《太陽能逐光系統(tǒng)設(shè)計(jì)》9600字（論文）

太陽能逐光系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u1562[摘要] 1276261緒論 3144611.1研究背景 3254511.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3206361.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 380101.2.2國外研究現(xiàn)狀 340771.3研究內(nèi)容 424792太陽能逐光方案的選擇 4215942.1方案選擇 4152832.2跟蹤系統(tǒng) 487142.3跟蹤方式 56533太陽能逐光系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 5113563.1太陽能逐光系統(tǒng)目標(biāo) 5315183.2太陽能逐光系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 5245064逐光發(fā)電系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6242984.1光敏電阻的光敏檢測模塊設(shè)計(jì) 6151694.2單片機(jī)系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 7137534.3供能電路模塊設(shè)計(jì) 8674.4通電復(fù)位電路模塊設(shè)計(jì) 9311044.5模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì) 10120734.6步進(jìn)電機(jī)模塊設(shè)計(jì) 11261714.6.1步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動方法 11174914.6.2步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路 11158314.7控制模塊 12319554.8狀態(tài)顯示電路 13185484.9光伏發(fā)電設(shè)備 14272034.9.1發(fā)電系統(tǒng) 14234094.9.2儲能系統(tǒng) 1456354.9.3自供電系統(tǒng) 15179605逐光發(fā)電系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16142365.1逐光系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16146615.2模數(shù)轉(zhuǎn)換軟件的設(shè)計(jì) 1797575.3狀態(tài)顯示軟件設(shè)計(jì) 18153236硬件電路系統(tǒng)的調(diào)試 19157286.1硬件電路的實(shí)現(xiàn) 19102976.2硬件電路整體運(yùn)行 19126596.2.1逐光系統(tǒng)搭建運(yùn)行 19124016.2.2發(fā)電系統(tǒng)搭建運(yùn)行 19156546.3基于逐光系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備整體運(yùn)行 20114957總結(jié)與展望 2017204參考文獻(xiàn) 21[摘要]:傳統(tǒng)化石能源的使用會給環(huán)境造成損害。發(fā)展并利用太陽光伏能源發(fā)電方可保證人類未來的能源需求。但太陽能自身是一種非集中式、隨著季節(jié)與氣候所變化的能源。目前主要是以太陽能光伏板進(jìn)行太陽能轉(zhuǎn)換為電能的。而太陽是會跟隨時間流逝而產(chǎn)生移動，當(dāng)太陽垂射角度偏移太陽能光伏板后，太陽能轉(zhuǎn)換為電能效率便會降低。本設(shè)計(jì)采用了光敏電阻對光強(qiáng)度的感知原理制作出光敏檢測模塊檢測太陽光方位，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊技術(shù)將采集太陽光信息轉(zhuǎn)變?yōu)镾TC89C52單片機(jī)可識別的數(shù)字信息，再由單片機(jī)發(fā)出指令驅(qū)動雙軸系統(tǒng)進(jìn)行逐光，實(shí)現(xiàn)了太陽能光伏板在白晝時期一直處在太陽垂射角下，從而大大的提高了太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率。[關(guān)鍵詞]:逐光；單片機(jī)；太陽能；步進(jìn)電機(jī)緒論研究背景太陽能作為環(huán)保能源的一種，有多種利用方式：光-熱轉(zhuǎn)換，利用太陽能給水進(jìn)行加熱供家庭洗澡，光-電轉(zhuǎn)換，使用太陽能光伏電池板作為光能量轉(zhuǎn)化為電能的媒介，把太陽能轉(zhuǎn)換為電能REF_Ref32201\w\h[1]。我國領(lǐng)土面積廣闊，太陽能資源也是龐大無比的，由多年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)推導(dǎo)得知我國每年的太陽能接收量能匹敵1.7*104億t標(biāo)準(zhǔn)煤的能量供應(yīng)REF_Ref32364\w\h[2]。如此之多的太陽能資源足以使得太陽能光伏產(chǎn)業(yè)帶來較多的就業(yè)資源。據(jù)外媒光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)可得知安裝每兆瓦光伏系統(tǒng)創(chuàng)造大約33個就業(yè)崗位，光伏發(fā)電產(chǎn)品的批發(fā)和間接供應(yīng)可提供3-4個就業(yè)崗位，研究領(lǐng)域提供1-2個就業(yè)機(jī)會REF_Ref32625\w\h[3]。通過如此之多的數(shù)據(jù)便可以了解到光伏產(chǎn)業(yè)的設(shè)備生產(chǎn)過程、安裝過程、研究過程、設(shè)備維護(hù)過程、設(shè)備運(yùn)行過程等等可以給社會提供大量的就業(yè)崗位。并且整個光伏發(fā)電行業(yè)所帶來的發(fā)電效益能有效地緩解當(dāng)下的化石能源枯竭問題與污染問題等等。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國在太陽能技術(shù)上也投入大量研究，二十世紀(jì)九十年代，國家氣象局計(jì)量站研制了一種可以太陽能全自動的跟蹤設(shè)備，二十世紀(jì)九十年代初，針對于太陽能輻射方面的研究，制作出一款實(shí)時跟蹤型的太陽灶；本世紀(jì)初，中國科學(xué)院的科學(xué)家們通過測量分析每天的太陽運(yùn)動軌跡，以太陽運(yùn)動軌跡為基礎(chǔ)，制作出兩維程控太陽跟蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)太陽能視日運(yùn)動跟蹤REF_Ref981\w\h[4]。在碳中和與能源危機(jī)的到來，太陽能發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，國家大力發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)，出臺多項(xiàng)相關(guān)激勵政策刺激光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶動了很大部分光伏發(fā)電公司的積極性，使得其產(chǎn)業(yè)技術(shù)愈發(fā)成熟，產(chǎn)能逐年升高REF_Ref1193\w\h[5]。環(huán)保能源發(fā)電技術(shù)也得到快速發(fā)展。國外研究現(xiàn)狀美國作為最先提出太陽能跟蹤的國家，20世紀(jì)末期，美國便研發(fā)出了第一臺單軸跟蹤設(shè)備，至此之后更是為了改善單軸跟蹤的局限性，在單軸跟蹤的基礎(chǔ)上研發(fā)出了雙軸跟蹤系統(tǒng)，而采用雙軸跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)能更是提高了35%的效率REF_Ref1268\w\h[6]。近年以來太陽能發(fā)電作為新增發(fā)電主體，全球新增太陽能裝機(jī)容量達(dá)98GW，太陽能發(fā)電吸引了全球1608億美元的投資，已經(jīng)超越任何全球發(fā)電的總和REF_Ref1379\w\h[7]。研究內(nèi)容太陽能作為一種新型的環(huán)保能源，在碳中和的時代，得到政策支持大力發(fā)展，但是太陽能在利用時，由于自身的分布不均以及環(huán)境氣候等客觀因素影響，導(dǎo)致在采用太陽能發(fā)電時段，太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效果微乎其微。本設(shè)計(jì)所研討的方向便是如何高效率的使用太陽能。主要內(nèi)容包括：調(diào)查太陽時段的變化，選擇逐光方式；了解光敏傳感器功能，設(shè)計(jì)光敏檢測模塊；確定所需要達(dá)成的目的，合理選擇硬件，設(shè)計(jì)逐光系統(tǒng)；軟件設(shè)計(jì)與實(shí)物焊接。太陽能逐光方案的選擇方案選擇本設(shè)計(jì)之初，考慮到節(jié)約成本，并且能實(shí)現(xiàn)其主要功能，便以采用太陽能單軸追蹤系統(tǒng)進(jìn)行搭建仿真電路圖軟件編寫與實(shí)物焊接，當(dāng)搭建好仿真電路與完成軟件編寫后，將程序?qū)懭敕抡婧蟀l(fā)現(xiàn)，由于太陽能單軸追蹤系統(tǒng)只是采用了一個步進(jìn)電機(jī)用與逐光，功能得以實(shí)現(xiàn)但是其逐光效果差強(qiáng)人意。而后對太陽能跟蹤系統(tǒng)與跟蹤方式進(jìn)行相關(guān)的資料查找考量對比，最終確定采用光電式雙軸追蹤的方案進(jìn)行方案設(shè)計(jì)與電路搭建。跟蹤系統(tǒng)由于單軸跟蹤只能在部分時間段內(nèi)提高太陽能轉(zhuǎn)換為電能效率，故雙軸跟蹤系統(tǒng)則是在單軸跟蹤的基礎(chǔ)上改良而來；所謂的雙軸跟蹤，顧名思義便是采用兩個轉(zhuǎn)動軸帶動太陽能光伏板進(jìn)行太陽光跟蹤，其原理是將垂直單軸跟蹤基礎(chǔ)上加入水平單軸跟蹤，當(dāng)太陽光變化時，同時完成水平方向轉(zhuǎn)動與垂直方向轉(zhuǎn)動，近乎于720°無死角跟蹤，當(dāng)太陽升起便可以將太陽能光伏板調(diào)動到朝陽直射角直至日落，由此原理可知雙軸跟蹤系統(tǒng)在白晝時皆可使太陽能光伏板調(diào)動至太陽直射角。相對于單軸跟蹤系統(tǒng)，雙軸跟蹤系統(tǒng)極大的提高了太陽能轉(zhuǎn)換為電能效率。跟蹤方式光電式跟蹤是利用太陽光作為反饋信號，屬于控制系統(tǒng)里的閉環(huán)控制方法，其原理是采用光敏傳感器，例如光敏電阻，由數(shù)個光敏電阻共同組成光敏檢測模塊，當(dāng)太陽光移動時，光敏檢測模塊會由于光照的強(qiáng)度的改變而導(dǎo)致自身的內(nèi)阻增加，內(nèi)阻增加會導(dǎo)致自身電壓降低，而后電壓信號會傳入信號處理系統(tǒng)判斷太陽移動的方向，隨之調(diào)動步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行太陽光自動跟蹤，完成逐光的這一過程。太陽能逐光系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述太陽能逐光系統(tǒng)目標(biāo)太陽能雖然儲量十分龐大，但自身是一種分散式的能量，具有不規(guī)則分布的特點(diǎn)，正是太陽能的不規(guī)則分布，導(dǎo)致普通的太陽能設(shè)備太陽能轉(zhuǎn)換為電能效率不足，而發(fā)高效轉(zhuǎn)換能量。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為信息處理中心單元，設(shè)計(jì)一個，當(dāng)太陽隨時間產(chǎn)生移動時，采集太陽變化信息隨即作出逐光動作，使得太陽光直射在太陽能光伏發(fā)電板上，最高效的進(jìn)行太陽能轉(zhuǎn)換為電能的同時，進(jìn)行電能儲存。系統(tǒng)運(yùn)行能耗可從系統(tǒng)產(chǎn)能中供給，無需借用外部能量。在節(jié)約系統(tǒng)成本的情況下，更準(zhǔn)確的完成逐光動作并提高太陽能轉(zhuǎn)換為電能效率。太陽能逐光系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)主要由太陽能轉(zhuǎn)換為電能單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、單片機(jī)智能單元、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單元、按鍵電路控制單元等組成。將每個單元依據(jù)特性與功能互相結(jié)合聯(lián)通并構(gòu)建加以剖析。硬件電路：由光電檢測模塊檢測光照變化，輸送至單片機(jī)信息處理單元，單片機(jī)信息處理單元判斷后發(fā)出指令驅(qū)動由水平軸步進(jìn)電機(jī)與垂直軸步進(jìn)電機(jī)組成的雙軸系統(tǒng)同時工作調(diào)整方向，使得太陽能光伏板移動到相關(guān)位置。軟件電路：使用單片機(jī)作為信息處理單元，通過模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，進(jìn)行信息采樣，傳輸至單片機(jī)從而驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)動作。圖3.2系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)逐光發(fā)電系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)光敏電阻的光敏檢測模塊設(shè)計(jì)光敏電阻，光敏電阻是屬于一種特殊的電阻器，其制造材質(zhì)是硫化鎘或者硒化鎘此類的半導(dǎo)體材料REF_Ref666\r\h[8]。原理是在光敏電阻上方引腳與下方引腳同時加上電壓時，測試光敏電阻在受到光照射時，可以看出在太陽光直接照射在光敏電阻上的時候，電流最大；當(dāng)太陽光慢慢離開光敏電阻時，光敏電阻的電流也會慢慢減小。從此現(xiàn)象也可以得出光敏電阻在光照強(qiáng)烈時，自身的阻值會在此條件下減小，而在光照不明顯時，自身的阻值會明顯增大。清楚原理之后，便可以知道如何采用光敏電阻組成光敏傳感器了，在太陽光伏板上方下方左側(cè)右側(cè)分別安裝一個光敏電阻，通過四個方向的光敏電阻同時檢測太陽光，如若某一方位的光照強(qiáng)度降低，那么該方位光敏電阻內(nèi)阻會增加，流過它本身的電流便會降低，而后將電流變化傳輸至信息處理單元，通過此條件便能感知太陽光方位的變化。圖4.1光敏檢測模塊單片機(jī)系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)STC89C52單片機(jī)是STC公司的一類低功耗高性能的CMOS八位微控制器具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核,但做了很多的改進(jìn),使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能REF_Ref1490\r\h[9]。系統(tǒng)原理圖連接：RXTX分別連接晶振兩端；IN1、IN2、IN3、IN4、IN5、IN6、IN7、IN8作為一組上拉電阻，IN1、IN2、IN3、IN4、IN5、IN6、IN7、IN8線路連接到驅(qū)動電路；SDA線路是與PCF8591的I2C總線的數(shù)據(jù)線相連，SCL線路是與PCF8591的I2C總線的時鐘線相連；LED1是手動顯示燈，當(dāng)系統(tǒng)處于手動狀態(tài)時會被點(diǎn)亮，LED2是自動顯示燈，當(dāng)系統(tǒng)處于自動時會被點(diǎn)亮；Z1、Z2、Z3、Z4、Z5作為五個按鈕的線路，Z1是與手動自動切換按鈕相連，Z2、Z3、Z4、Z5分別與上下左右四個按鈕相連。圖4.2單片機(jī)模塊供能電路模塊設(shè)計(jì)M1是作為電源接口，是5V電源線接入端，當(dāng)5V電源線通入后，按下電源開關(guān)K1，若是電源導(dǎo)通，則電源指示燈D1點(diǎn)亮證明已正常接通電源，若是電源無法導(dǎo)通，電源指示燈D1沒有電源通過，是無法點(diǎn)亮的，當(dāng)無法點(diǎn)亮則說明沒有正常接通電源。而電容則是起濾波的作用，電容對于直流電相當(dāng)與一個不導(dǎo)通的線路，而對于交流電卻是如同一根導(dǎo)線，通過這個原理，便可以將直流電里的雜波交流電部分通過濾波的方式篩選出來，而電容也是一種可以進(jìn)行充放電的元器件，電容吸收的交流電會通過放電的形式回到電源，此時便只剩下沒有雜波的直流電源了，如此一來便能給系統(tǒng)提供穩(wěn)定且可靠的電源。圖4.3供能電路模塊通電復(fù)位電路模塊設(shè)計(jì)所謂復(fù)位，便是將系統(tǒng)恢復(fù)到最初的或者剛剛開始的狀態(tài)，單片機(jī)的復(fù)位亦是如此，本系統(tǒng)是是采用通電復(fù)位的方式給單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位的，需要復(fù)位時便是將單片機(jī)里面的寄存系統(tǒng)與存儲系統(tǒng)寫入開發(fā)公司設(shè)定好的數(shù)據(jù)。其復(fù)位電路則是將單片機(jī)第九腳連接上一個電阻與一個電容，給系統(tǒng)接入二十四個脈沖的震蕩周期的高電平，如此進(jìn)行復(fù)位。表4.4通電復(fù)位電路模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)光電檢測模塊是采用四個光敏電阻組成的,當(dāng)光敏電阻的光照條件改變時,自身的內(nèi)阻也會隨之而變化,而電流大小是固定的,所以光照改變時我們所得到的數(shù)據(jù)是四個光敏電阻兩端電壓的大小,所以必須采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器,把純模擬的信號直接轉(zhuǎn)換輸出為純數(shù)字信號,然后再將模擬數(shù)據(jù)直接送入單片機(jī)信號分析處理控制單元以實(shí)現(xiàn)高速可靠高精度的信號分析數(shù)據(jù)處理。模數(shù)轉(zhuǎn)換完了之后,送出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)為二位數(shù)?？紤]到本系統(tǒng)的可靠性,從而選取PCF8591芯片用于模數(shù)轉(zhuǎn)換,該芯片特有I2C總線端八位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片或八位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。而只需要兩條線路,一條位時鐘線SCL另一條位數(shù)據(jù)線SDA便能同中央處理器(centralprocessingunit)進(jìn)行通信,其自身的特點(diǎn)為讀出數(shù)據(jù)和寫入數(shù)據(jù)較為便利,其中設(shè)計(jì)相對簡單且利于保養(yǎng),還能向外部延申構(gòu)建,穩(wěn)定且靠譜等等。該芯片只需單側(cè)電壓便可以運(yùn)行，而單側(cè)電壓是只有一個正極的電壓，該芯片運(yùn)行時無需負(fù)極電壓的，所以只需要單側(cè)電壓便可以運(yùn)行了。而數(shù)據(jù)送入芯片則是會進(jìn)行依次比對的，并且內(nèi)部還帶有數(shù)據(jù)抽樣保持電路，是用互補(bǔ)氧化物工藝制成的有，四路八個位模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入，一路八個位的數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出，最大轉(zhuǎn)化速度大概是十一千赫茲。AIN0、AIN1、AIN2、AIN3四個腳是作為模擬數(shù)據(jù)寫入的的，而SCLSDA是與中央處理器(centralprocessingunit)進(jìn)行通信的，A0至A2是用于外部單獨(dú)編程的，當(dāng)不需要外部單獨(dú)編程時，給這三個引腳接地就可以了。圖4.5模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊步進(jìn)電機(jī)模塊設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動方法本設(shè)計(jì)采用四相序八節(jié)拍式步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)動作與停止都是跟脈沖信號相關(guān)，而且不同于普通電動機(jī)，采用脈沖信號進(jìn)行控制的步進(jìn)電機(jī)精度相對來說更高，更便于操控，通常多使用于高精度控制領(lǐng)域。步進(jìn)電機(jī)工作電壓在直流五伏至十二伏之間，上電工作方式有多種，以下用1、2、3、4分別表示相序A、D、C、D簡述；四拍式單相上電工作方式（1-2-3-4-1）；四拍式雙相上電工作方式（12-23-34-41-12）；八拍式上電工作方式（1-12-2-23-3-34-4-41-1）。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路步進(jìn)電機(jī)是不能采用電源直接驅(qū)動的，需要配上驅(qū)動系統(tǒng)才可以進(jìn)行動作。驅(qū)動系統(tǒng)經(jīng)過ULN2803形成了較為多的驅(qū)動線路,8個NPN達(dá)林頓晶體管,串聯(lián)在序列上十分的契合邏輯端口電平數(shù)字電路(以TTL,CMOS或PMOS上/NMOS)和頗高的電流頻率/輸出電壓,例如照明燈及另外相同的負(fù)載,有針對性的使用范圍:微處理機(jī),制造業(yè)應(yīng)用與消費(fèi)電子市場的應(yīng)用。都是采用集電極輸出控制和鉗位二極管控制。該標(biāo)準(zhǔn)是一個專為符合規(guī)范TTL。該型集成電路必須是正向相反的方向輸出電路形態(tài),即輸入端發(fā)送一個低的電平電壓,輸出端才能通電工作。在輸入端寫入一個為1的電平時，便會在輸出端寫出一個為0的電平。輸入端寫入一個為0的電平時，便會在輸出端寫出一個為1的電平。由于該電路時反向?qū)ㄐ?，故給步進(jìn)電機(jī)端引腳連接上高電平而單片機(jī)端連接低電平，便可以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)動作。圖4.6電機(jī)驅(qū)動電路控制模塊按鍵開關(guān)全都連接到地，當(dāng)按鍵按下時，單片機(jī)就會接收到為0的電平，此時單片機(jī)便會執(zhí)行相應(yīng)的程序部分。其中Q2是手動調(diào)整逐光狀態(tài)與自動逐光逐光狀態(tài)的切換按鍵，系統(tǒng)一經(jīng)通電，便會處于自動逐光狀態(tài)。當(dāng)需要進(jìn)行調(diào)試時，可以按下切換按鍵Q2，切換為手動逐光狀態(tài)。而Q3是代表手動逐光狀態(tài)的上轉(zhuǎn)；Q4代表手動逐光狀態(tài)的下轉(zhuǎn)；Q5代表手動逐光狀態(tài)的左轉(zhuǎn)；Q6代表手動逐光狀態(tài)的右轉(zhuǎn)。這五個按鍵便是逐光系統(tǒng)的控制單元電路。圖4.7控制模塊電路狀態(tài)顯示電路系統(tǒng)在剛剛接通電源時，便會處于自動逐光狀態(tài)，此時代表自動逐光狀態(tài)下的狀態(tài)燈LED1便會被點(diǎn)亮，說明目前是自動逐光狀態(tài)。而按下切換按鍵Q2后，代表手動逐光狀態(tài)下的狀態(tài)燈LED2便會被點(diǎn)亮，說明此時是手動逐光狀態(tài)。在按下切換按鍵Q2時，系統(tǒng)又會切換回自動逐光狀態(tài)。圖4.8狀態(tài)顯示電路光伏發(fā)電設(shè)備發(fā)電系統(tǒng)本系統(tǒng)采取五伏太陽能光伏板作為發(fā)電的設(shè)備。是將太陽能電池片一一的分割為小部分，通過所想要達(dá)到的工作電壓或者工作電流在將每個小部分的太陽能電池片進(jìn)行組裝并密封好。這類制造工藝在于制造價格低廉，生產(chǎn)效率提高，并且更能應(yīng)對惡劣環(huán)境等等。光能轉(zhuǎn)換為電能原理是太陽光打在光伏板上時，太陽光便會被吸收，而有足夠多的光便會產(chǎn)生電子與空穴對，他們互相流動便會產(chǎn)生電流，從而達(dá)到太陽能轉(zhuǎn)換為電能的要求。儲能系統(tǒng)太陽能光伏板正負(fù)極輸出端連接到蓄電池充電模塊管理系統(tǒng)，當(dāng)進(jìn)行太陽能轉(zhuǎn)換為電能時，電流會輸送到蓄電池充電模塊管理系統(tǒng)，而蓄電池充電模塊管理系統(tǒng)輸出端連接到儲能系統(tǒng)，當(dāng)太陽能光伏板進(jìn)行太陽能轉(zhuǎn)換為電能產(chǎn)生電流時，蓄電池充電模塊管理系統(tǒng)便會檢測到電流，同時檢測儲能系統(tǒng)溫度高低，過高或者過低時，不支持充能，當(dāng)溫度處在正常范圍時，便會給儲能系統(tǒng)充能。圖4.9.1儲能系統(tǒng)自供電系統(tǒng)由于儲能系統(tǒng)電壓只能到達(dá)三點(diǎn)七伏，所以需要將儲能系統(tǒng)電壓輸出端連接到升壓電源穩(wěn)壓系統(tǒng)，升壓電源穩(wěn)壓系統(tǒng)輸入電壓為二點(diǎn)六至五點(diǎn)五伏，升壓電源穩(wěn)壓系統(tǒng)輸出電壓為五伏，輸入電流為零至三安，輸出電流為零至二安，正常工作溫度在負(fù)四十?dāng)z氏度至八十五攝氏度之間，具有電流過大自動斷開保護(hù)、溫度過高斷開保護(hù)等等。三點(diǎn)六伏時便會點(diǎn)亮紅燈。采用升壓電源穩(wěn)壓系統(tǒng)是儲能系統(tǒng)電壓達(dá)不到設(shè)備運(yùn)行電壓而進(jìn)行一個升壓的過程，將電壓從三點(diǎn)七伏提升至五伏以便達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行電壓能夠支撐系統(tǒng)正常工作。使用過程是將USB充電線電源輸入端插入自供電系統(tǒng)的USB充電口，USB充電線輸出端插入電源模塊的電源接口端，便可以使用系統(tǒng)的儲能系統(tǒng)給設(shè)備進(jìn)行工作電源供給。圖4.9.2自供電系統(tǒng)逐光發(fā)電系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)逐光系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)為了保證運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性系統(tǒng)采用單片機(jī)作為信息處理中心單元控制著整個設(shè)備的運(yùn)作。逐光系統(tǒng)主要是讀取光敏檢測模塊的電壓，從而發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行信息解析與命令。通過得到光敏檢測模塊的信息從而判斷垂直軸步進(jìn)電機(jī)與水平軸步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行順時針旋轉(zhuǎn)或者逆時針旋轉(zhuǎn)的工作。逐光系統(tǒng)采取準(zhǔn)確度為15，而SHANG、XIA、ZUO、YOU依次代表上方光敏電阻、下方光敏電阻、左側(cè)光敏電阻、右側(cè)光敏電阻電壓的值。光敏電阻，當(dāng)光敏電阻被太陽照射時，自身的阻值便會降低，而太陽光慢慢的偏離光敏電阻時，電阻值便會隨著太陽光的偏離從而慢慢的增大。當(dāng)電流固定時，光敏電阻自身的阻值的大小便會決定電壓的大小。而逐光系統(tǒng)依據(jù)程序設(shè)定采取的準(zhǔn)確值十五，在自動逐光狀態(tài)下，當(dāng)左側(cè)檢測值高于右側(cè)檢測值異或者左側(cè)檢測值減右側(cè)檢測值的值達(dá)到或者高于十五，垂直軸步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動工作。反之便是垂直軸步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動工作。而當(dāng)下方檢測值高于上方檢測值異或者下方檢測值減上方檢測值達(dá)到或者高于十五，水平軸步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動工作，反之則是水平軸步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動工作。在手動調(diào)整狀態(tài)時，按下右轉(zhuǎn)按鍵后垂直軸步進(jìn)電機(jī)便會正向轉(zhuǎn)動工作；按下左轉(zhuǎn)按鍵后垂直軸步進(jìn)電機(jī)便會反向轉(zhuǎn)動工作；按下下轉(zhuǎn)按鍵后水平軸步進(jìn)電機(jī)便會正向轉(zhuǎn)動工作；按下上轉(zhuǎn)按鍵后水平軸步進(jìn)電機(jī)便會反向轉(zhuǎn)動工作。下面畫出主程序軟件執(zhí)行圖以便理解，逐光軟件程序詳細(xì)情況可查看附錄。圖5.1.1自動逐光狀態(tài)圖5.1.2手動調(diào)整狀態(tài)模數(shù)轉(zhuǎn)換軟件的設(shè)計(jì)模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量是本系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，通過模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量模塊將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并進(jìn)行抽樣對比后發(fā)給單片機(jī)中心信息處理單元，從而輸送出數(shù)字脈沖數(shù)據(jù)從而操縱步進(jìn)電機(jī)順時針動作與逆時針動作。而PCF8591芯片里面自帶抽樣保持系統(tǒng)。并且在數(shù)據(jù)寫入過程與數(shù)據(jù)讀出過程各通過一次抽樣保持系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)量抽樣保持，防止在轉(zhuǎn)換過程中數(shù)據(jù)的丟失使得數(shù)據(jù)寫入時與數(shù)據(jù)讀出時二者不一形成的錯誤。芯片的AIN0、AIN1、AIN2、AIN3四個腳是作為模擬數(shù)據(jù)寫入的。通過上方光敏電阻、下方光敏電阻、左側(cè)光敏電阻、右側(cè)光敏電阻分別得到光伏板上方、下方、左側(cè)、右側(cè)的電壓大小由這四個引腳寫入到芯片內(nèi)部。而信息讀出是采用SCLSDA是與中央處理器(centralprocessingunit)進(jìn)行通信。寫入單片機(jī)中心信息處理單位。下面畫出模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量軟件執(zhí)行圖以便理解，模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量程序詳細(xì)情況可查看附錄。圖5.2模數(shù)轉(zhuǎn)換執(zhí)行圖狀態(tài)顯示軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)在接通電源后，程序是會默許處于自動逐光狀態(tài)的，此時給自動逐光狀態(tài)燈LED1輸出的是一個為1的電平，從而該燈會被點(diǎn)亮。當(dāng)按下切換按鍵后，系統(tǒng)便會切換到手動控制的狀態(tài)，自動逐光狀態(tài)LED1便會得到一個為0的電平，而手動控制狀態(tài)LED2便會得到一個為1的電平。從而該燈會被點(diǎn)亮。下面畫出狀態(tài)顯示軟件執(zhí)行圖以便理解狀體顯示程序詳細(xì)情況可查看附錄。圖5.3狀態(tài)顯示執(zhí)行圖硬件電路系統(tǒng)的調(diào)試硬件電路的實(shí)現(xiàn)通過系統(tǒng)仿真圖原理圖的構(gòu)建從而確定光敏檢測單元、單片機(jī)單元、電源單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、按鍵控制單元、光伏發(fā)電單元、驅(qū)動電路單元等等所需要達(dá)到的功能，進(jìn)行元器件材料購買，通過電烙鐵分別將各個模塊依次排序焊接在洞洞板上，完成各個模塊的焊接固定后，再觀察系統(tǒng)仿真原理圖接線圖，進(jìn)行合理的電路線路連接并焊接，從而完成實(shí)物焊接。硬件電路整體運(yùn)行逐光系統(tǒng)搭建運(yùn)行給基于逐光原理的光伏發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)通入電源，按下電源開關(guān)，寫入軟件程序后，基于逐光原理的光伏發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)默許處于自動逐光狀態(tài)，自動逐光狀態(tài)燈點(diǎn)亮。當(dāng)由太陽光照射時，系統(tǒng)利用光電檢測模塊進(jìn)行太陽光照強(qiáng)度檢測，當(dāng)某一方向的太陽光照強(qiáng)度降低時，光敏傳感器由于光照強(qiáng)度降低后，自身內(nèi)阻便會增加，而內(nèi)阻增加后，電壓便會減小，通過這一個過程檢測到光照強(qiáng)度的改變，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行四個方向的光照強(qiáng)度收集并抽樣，抽樣后經(jīng)過對比，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳導(dǎo)至單片機(jī)信息處理單元，單片機(jī)接收到光照強(qiáng)度改變的信號后做出判斷，發(fā)出指令到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片模塊，利用驅(qū)動芯片模塊驅(qū)動水平軸步進(jìn)電機(jī)動作與垂直軸步進(jìn)電機(jī)動作，通過垂直軸步進(jìn)電機(jī)與水平軸步進(jìn)電機(jī)組成的雙軸系統(tǒng)，進(jìn)行水平軸方向與垂直軸方向雙方向逐光的過程。發(fā)電系統(tǒng)搭建運(yùn)行采用五伏太陽能光伏板進(jìn)行太陽能轉(zhuǎn)換為電能，而太陽能光伏板的輸出端連接到充電管理模塊的輸入端，當(dāng)充電管理模塊檢測足以滿足儲能系統(tǒng)充電的電壓輸入時，充電狀態(tài)指示燈便會被點(diǎn)亮，再通過蓄電池充電模塊管理芯片對產(chǎn)出的電能進(jìn)行一個處理后將電能輸送至儲能系統(tǒng)進(jìn)行儲存。由于儲能系統(tǒng)儲能最高電壓為三點(diǎn)七伏，不足以達(dá)到設(shè)備運(yùn)行所需要的電壓，所以便將儲能系統(tǒng)輸出端連接至USB升壓電源穩(wěn)壓模塊，通過升壓穩(wěn)壓模塊將儲能系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定后再升壓，電壓升到五伏后給系統(tǒng)進(jìn)行一個供電的過程?；谥鸸庀到y(tǒng)的發(fā)電設(shè)備整體運(yùn)行將逐光系統(tǒng)與發(fā)電系統(tǒng)組合搭建構(gòu)成。當(dāng)給設(shè)備通入五伏電源或者連接到系統(tǒng)供能USB輸出口后，按下啟動按鈕，電源顯示燈亮起，顯示電源以連接，而系統(tǒng)默認(rèn)處于自動追光狀態(tài)，自動狀態(tài)燈亮起，當(dāng)光照強(qiáng)度改變時，水平軸步進(jìn)電機(jī)動作與垂直軸步進(jìn)電機(jī)動作，兩個步進(jìn)電機(jī)組成的雙軸系統(tǒng)便會工作，將太陽能光伏板移動一定方位與角度，將太陽能光伏板放在太陽光直射處，當(dāng)檢測到該處太陽光照強(qiáng)度最強(qiáng)時，便會停止動作。按下手/自切換按鍵，按下右轉(zhuǎn)按鍵后垂直軸步進(jìn)電機(jī)便會正向轉(zhuǎn)動；按下左轉(zhuǎn)按鍵后垂直軸步進(jìn)電機(jī)便會反向轉(zhuǎn)動；按下下轉(zhuǎn)按鍵后水平軸步進(jìn)電機(jī)便會正向轉(zhuǎn)動；按下上轉(zhuǎn)按鍵后水平軸步進(jìn)電機(jī)便會反向轉(zhuǎn)動。而太陽能光伏板光能轉(zhuǎn)換得到的電能通入到蓄電池充電模塊管理芯片，滿足充電電壓，充電狀態(tài)顯示燈便會亮起，顯示儲能系統(tǒng)正在進(jìn)行充能，而USB升壓電源穩(wěn)壓模塊檢測到儲能系統(tǒng)電壓達(dá)到三點(diǎn)六伏,電壓顯示燈便會亮起，通過將電壓穩(wěn)壓升壓為五伏給進(jìn)行供電的過程?？偨Y(jié)與展望采用單片機(jī)作為信息處理單元進(jìn)行軟件方面與硬件方面的開發(fā)，通過對多種逐光方式的仿真，了解到太陽能單軸追光系統(tǒng)已不能高效率的提高太陽能轉(zhuǎn)換為電能效率，從而將太陽能單軸追光系統(tǒng)從方案中剔除。進(jìn)行多方面的資料查找與考究，了解光電式太陽能跟蹤與視日運(yùn)動軌跡太陽能跟蹤兩種太陽能跟蹤技術(shù)利與弊，最終選擇了光電式跟蹤作為本系統(tǒng)的逐光方式，通過在軟件仿真、程序編寫、硬件電路如何合理搭建這些過程中發(fā)現(xiàn)將三者結(jié)合完成所需要達(dá)到的功能如此之難，開發(fā)過程中一邊找出錯誤，一邊完善錯誤，最終經(jīng)過多次調(diào)試運(yùn)行基本完成基于逐光原理的光伏發(fā)電設(shè)備所需要的功能。系統(tǒng)雖說各個方面都較能滿足了設(shè)計(jì)的所需的功能，但是在一些方面卻是欠缺的，如果能加以設(shè)計(jì)添加顯示系統(tǒng)，那么更能表達(dá)出當(dāng)下太陽所在的位置，以及系統(tǒng)在某一時間段所發(fā)出的電，儲能系統(tǒng)的儲能情況等等。在