年產(chǎn)值20億元。根據(jù)我國19962020年太陽能光電PV（光伏發(fā)電）發(fā)

24、展計劃，在2000年和2020年的太陽能光電總?cè)萘繉⒎謩e達到6.6萬千瓦和30萬千瓦。在聯(lián)網(wǎng)陽光電站建設(shè)方面，計劃2020年前建成5座MW級陽光電站。由國家投資1700萬元修建的西藏第三座太陽能電站安多光伏電站，總裝機容量100千瓦，于1998年12月建成發(fā)電。這也是世界海拔最高、中國裝機容量最大的太陽能電站?？傊?，大力發(fā)展太陽能利用技術(shù)，使節(jié)約能源和保護環(huán)境的重要途徑。1.6太陽追蹤系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在太陽能跟蹤方面，我國在1997年研制了單軸太陽跟蹤器，完成了東西方向的自動跟蹤，而南北方向則通過手動調(diào)節(jié)，接收器的接收效率提高了。1998年美國加州成功的研究了ATM兩軸跟蹤器16，并在太陽

25、能面板上裝有集中陽光的透鏡，這樣可以使小塊的太陽能面板硅收集更多的能量，使效率進一步提高。2002年2月美國亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機完成跟蹤，采用鋁型材框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，大大拓寬了跟蹤器的應(yīng)用領(lǐng)域。在國內(nèi)近年來有不少專家學(xué)者也相繼開展了這方面的研究，1992年推出了太陽灶自動跟蹤系統(tǒng)，1994年太陽能雜志介紹的單軸液壓自動跟蹤器，完成了單向跟蹤。目前17，太陽追蹤系統(tǒng)中實現(xiàn)追蹤太陽的方法很多，但是不外乎采用如下兩種方式：一種是光電追蹤方式，另一種是根據(jù)視日運動軌跡追蹤；前者是閉環(huán)的隨機系統(tǒng)，后者是開環(huán)的程控系統(tǒng)。1.7論文的研究內(nèi)容本文所介紹的太陽跟蹤

26、裝置采用了光電追蹤方式，可實現(xiàn)大范圍、高精度跟蹤。論文的主要工作包括:(l)分析太陽運行規(guī)律，比較國內(nèi)外主要的幾種跟蹤方案，提出合理的跟蹤策略。(2) 機械部分是實現(xiàn)追蹤目的的關(guān)鍵，主要是機械設(shè)計和計算，裝配圖及其零件圖。(3)分析傳感器工作原理，分析該傳感器大范圍、高精度跟蹤的可行性，還要設(shè)計光電轉(zhuǎn)換電路。(4)選取控制芯片，分析系統(tǒng)的硬件需求，設(shè)計控制系統(tǒng)。(5)設(shè)計控制方案，及驅(qū)動電路。1.8論文結(jié)構(gòu)第一章,緒論主要闡述了課題的研究背景、目的及意義，以及國內(nèi)外太陽能的利用現(xiàn)狀、太陽追蹤方式的發(fā)展現(xiàn)狀。第二章,主要是對太陽自動追蹤系統(tǒng)進行了總體設(shè)計，確定了系統(tǒng)的追蹤方式。第三章,太陽自動追

27、蹤系統(tǒng)機械設(shè)計部分，主要是機械設(shè)計和計算，裝配圖及其零件圖。第四章,自動跟蹤系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu),光電轉(zhuǎn)換器,單片機及其外圍電路,步進電動機以及驅(qū)動電路。第五章, 課題總結(jié)及展望。2太陽能自動跟蹤系統(tǒng)總體設(shè)計2.1本課題的機械設(shè)計方案 圖2-4本課題的機械設(shè)計方案機構(gòu)結(jié)構(gòu)：馬達固定在支架上，馬達8的輸出軸連接小齒輪，小齒輪與大齒輪5嚙合。把齒輪連接著主軸上，主軸安裝在地板上(主軸相對于地板可以轉(zhuǎn)動)，馬達4安裝在底部支架的一塊板上，馬達4的輸出軸連接絲桿2，絲桿2與可動螺母配合，是搖桿3可以有一定的移動量。機構(gòu)實現(xiàn)自動跟蹤的原理：當(dāng)太陽光線發(fā)生偏離時?？刂撇糠职l(fā)出控制信號驅(qū)動馬達1帶動小齒輪1轉(zhuǎn)動，小

28、齒輪帶動大齒輪和主軸轉(zhuǎn)動；同時控制信號驅(qū)動馬達2帶動小齒輪2。小齒輪2帶動齒圈和太陽能板轉(zhuǎn)動，通過馬達1、馬達2的共同工作實現(xiàn)對太陽方位角和高度角的跟蹤。上圖為其效果圖。2.2跟蹤方案的比較選擇目前國內(nèi)外采用的跟蹤太陽的方法有很多，但不外乎三種方式22: (1)視日運動軌跡跟蹤；(2)光電跟蹤；(3)視日運動軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合。2.2.1 本設(shè)計的跟蹤方案光敏電阻光強比較法。本設(shè)計的光敏器件選為光敏電阻。利用光敏電阻在光照時阻值發(fā)生變化的原理，將兩個完全相同的光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向邊沿處的下方。如果太陽光垂直照射太陽能電池板時，兩個光敏電阻接收到的光強度相同，所以它們的阻值

29、相同，此時電動機不轉(zhuǎn)動。當(dāng)太陽光方向與電池板垂直方向有夾角時，接收光強多的光敏電阻阻值減少，驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，直至兩個光敏電阻上的光照強度相同，稱為光敏電阻光強比較法。3機械設(shè)計部分3.1太陽能自動跟蹤系統(tǒng)機械設(shè)計方案圖3-1自動跟蹤系統(tǒng)機械設(shè)計方案機構(gòu)結(jié)構(gòu)：步進電機 8固定在地板支架上，步進電機8的輸出軸連接小齒輪，小齒輪與大齒輪5嚙合。齒輪連接著主軸上，主軸安裝在地板上(主軸相對于地板可以轉(zhuǎn)動)，步進電機4安裝在底部支架，步進電機4的輸出軸連接絲桿2，絲桿2與可動螺母嚙合，可動螺母連接著搖桿3。機構(gòu)實現(xiàn)自動跟蹤的原理：當(dāng)太陽光線發(fā)生偏離時。控制部分發(fā)出控制信號驅(qū)動馬達1帶動小齒輪1轉(zhuǎn)動，小齒

30、輪帶動大齒輪和主軸轉(zhuǎn)動；同時控制信號驅(qū)動馬達2帶動小齒輪2。小齒輪2帶動齒圈和太陽能板轉(zhuǎn)動，通過馬達1、馬達2的共同工作實現(xiàn)對太陽方位角和高度角的跟蹤。3.2電池板的選擇及布局分析3.2.1太陽能電池板的發(fā)展及種類太陽能電池是一種近年發(fā)展起來的新型的電池。太陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉(zhuǎn)換過程通常叫做“光生伏打效應(yīng)”，因此太陽能電池又稱為“光伏電池”，用于太陽能電池的半導(dǎo)體材料是一種介于導(dǎo)體和絕緣體之間的特殊物質(zhì)，和任何物質(zhì)的原子一樣，半導(dǎo)體的原子也是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成，半導(dǎo)體硅原子的外層有4個電子，按固定軌道圍繞原子核轉(zhuǎn)

31、動。當(dāng)受到外來能量的作用時，這些電子就會脫離軌道而成為自由電子，并在原來的位置上留下一個“空穴”，在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數(shù)目是相等的。如果在硅晶體中摻入硼、鎵等元素，由于這些元素能夠俘獲電子，它就成了空穴型半導(dǎo)體，通常用符號P表示；如果摻入能夠釋放電子的磷、砷等元素，它就成了電子型半導(dǎo)體，以符號N代表。若把這兩種半導(dǎo)體結(jié)合，交界面便形成一個PN結(jié)。太陽能電池的奧妙就在這個“結(jié)”上，PN結(jié)就像一堵墻，阻礙著電子和空穴的移動。當(dāng)太陽能電池受到陽光照射時，電子接受光能，向N型區(qū)移動，使N型區(qū)帶負電，同時空穴向P型區(qū)移動，使P型區(qū)帶正電。這樣，在PN結(jié)兩端便產(chǎn)生了電動勢，也就是通常所說的電

32、壓。這種現(xiàn)象就是上面所說的“光生伏特效應(yīng)”。如果這時分別在P型層和N型層焊上金屬導(dǎo)線，接通負載，則外電路便有電流通過，如此形成的一個個電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。制造太陽電池的半導(dǎo)體材料已知的有十幾種，因此太陽電池的種類也很多。目前，技術(shù)最成熟，并具有商業(yè)價值的太陽電池要算硅太陽電池。（ 1）單晶硅太陽能電池 單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，最高的達到24，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，但制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝，因此其堅固耐用，使用壽命一般可達15

33、年，最高可達25年。 （2）多晶硅太陽能電池 多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，但是多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約12左右 (2004年7月1日日本夏普上市效率為14.8%的世界最高效率多晶硅太陽能電池)。 從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。此外，多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。從性能價格比來講，單晶硅太陽能電池還略好。 （3）非晶硅太陽能電池 非晶硅太陽電池是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽電池，它與單晶硅和多晶硅太陽電池的制作方法完全不同，工藝過程大大簡化

34、，硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優(yōu)點是在弱光條件也能發(fā)電。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低，目前國際先進水平為10左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時間的延長，其轉(zhuǎn)換效率衰減。 （4）多元化合物太陽電池 多元化合物太陽電池指不是用單一元素半導(dǎo)體材料制成的太陽電池。現(xiàn)在各國研究的品種繁多，大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn)，主要有以下幾種：a) 硫化鎘太陽能電池b) 砷化鎵太陽能電池c) 銅銦硒太陽能電池(新型多元帶隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太陽能電池)3.2.2電池板的參數(shù)和選擇根據(jù)以上太陽能的介紹和比較，并綜合網(wǎng)上各廠家的發(fā)布的信息，以及所產(chǎn)的太陽能電池板的性能參數(shù)，我選擇有由三門峽華豫

35、新能源科技有限公司提供的HSM125系列的電池板，其參數(shù)如下： 根據(jù)設(shè)計的要求時期能用較長的時間，并能夠達到較高的使用效率，并根據(jù)市場和廠家的查閱，我選擇使用由三門峽華豫新能源科技有限公司的產(chǎn)品。其市場報價相對較低，并且其產(chǎn)品HSM-125單晶硅系列太陽能電池板功率從1峰瓦到260峰瓦的多種規(guī)格系列，從而滿足客戶的各種需求。HSM-125單晶硅太陽能電池板產(chǎn)品通過了ISO9001（2000）質(zhì)量體系認證，同時也通過了國際權(quán)威認證機構(gòu)的IEC61215，TUV，CE的認證。符合國際電氣和防火規(guī)范，從而確保了產(chǎn)品在世界各地的安全可靠運行。根據(jù)布局設(shè)計我選擇了該公司的HSM125-60 一款太陽能電

36、池作為我所用的電池板。3.3太陽能電池板的布局和分析3.3.1電池板的參數(shù)分析 HSM125-60系列的技術(shù)參數(shù)有上表可得，其功率120W 基本尺寸1470*680*35mm 重量為12KG。根據(jù)設(shè)計要求，需滿足輸出功率為1KW左右的發(fā)電裝置，則有1000/120=8.33則有其設(shè)計需要，可設(shè)定需要9塊電池板，滿足其輸出功率的要求。其總的功率為1209=1080W,總的重量為M板9*12=108KG。其布局的分采用33分布，并且布局于一個整體大平板之上。 3.3.2邊框及其固定結(jié)構(gòu)設(shè)計電池板需要一定的支撐和邊框，其中涉及到材料的選擇和其與電池板的配合問題。電池板之間通過高標準的焊接工藝要求，焊

37、接在一起，需放在有一定的支撐上面，保證其穩(wěn)定性。首先，次出設(shè)計要求沒有固定的特殊要求，所以我初步選定用45鋼或鋁合金材料來做為材料來源。因為這兩種材料應(yīng)用比較廣泛，相對來說購買方便，并且其性能都能滿足需求。其次，是這兩種材料無需太過復(fù)雜加工，其型號和產(chǎn)品的種類較多，可以很好的滿足需求。45鋼是優(yōu)質(zhì)的碳素鋼，有很好的熱加工性能，經(jīng)熱處理后可滿足各種條件下的用途。其結(jié)構(gòu)有易切削加工的特點和其價格相對較低，因此在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。而鋁合金做為一種綜合性能較高的材料，具有一定的強度和硬度，可加工性能較好，另外還有較好的抗氧化、腐蝕和防銹的特點，并且因其質(zhì)輕和外觀美觀大方而備受大眾的青睞。首先考慮

38、到，該設(shè)計為太陽能發(fā)電裝置，要求其用到的條件相對惡劣。這樣來說選擇鋁合金材料相對較好。其次是45號鋼的焊接性能不是太好，隨著碳元素含量的增加其焊接性能有所下降。而太陽能電池板的焊接工藝要求很嚴格，必須要求其能很好的連接起來。最后是考慮到其價格和總體設(shè)計的要求，在材料選擇時我們應(yīng)該盡可能的選擇性能合適而價格低廉的材料。而45號鋼和鋁合金在價格方面是鋁合金明顯要貴的很多，但考慮到其用量不大的情況下，還是可以接受。另外從實用角度分析，我們要求整個裝置能實用15年左右，期間采用45號則要求能很好的抵抗外界環(huán)境的侵蝕，這樣增加更高的維護成本。所以我認為采用鋁合金可以有效的改善這方面的不足，綜合比較這兩種

39、材料，我決定用鋁合金材料作為電池板的結(jié)構(gòu)框架。3.4、電動機的選擇3.4.1電動機功率的確定工作機各傳動部件的傳動效率及總效率查機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書表9.2可知絲桿傳動的傳動比為：i=1040；又根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)表4-2可知蝸桿頭數(shù)為Z1=1，由表4-4可知蝸桿傳動的總效率為： =0.750.82查機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書表9.1可知各傳動部件的效率分別為：=0.97；工作機的總效率為：總 =（0.75 0.82）0.97 =0.7275 0.7954電動機的功率確定 此裝置要求其轉(zhuǎn)速不能太高，并且轉(zhuǎn)動的機構(gòu)的轉(zhuǎn)角不是太大，是該裝置的速度為V1m/s。另有上述太陽能電池板的結(jié)構(gòu)可計算得其參數(shù)。

40、電池板的總長L1=14703=4410mm電池板的總寬L2=6803=2040mm根據(jù)設(shè)計的參數(shù)可知，由設(shè)計軟件算出M框45.5Kg 加上電池板自身的重量，由此可得電動機所要帶動的電池框架的總的重量為MMM板M框 45.5108 153.5 160KG由此可得 F板Mg 16010 1600N P板 F板V1000 （16001）1000 1.6KW 則電動機的工作傳動功率為P電 P電P板總 1.60.7275 2.199KW3.4.2確定電動機的轉(zhuǎn)速1) 傳動裝置的傳動比的確定：查機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書書中表9.2得各級齒輪傳動比如下：i=1040理論總傳動比：i總i絲桿i（10 40）1.

41、2512.5 502) 電動機的轉(zhuǎn)速：渦輪軸的工作轉(zhuǎn)速：n1（601000V）D（6010001）（3.14272）70.25r/min則電機的轉(zhuǎn)速為nn電n1i即得n電n1i總 70.25（12.5 50） 878.125 3512.5r/min所以電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為：n電878.125 3512.5r/min根據(jù)上面所算得的原動機的功率與轉(zhuǎn)速范圍，符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有1000 r/min和1500 r/min兩種。綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、質(zhì)量及價格等因素，為使傳動裝置結(jié)構(gòu)緊湊，決定選用同步轉(zhuǎn)速為1000 r/min的電動機。其主要功能表如下：電動機型號額定功率kW滿載轉(zhuǎn)速/

42、r/min起動轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩Y112M-62.29402.02.23.5齒輪轉(zhuǎn)動計算3.5.1材料選擇齒圈及齒輪的材料選用滲碳鋼，熱處理為滲碳淬火。3.5.2尺寸計算初選模數(shù)m=4mm,中心距a=510，轉(zhuǎn)動比i=32。一般齒輪齒數(shù)Z1=25，分度圓螺旋角=8到15度 。初選齒輪齒數(shù)Z1=27，分度圓螺旋角=10度，則齒輪齒數(shù)Z2=iZ1=2725=675。分度圓直徑： 小齒輪直徑 ， 取d1=100mm。大齒輪直徑 ，取d2=990mm。 式（3.1）取齒寬系數(shù)=1.2b=1.2100=120取大齒輪寬度b2=10,小齒輪寬度b1=120。齒頂高 式（3.2）齒根高 式（3

43、.3）齒高 式（3.4）3.5.3校核計算查文獻28表12.9得使用系數(shù)KA1.35。 查文獻28 圖12.9得動載系數(shù)KV=1.1。 查文獻28表12.10得齒間載荷分配系數(shù)KHa 。 式（3.5）式中-圓周力； -端面重合度； -重合度系數(shù)。載荷系數(shù)K 式（3.6）查文獻28表12.12得彈性系數(shù)189.8。查文獻28圖12.16得節(jié)點區(qū)域系數(shù)2.5 。查文獻28表12.14得接觸最小安全系數(shù)為1.25。 總工作時間Th=103602=7200h。應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 式（3.7）原估計應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。 式(3.8)接觸壽命系數(shù)ZN:查文獻28圖12.18得 =1.2 ， =1.3 。 許用接觸

44、應(yīng)力 式(3.9)驗算許用接觸應(yīng)力 式(3.10) 計算結(jié)果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整。3.5.4 齒根彎曲疲勞強度驗算重合度系數(shù) 齒間載荷分配系數(shù) 式(3.11)則齒向載荷分布系數(shù) =1.3載荷系數(shù)K 式(3.12)齒型系數(shù) YFa:查文獻28圖12.21得：應(yīng)力修正系數(shù)Ysa:查文獻28圖12.22得：彎曲疲勞極限:查文獻28圖12.23c 得1=600MPa ,2=450MPa 。 查文獻28表12.14得彎曲最小安全系數(shù)SFlim1=1.6 。 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 式(3.13) 原估計應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。彎曲壽命系數(shù)尺寸系數(shù):查文獻28圖12.25 =1.0 。 許用彎曲應(yīng)

45、力 式(3.14)驗算許用彎曲應(yīng)力 式(3.15)齒根彎曲疲勞強度驗算滿足。3.6絲桿螺母轉(zhuǎn)動計算3.6.1材料選擇絲桿及可動螺母的材料選用滲碳鋼，熱處理為滲碳淬火。3.6.2尺寸計算 設(shè)計滾珠絲杠副時，已知條件是：工作載荷F(N)或平均工作載荷F。(N)，使用壽命Lh(h)，絲杠的工作長度(或螺母的有效行程)L(m)，絲杠的轉(zhuǎn)速n(平均轉(zhuǎn)速nm或最大轉(zhuǎn)速n)(rmin)，以及滾道硬度HRC和運轉(zhuǎn)情況。設(shè)計步驟及方法如下：1)計算載荷F。(N)的計算Fc=KFKHKAFM (22) 式中，KF為載荷系數(shù)；KH為硬度系數(shù)；KA為精度系數(shù)；FM為平均工作載荷。各項參數(shù)按表22選取。絲桿螺母傳動負責(zé)

46、電池板垂直方向的運動。電池板架的重量為150kg。所以F=1.2*1*1*150*1.6=288N。表選取外徑為35mm的絲桿螺母副。4）驗算傳動效率、剛度及工作平穩(wěn)性是否滿足要求，不能滿足要求的禁忌使用，應(yīng)另選其他規(guī)格并需重新驗算。3.7鍵聯(lián)接計算3.7.1主軸與大齒輪的鍵聯(lián)接選用普通圓頭鍵聯(lián)接。取直徑d=100mm 則鍵的截面尺寸為：b=20mm,高h=12mm,鍵長L=120mm。鍵的接觸長度鍵的材料選用45鋼，則聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩 式(3.36)所以滿足要求。3.7.2 小軸與齒圈的鍵聯(lián)接選用普通圓頭鍵聯(lián)接。取真徑d=89mm ，則鍵的截面尺寸為：b=12mm,高h=10mm,鍵長l=

47、92mm。鍵的接觸長度鍵的材料選用45鋼，則聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩 式(3.37)所以滿足要求。3.7.3 步進電機8輸出軸與小齒輪的聯(lián)接選用花鍵聯(lián)接。材料選用45鋼，齒面經(jīng)過熱處理則。 聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩 式(3.38)所以滿足要求。3.7.4 步進電機4輸出軸與絲桿2的聯(lián)接選用花鍵聯(lián)接。材料選用45鋼，齒面經(jīng)過熱處理。聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩 式(3.39)所以滿足要求。3.8抗風(fēng)性分析3.8.1底座上螺釘校核危險截面面積 式(3.40)螺釘應(yīng)力副 式(3.41)選擇螺釘?shù)男阅艿燃?.6級 則 式(3.42)螺釘疲勞極限 式(3.43)極限應(yīng)力幅 式(3.44)許用應(yīng)力幅 所以螺釘強度滿足條件。4自

48、動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計4.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)包括光電轉(zhuǎn)換器、步進電機、89C51系列單片機以及相應(yīng)的外圍電路等。太陽能電池板有兩個自由度?？刂茩C構(gòu)將分別對水平方向與垂直方向進行調(diào)整。單片機加電復(fù)位后，垂直方向?qū)⑻幱谛D(zhuǎn)狀態(tài)，單片機將對采樣進來的電壓信號進行判斷，電壓有增大和減小兩種可能，如電壓增大，則讓電池板繼續(xù)轉(zhuǎn)動，一旦電壓減小，單片機將立即發(fā)出信號，讓電機反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電池板對太陽的跟蹤。傳感器光電轉(zhuǎn)換步進電機驅(qū)動器單片機電源圖4-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)4.2光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器接收太陽光，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，單片機根據(jù)采集來的信號進行分析比較，得出結(jié)果最終控制步進電動機的轉(zhuǎn)動與轉(zhuǎn)向來達到太陽能電池面板始

49、終垂直于入射光線，從而達到最高效率的利用太陽能。本設(shè)計的光敏器件選為光敏電阻。利用光敏電阻在光照時阻值發(fā)生變化的原理，將兩個完全相同的光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向邊沿處的下方。如果太陽光垂直照射太陽能電池板時，兩個光敏電阻接收到的光強度相同，所以它們的阻值相同，此時電動機不轉(zhuǎn)動。當(dāng)太陽光方向與電池板垂直方向有夾角時，接收光強多的光敏電阻阻值減少，驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，直至兩個光敏電阻上的光照強度相同，稱為光敏電阻光強比較法。其優(yōu)點在于控制較精確且電路比較容易實現(xiàn)。4.2.1光電轉(zhuǎn)換電路下圖中光電轉(zhuǎn)換電路是其中的一組，另一組電路與此相同。當(dāng)陽光正對太陽能板時，光敏電阻R1、R2都是高電阻， A

50、、B兩點電壓相等。四運放LM124的輸出的電壓相同，單片機收到的信號差為零，所以單片機不控制電動機轉(zhuǎn)動。若陽光發(fā)生傾斜，使Rl被陽光射中呈低電阻，則A點電位比B點高。運算放大器U2A的作用是一個電壓跟隨器，起緩沖、隔離、提高帶載能力的作用，保持采樣信號的穩(wěn)定。U3A是減法器，其輸出為A與B的電壓差值。因為A與B的電壓差值可正可負，而單片機的輸入端不能為負的電壓值，所以U3A正的輸入端接了個偏置電壓電路，使U3的輸出始終為正值。圖4-2光電轉(zhuǎn)換電路4.3單片機及其外圍電路4.3.1 AT89C51單片機控制部件選擇ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C5l型單片機。AT89C5l是一種低功耗、高性能的8

51、位單片機29，片內(nèi)帶有4KB的Flash可編程可擦除只讀存貯器，它采用CMOS工藝和高密度非易失性存貯器技術(shù)，而且引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容。片內(nèi)的Flash存貯器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存貯器編程器來編程。AT89C5l是一種功能強、靈活性高且價格合理的單片機，可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。一、結(jié)構(gòu)框圖AT89C5l的結(jié)構(gòu)框圖如圖4-3所示。它具有如下的主要特征30:4KB可改編程序的Flash存貯器(可擦寫1000次)；全靜態(tài)工作頻率: 24MHz；三級程序存貯器保密；128字節(jié)內(nèi)部RMA；32條可編程I/O線；2個16位定時器/計數(shù)器；6個中斷源；可編程全雙工串行通

52、道；片內(nèi)時鐘震蕩器 。圖4-3單片機結(jié)構(gòu)框圖AT89C5是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計的，其工作頻率可下降到OHz，并提供兩種可用軟件選擇的省電方式，即空閑方式和掉電方式。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時器/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，只保持內(nèi)部RAM的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止。二、AT89C51的引腳31：AT8C951引腳采用雙列直插式封裝(DIP)或方形封裝。雙列直插式封裝的如圖所示，共有40個引腳，下面將對這些引腳進行說明。圖4-4 AT89C51的引腳1.主電源引腳(1)Vcc:電源端。(2)GND:

53、接地端。2.外接晶體引腳XTAL1和XTAL2：(1)XTAL1:接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩信號源時，該引腳接收外部振蕩源的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。(2)XTAL2:接外部晶體的另一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩信號源源時，此引腳應(yīng)懸浮不連接。3 控制或與其它電源復(fù)位引腳RTS。RST：復(fù)位輸入端。當(dāng)振蕩器運行時，在該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。在對Flash存貯器編程期間，該引腳也用于施加編程語序電源。4.輸入/輸出引腳P0.0-P0.7、Pl.O

54、-P1.7、P2.0-P2.7 、P3.0-P3.7。(1)P0端口(PO.0-PO.7):P0是一個8位漏極開路型雙向I/0端口。作為輸入口用時，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動8位TTL輸入，對端口鎖存器寫“1”時，又可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)時，它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在對Flash編程時，PO端口接收指令字節(jié);而在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。(2)P1端口(P1.0-P1.7):P1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。Pl的輸出可驅(qū)動4個TTL輸入。作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些

55、被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在對Flash編程和程序驗證期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。(3)P2端口(P2.0-P2.7):P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動(吸收或輸出電流方式)4個TTL輸入。對端口鎖存器寫“1”時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P2作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。4.3.2外圍電路電源管理部分電路。電源是電子設(shè)備的心臟部分，其質(zhì)量的好壞直接影響著電子設(shè)備的可靠性，而且電子設(shè)備的故障60%來自電源，因此作為電子設(shè)備的基礎(chǔ)元件，電源受到越來越多的重視。系

56、統(tǒng)電源設(shè)計是單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中的一項極其重要的工作，它對整個單片機系統(tǒng)能否正常運行起著至關(guān)重要的作用。電源設(shè)計應(yīng)該同時考慮功率、電平及抗干擾等問題。電源功率必須能滿足整個系統(tǒng)的需要。在系統(tǒng)電路中，除單片機系統(tǒng)需要+5V直流電源外，步進電機和驅(qū)動器還需要一個模擬電源12V。選用印刷線路板焊接式電源變壓器PKB05將220V交流電壓變換成正負12V的電壓。這種變壓器結(jié)構(gòu)緊湊、堅固、抗震、防潮、阻燃，外型美觀，使用方便，抗電強度高。它的初級是220V，50HZ/60Hz，次級既可以是單路輸出，也可以雙路輸出。由于這種變壓器變出的電壓仍是交流電壓，且又不十分準確和穩(wěn)定，所以再利用全橋整流，電容濾波電

57、壓穩(wěn)定后，分別用三端穩(wěn)壓電源模塊7812，7912，輸出正負12V。電路在7812和7912的輸入端分別接上0.33uF的CBB電容、2000uF/25V的電解電容和2.2uF的CBB電容、2000uF/25V的電解電容。CBB電容可以濾掉高頻干擾，電解電容組合可以濾掉低頻干擾。在輸出端接上104瓷片（0.1uF）電容，對輸出的+5V電源再次進行濾波，以得到干凈的電源。 圖4-5電源管理部分電路4.4驅(qū)動電路4.4.1驅(qū)動電路1. B L- 240 BL-240型驅(qū)動模塊1)適用電壓范圍寬 (12-40V)； 2)恒流斬波,雙極性全橋式驅(qū)動； 3)運行特性良好； 4)自動半流鎖定； 5)可靠性

58、高； 6)適配4A以下兩相和四相混合式步進電機技術(shù)數(shù)據(jù):1）輸入電壓: 12-40V 單電壓供電； 2)相電流:本模塊相電流可在0-4A之間調(diào)節(jié)； 3)驅(qū)動模式全橋驅(qū)動； 4)運行方式半步(0.9)； 5)運行特性:優(yōu)于原電機出廠指標； 6)保護方式:過熱保護,鎖定自動半流； 7)外形尺寸:126 mm73mm32mm； 8)重量300g； 9)運行環(huán)境:溫度-15-40 濕度90%。接線端子:(I/O PORTS)1)VCC:供電電源12-40V 注:切忌超過40V,以免損壞模塊； 2)GND:VCC對應(yīng)地線； 3)B； 4)A； 5)CP IN:時鐘脈沖輸入端，光藕輸入端，上升沿有效； 6

59、)CP IN:光藕輸入負端； 7)CW/CCW:電機運轉(zhuǎn)方向控制，光藕輸入端； 8)CW/CCW:光藕輸入負端； 9)FREE:脫機電平； 10)FREE:脫機電平。圖4-7 BL-240型驅(qū)動摸塊2.MT-2HB03M驅(qū)動器特點：雙極驅(qū)動； 驅(qū)動器工作電壓12-40 V； 驅(qū)動電流0.8-3.5 A；用戶可根據(jù)需要采用共陽極接法、共陰極接法或差分輸入接法。共陽極接法：分別將CP+，U/D+，F(xiàn)REE+連接到控制系統(tǒng)的電源上，如果此電源是+5V 則可直接接入，如果此電源大于+5V，則須外部另加限流電阻R，保證給驅(qū)動器內(nèi)部光藕提供8-15mA 的驅(qū)動電流。輸入信號通過CP-加入。此時，U/D-，F(xiàn)REE-在低電平時起作用。共陰極接法：分別將CP-，U/D-，F(xiàn)REE-連接到控制系統(tǒng)的地端（SGND，與電源地隔離），+5V 的輸入信號通過CP+加入。此時，U/D+，F(xiàn)REE+在高電平時起作用。限流電阻R 的要求與共陽極接法相同。差分輸入接法：分別將CP-，U/D-，F(xiàn)REE-接差分信號的負端、CP+，U/D+，F(xiàn)REE+接差分信號的正端。圖4-8 MT-2HB03M驅(qū)動器4.5系統(tǒng)的實現(xiàn)4.5.1光敏電阻光強比較法利用光敏電阻在光照時阻值發(fā)生變化的原理，將兩個完全相同的光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向邊沿處的下方。如果太陽