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1、本科学生毕业论文（设计）题目(中 文):基于51单片机的太阳跟踪器的设计(英 文):Design of solar tracker based on 51 single chip microcomputer姓 名 学 号2 院 （系）电子工程系专业、年级电子信息工程 9级指导教师 湖南科技学院本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全
2、意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业论文（设计）作者签名： 毕业论文（设计）任务书课题名称：基于51单片机的太阳跟踪器的设计学生姓名： 系 别：电子工程系专 业：电子信息工程指导教师： 湖南科技学院本科毕业论文（设计）任务书1、主题词、关键词： 太阳能；跟踪；光敏二极管；单片机；步进电机2、毕业论文（设计）内容要求：本系统研制的出发点是更加有效的利用太阳能。对太阳能的利用一般都是采用太阳能采集装置把太阳能量转化为其他类型的可用能源而加以利用，在本研究中，确定了使用太阳能电池板把太阳能量转化为电能。对太阳能进行电能转换的时候，由于太阳的位置是随着时间的变化而改变的，如果采用固定式的太阳能
3、接收装置，此装置的位置无法随太阳改变，只能在固定时段有效的吸收太阳能，在其他时段的吸收效率就十分低下，因此，要使太阳能的吸收效率提高，采用太阳跟踪系统对太阳进行实时跟踪是可行和有效的。在本课题中采用的是双轴跟踪的方法对太阳进行即时跟踪，使太阳能接收装置能够始终正对太阳，从而提高吸收效率。本系统的整体研发要求是经济、结构简单、性能可靠。根据本系统的整体要求，装置的各组成部分应该选用常用而且性价比与可靠性较高的构件，充分考虑其经济性.在结构设计中，要使系统机构尽量简洁，避免过于复杂和昂贵，要便于安装和维护。在控制部分的设计中，要考虑到系统的全天候性要求，选用耐用和抗干扰性强的执行元件，避免频繁发生
4、系统故障。本文所介绍的太阳跟踪装置采用了光电追踪方式，可实现大范围、高精度跟踪。论文的主要工作包括:(l)分析太阳运行规律，以及四季气候变化，提出合理的跟踪策略。 (2)分析传感器工作原理，分析该传感器大范围、高精度跟踪的可行性，还要设计光电转换电路。(3)选取控制芯片，分析系统的硬件需求，设计控制系统。(4)设计控制方案，步进电动机以及驱动电路。3、文献查阅指引：1）查阅相关专业书籍；2）通过百度和google查找相关资料；3) 从学校图书馆网页上中国期刊网，检索相应关键词，查找相关资料。4、毕业论文（设计）进度安排：1）2013年1月-2月：查找相关资料，进行软件仿真和实物制作；2）201
5、3年2月：写好开题报告，整理论文大概结构；3）2013年3月-4月：全面进行论文的写作；4）2013年5月：完成论文答辩。教研室意见： 负责人签名： 注：本任务书一式三份，由指导教师填写，经教研室审批后一份下达给学生，一份交指导教师，一份留系里存档。湖南科技学院本科毕业论文（设计）开题报告书论文（设计）题目基于51单片机的太阳跟踪器的设计作 者 姓 名王博闻所属系、专业、年级 电子工程系 电子信息工程专业 2009年级指导教师姓名、职称刘志壮 教授预计字数10000开题日期2012.12.15选题的根据：1）说明本选题的理论、实际意义2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解研究课题的意义
6、1.新环保能源长期以来，世界能源主要消耗的是诸如石油，煤炭等矿物燃料，而这些矿物却是不可再生资源，储量相对有限，并且随着经济发展矿物燃料日渐匮乏。并且矿物燃料燃烧时产生大量的二氧化碳，而后者正是造成全球变暖的罪魁祸首。正是由于矿物燃料的短缺以及对气候的不良影响，各国加大力度开发新能源。基于当今世界能源问题和环境保护问题已成为全球的一个“人类面临的最大威胁”的严重问题，本设计的目的是为了能够最大化的利用太阳能、提高其利用率，而进行太阳跟踪器的设计研究，对于解决人类所面临的能源问题有极大的意义。并且由于太阳能清洁无污染，加强太阳能的开发，对节约能源、保护环境也有重大的意义。2.提高太阳能的利用率尽
7、管太阳能作为能源有着诸多的优点，但由于其缺点所导致的利用率低下。虽然研究出一系列的太阳能装置如太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能电池等等，但总体而言对于太阳能的利用还是远远不够的。就目前已开发的太阳能装置而言，如何最大限度的提高太阳能的利用率，已经成为国内外专家的研究重点。想要解决这一问题无非有两个方面，一是提高太阳能装置的能量转换效率，二是提高太阳能的接收效率，前者属于能量转换领域，想要大幅提高转换效率就现在的技术而言还有一定的难度，而后者则可以利用现有的技术解决，并且其提升空间巨大。太阳跟踪器为解决这一问题提供了可能。太阳跟踪器的国内外研究现状在太阳能跟踪方面，我国在1997年研制了单轴太
8、阳跟踪器，完成了东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，接收器的接收效率提高了。1998年美国加州成功的研究了ATM两轴跟踪器，并在太阳能面板上装有集中阳光的透镜，这样可以使小块的太阳能面板硅收集更多的能量，使效率进一步提高。2002年2月美国亚利桑那大学推出了新型太阳能跟踪装置，该装置利用控制电机完成跟踪，采用铝型材框架结构，结构紧凑，重量轻，大大拓宽了跟踪器的应用领域。在国内近年来有不少专家学者也相继开展了这方面的研究，1992年推出了太阳灶自动跟踪系统，1994年太阳能杂志介绍的单轴液压自动跟踪器，完成了单向跟踪。目前，太阳追踪系统中实现追踪太阳的方法很多，但是不外乎采用如下两种方
9、式：一种是光电追踪方式，另一种是根据视日运动轨迹追踪；前者是闭环的随机系统，后者是开环的程控系统9。主要内容：本系统研制的出发点是更加有效的利用太阳能。对太阳能的利用一般都是采用太阳能采集装置把太阳能量转化为其他类型的可用能源而加以利用，在本研究中，确定了使用太阳能电池板把太阳能量转化为电能。对太阳能进行电能转换的时候，由于太阳的位置是随着时间的变化而改变的，如果采用固定式的太阳能接收装置，此装置的位置无法随太阳改变，只能在固定时段有效的吸收太阳能，在其他时段的吸收效率就十分低下，因此，要使太阳能的吸收效率提高，采用太阳跟踪系统对太阳进行实时跟踪是可行和有效的。在本课题中采用的是双轴跟踪的方法
10、对太阳进行即时跟踪，使太阳能接收装置能够始终正对太阳，从而提高吸收效率。本系统的整体研发要求是经济、结构简单、性能可靠。根据本系统的整体要求，装置的各组成部分应该选用常用而且性价比与可靠性较高的构件，充分考虑其经济性.在结构设计中，要使系统机构尽量简洁，避免过于复杂和昂贵，要便于安装和维护。在控制部分的设计中，要考虑到系统的全天候性要求，选用耐用和抗干扰性强的执行元件，避免频繁发生系统故障。设计要求如下：1.系统能根据天气条件进行选择性工作，晴天自动跟踪，阴天或黑夜停止跟踪，避免电能消耗。2.晴天时系统能保证太阳能电池板与太阳光垂直。充分吸收光能。3.系统设计的硬件部分和软件部分能够无故障、准
11、确、合理地运行。4.为了减少电能过多消耗，系统每十分钟跟踪一次太阳光，误差不超过3度。研究方法：1. 理论研究法。利用所学的理论知识进行理论推导研究并通过比较多种方案后对本系统进行电路设计。2. 仿真法。利用protues进行电路原理仿真，调试，进而得到理论验证。3. 实验法。根据理论知识进行实物制作，通过硬件调试和试验分析等手法，根据试验数据进行误差分析和装置的改进，知道达到预期目标。完成期限和采取的主要措施：1、完成期限：（1）2013.2 收集、整理资料、书籍、文献；（2）2013.3 整理资料，撰写论文，定好初稿；（3）2013.4 程序编写；（4）2013.5 仿真测试及调试；（5）
12、2013.5 修改，测试，定稿，装订，答辩，2.主要措施 （1）通过有效途径查阅相关文献资料，引证参考已有的研究成果，确定论文研究主题。 （2）与指导老师和同学进行多层次多方面的交流探讨，提炼观点，吸收建议。主要参考资料：1李申生太阳能北京人民教育出版社M，1988:12-14.2王炳忠太阳能未来能源之星高教出版社M，1990:20-21.3 a b Philibert, Cdric (2005). The Present and Future use of Solar Thermal Energy as a Primary Source of Energy. IEA. Archived fr
13、om the original onM 2011-12-12.4 练亚纯太阳能的利用北京人民出版社M，1975:24-25. 5言惠太阳能21世纪的能源J上海大中型电机，2004，(04):16-18.6戴闻太阳能利用前景光明J物理，2003，(08):9-14.7郭廷玮太阳能的利用M科学技术文献出版社，1984:31-33.8张明.德国太阳能发电最多的国家R广西电力建设科技信息,2004，(04):51-52.9胡赛纯，汤青云.太阳能利用现状与趋势J.湖南城建高等专科学校学报;2003年01期10徐机玲，蔡玉高太阳能利用新突破J瞭望，2004，(39):28-30.11 James F. C
14、ox. Fundamentals of linear electronics: integrated and discrete. Cengage Learning. M， 91. 26 June 2001 20 August 2011.12李广弟等.单片机基础M.北京航空航天出版社,2001.13Donald Knuth.The Art of Computer ProgrammingThird Edition (Reading, Massachusetts: Addison-Wesley, 1997), M指导教师意见： 指导教师签名： 教研室意见：签 名： 年 月 日开 题 报 告 会 纪
15、要时间 2012.12.25地点三教106与会人员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）陈泽顺副教授刘志壮教授张文昭副教授徐晓副教授刘爱林副教授周玲讲师会议记录摘要：1 简述本论文的研究意义？众所周知，近些年矿物能源的短缺日益严重，并且矿物能源燃烧后产生的二氧化碳是造成温室效应的罪魁祸首。各国正在竭力控制碳排放。而太阳能作为能源则具有取之不尽，用之不竭，环保无污染等优点。然而由于太阳运动以及气候变化等因素，太阳能的利用效率十分低下，这也严重限制了太阳能的发展。而太阳跟踪器则可以较好地解决这个问题，通过提高太阳能的接收效率从而达到提高太阳能的利用率这一效果。2 论文拟采用什么传感
16、器检测太阳方位？采用的是8个光敏二极管会议主持人：记 录 人：年 月 日指导小组意见负责人签名： 年 月 日系部 意 见负责人签名：年月日注：此表由学生本人填写，一式三份，一份留系里存档，指导老师和本人各保存一份湖南科技学院毕业论文（设计）中期检查表毕业论文（设计）题 目基于51单片机的太阳跟踪器的设计学生姓名王博闻学 号200906002105系 别电子工程系专 业电子信息工程指导教师刘志壮检查日期2013-4-10指导教师检查情况记载及修改意见：签名： 注：此表用于指导教师在学生毕业论文（设计）初稿完成后对学生执行任务书情况进行中期检查时用，由指导教师填写。湖南科技学院毕业设计（论文）指导
17、过程记录表毕业论文(设计)题目基于51单片机的太阳跟踪器的设计学生姓名王博闻学号200906002105专业班级电子技术电信0901指导教师刘志壮职称教授系（教研室）电子工程系指导过程记录指导内容记录(一)查找资料及讨论选题。学 生 签 名： 201 年 月 日 指导教师签名： 201 年 月 日指导内容记录(二)确定标题，下达设计任务书。学 生 签 名： 201 年 月 日 指导教师签名： 201 年 月 日指导内容记录（三)设计可行性分析及开题报告的写作。学 生 签 名： 201 年 月 日 指导教师签名： 201 年 月 日指导内容记录(四)论文的构思及基本框架。学 生 签 名： 201
18、 年 月 日 指导教师签名： 201 年 月 日指导过程记录指导内容记录(五)设计中的硬件开发方案程序设计思路的讨论。学 生 签 名： 201 年 月 日 指导教师签名： 201 年 月 日指导内容记录(六)中期检查，内容及结构的合理性。学 生 签 名： 201 年 月 日 指导教师签名： 201 年 月 日指导内容记录(七)论文内容修改。学 生 签 名： 201 年 月 日 指导教师签名： 201 年 月 日指导内容记录(八)论文格式修改学 生 签 名： 201 年 月 日 指导教师签名： 201 年 月 日答辩小组组长意见(对情况是否属实做出意见)组长(签名)： 201 年 月 日注：本表
19、与毕业论文一起装订存档。湖南科技学院本科毕业论文（设计）评审表论文题目基于51单片机的太阳跟踪器设计作者姓名王博闻所属系、专业、年级电子工程 系 电子信息工程 专业 2009年级指导教师姓名、职称刘志壮 教授字 数10000定稿日期中文摘 要随着石油煤炭资源的消耗与短缺。人类寻找其他替代能源的脚步正在加剧。而太阳能则具有无污染、可再生、储量大等优点，且分布范围广，具有非常广阔的发展前景。然而太阳能利用效率较低，这一问题一直影响和阻碍着太阳能技术的普及和发展。太阳能自动跟踪系统的设计为解决这技术难题提供了新方法，从而能够用大大提高了太阳能的利用率。本设计采用光电跟踪法，借助步进电机双轴驱动，使用
20、光电传感器来探测入射光线的强弱变化从而产生反馈信号后传入到微机处理器。微机处理器运行程序，通过对跟踪模块进行垂直水平两个自由度的控制，从而控制太阳能电池板的角度实现对太阳光的持续跟踪。从实验结果来看本太阳能自动跟踪器基本可以满足设计需求，能够持续的跟踪太阳光，并且可以做到在晴天情况下自动运行，阴天关机，各个模块电路也都运行正常，但受限于个人水平跟踪精度有待提高。关键词（3-5个）太阳能；跟踪；光敏二极管；单片机；步进电机英文摘要 With the depletion of oil resources and shortage of coal. Mans search for alternati
21、ve sources of energy is increasing the pace. Solar energy, has the advantages of no pollution, renewable, large reserves, and wide distribution, has very broad prospects for development. However, the solar energy utilization efficiency is low, impact and this issue has been hindering the popularizat
22、ion of solar energy technology. The design of solar automatic tracking system provides a new method for solving this technical problem, thereby greatly improving the utilization of solar energy. This design adopts the photoelectric tracking method, with the help of the stepper motor dual-axis drive,
23、 photoelectric sensor is used to detect the variation of intensity of incident light and generates a feedback signal transmitted into the computer processor. The microcomputer processor to run the program, through the control of vertical and horizontal two degrees of freedom for tracking module, so
24、as to control the angle of solar panels to achieve continuous tracking of the sun.From the experimental results the solar automatic tracker can basically meet the design requirements, continue to track the sun, and can run automatically on a sunny day, cloudy shutdown condition, each module circuits
25、 are operating normally, but restricted to individual level tracking accuracy needs to be improved.关键词(3-5个)Solar energy；Tracking；Photosensitive diode ；SCM；Stepping motor指导教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分指导教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和
26、社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体
27、现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 指导教师评审意见： 指导教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。评阅教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分评阅教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、
28、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验
29、仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 评阅教师评审意见： 评阅教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，6
30、0分以下记为不及格。湖南科技学院本科毕业论文（设计）答辩记录表论文题目基于51单片机的太阳跟踪器设计作者姓名王博闻所属系、专业、年级电子工程系 电子信息工程专业 2009年级指导教师姓名、职称刘志壮 教授答 辩 会 纪 要时间2013年5 月 18日地点三教707答辩小组成员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）陈泽顺副教授刘志壮教授张文昭副教授徐晓副教授刘爱林副教授周玲讲师答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录：问题一：你所使用的传感器是？答： 8个光敏二极管问题二：传感器布局分布的原因？ 答:最大限度的使跟踪系统精确工作，采用东西南北各分布两个传感器会议主持人：记 录 人
31、：年 月 日答辩小组意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年 月 日系学位委员会意见评语：论文（设计）最终评定等级：负责人（签名）： 系部（公章） 年月 日校学位委员会意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年月 日目 录1绪论22 系统总体设计6 2.1系统总体设计要求6 2.2 系统总体设计分析73 硬件电路设计7 3.1 光电转换电路设计7 3.2 AD转换模块电路设计.10 3.3 电机驱动电路设计.11 3.4 系统硬件电路及机械部分设计.134 系统的软件设计174.1程序算法的简单介绍174.2系统软件程序设计174.3软件调用子程序205结论21参考文献22致谢.23基于51
32、单片机的太阳跟踪器设计摘要随着石油煤炭资源的消耗与短缺。人类寻找其他替代能源的脚步正在加剧。而太阳能则具有无污染、可再生、储量大等优点，且分布范围广，具有非常广阔的发展前景。然而太阳能利用效率较低，这一问题一直影响和阻碍着太阳能技术的普及和发展。太阳能自动跟踪系统的设计为解决这技术难题提供了新方法，从而能够用大大提高了太阳能的利用率。本设计采用光电跟踪法，借助步进电机双轴驱动，使用光电传感器来探测入射光线的强弱变化从而产生反馈信号后传入到微机处理器。微机处理器运行程序，通过对跟踪模块进行垂直水平两个自由度的控制，从而控制太阳能电池板的角度来实现对太阳光的持续跟踪。从实验结果来看本太阳能自动跟踪
33、器基本可以满足设计需求，能够持续的跟踪太阳光，并且可以做到在晴天情况下自动运行，阴天关机，各个模块电路也都运行正常，但受限于个人水平跟踪精度有待提高。【关键词】： 太阳能；跟踪；光敏二极管；单片机；步进电机Design of solar tracker based on 51 single chip microcomputerAbstract With the depletion of oil resources and shortage of coal. Human search in the footsteps of other alternative energy is intensif
34、ying. Solar energy, has the advantages of no pollution, renewable, large reserves, and wide distribution, has very broad prospects for development. However, the solar energy utilization efficiency is low, impact and this issue has been hindering the popularization of solar energy technology. The des
35、ign of solar automatic tracking system provides a new method for solving this technical problem, thereby greatly improving the utilization of solar energy. This design adopts the photoelectric tracking method, with the help of the stepper motor dual-axis drive, photoelectric sensor is used to detect
36、 the variation of intensity of incident light and generates a feedback signal transmitted into the computer processor. The microcomputer processor to run the program, through the control of vertical and horizontal two degrees of freedom for tracking module, so as to control the angle of solar panels
37、 to achieve continuous tracking of the sun.From the experimental results the solar automatic tracker can basically meet the design requirements, continue to track the sun, and can run automatically on a sunny day, cloudy shutdown condition, each module circuits are operating normally, but restricted
38、 to individual level tracking accuracy needs to be improved.【Key words】: Solar energy；Tracking；Photosensitive diode ；SCM；Stepping motor1绪论1.1研究的背景和意义1.1.1能源现状及发展众所周之，人类进入21世纪发展的快车道，而能源是人类发展的根本动力。同时，能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。当前，包括我国在内的绝大多数国家都以石油、天然气和煤炭等矿物燃料为主要能源。随着矿物燃料的日渐枯竭和全球环境的不断恶化，很多国家都在认真探索能源多样化的途径，积极开
39、展新能源和可再生能源的研究开发工作。虽然在可预见的将来，煤炭、石油、天然气等矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水力能、生物能等可持续能源资源的利用日益重视，在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。据统计，20世纪90年代，全球煤炭及石油的发电量增长率为每年l%，而太阳能发电增长率高达20%，风力发电的年增长率更达26%。预计在未来510年内，可持续能源将能够与矿物燃料相抗衡，从而结束矿物燃料一统天下的局面。相对于日益枯竭的化石能源来说，太阳能似乎是未来社会能源的希望所在。而太阳能具有其他能源不具备的优势1,2。1.1.2我国太阳能资源太阳能主要指实际端使用的太阳辐射。然而，所有的可再生能源，地热和潮汐以外，来自太阳的能量来源。太阳能技术的广
