基于单片机的太阳能追光的设计与实现-设计说明书

编号:

CP-51-2021-041-LW

设计摘要:

现代工业持续发展,现有能源将入不敷出,造成的大气污染问题也日渐显现,而太阳能具有的清洁型、无限性等诸多优点正是解决这些现状的一剂良药。我国具有丰富的太阳能资源并且广泛的分布在我们国家的各个区域,这是我们得天独厚的优势,以此为契机,结合太阳能路灯现状,便提出了追光太阳能路灯的想法。首先,本文介绍了追光太阳能路灯的背景、优势并且对现今国内外关于太阳能板自动追光、光伏发电的发展现状进行了简单的说明与比较,提出了本文研究的目的和任务。其次,本文对太阳能及相关技术作了相应说明。接着又对本设计的总体设计框架以及完成这个设计的相应核心原理进行说明。然后对自动追光模块、过充保护模块、显示电路模块以及最基础的单片机部分展开介绍。最后进行了系统的软件分析及系统调试,并完成了追光太阳能路灯的设计。并对其优缺点进行了合理的分析也对其未来进行了展望。

关键词:太阳能路灯;自动追光;单片机

字数:12000+

实物链接:

基于单片机的太阳能追光的设计与实现-实物设计

仿真链接:

基于单片机的太阳能追光的设计与实现-仿真设计

开题报告链接:

基于单片机的太阳能自动追光系统-开题报告

内容预览:

目 录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 论文的章节安排

2 系统总体设计

2.1 系统设计概述

2.2 追光系统的研究

2.2.1 太阳运动轨迹研究

2.2.2 自动追光设计

2.3 蓄电池调控方案

2.4 系统设计方案

2.5 本章小结

3 系统硬件设计

3.1 单片机介绍

3.1.1 单片机的选取

3.1.2 STC89C52单片机简介

3.2 太阳能板介绍

3.3 显示模块介绍

3.4 电机介绍

3.5 太阳能充电电路设计

3.6 电压比较电路设计

3.7 本章小结

4 系统软件设计

4.1 整体设计思路介绍

4.2 系统主程序设计

4.3 数模转换子程序设计

4.4 液晶显示子程序设计

4.5 中断服务子程序设计

4.6 本章小结

5 系统调试与实现

5.1 硬件调试

5.2 软件调试

5.3 本章小结

6 总结展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

1 绪论

1.1 课题背景

随着现代工业的发展,能源的使用已经供不应求,能源的消耗量几乎每十年就要翻一倍,在2019年南方电网能源发展研究院发布的《中国能源供需报告》显示,2018年我国能源消费总量为46.4亿吨标准煤,占全球一次能源消费总量的23.6%,连续十年居全球第一位。到了21世纪的今天,能源的供给就更加入不敷出。在社会进步和经济发展的时代背景下,能源已经是不可或缺的一部分,寻找一个能够适应发展的新能源是现在亟待解决的重要问题。在强调绿色发展的理念下,新能源不仅需要满足干净安全,不会污染环境、破坏生态自然,还需储量丰富、可以长期供给。无疑太阳能便是当前最好的选择,而我国具有很大的地理位置优势,太阳能资源丰富并且广泛的分布在我们国家的各个区域,这是我们得天独厚的优势,因此我们需要抓住契机,将太阳能的作用发挥到最大,这对我国的现有的能源不足、持续发展、环境污染等多个方面的改进有着深远的意义。

在我们现代生活中,路灯已然成为了随处可见的必要公共设施,也是一个城市很重要的一个标志。在提高城市形象、促进社会经济发展、维护社会和谐稳定等多个方面都起了很大的作用。但是随着科技不断发展,近几年来路灯照明的规模也越来越大,它的输电线路也越来越长,消耗成本也随之越来越多,特别是一些偏僻地方的路灯,供电源头距之甚远,使之成为了耗能大户。除此之外,安装一个普通照明路灯,线路布局、配电设备等等都需要在路面开沟,铺设管道等操作,这一系列操作不仅系统工作量大,并且也不利于日常维护。如果某条线路出现故障就会大面积返工,而且线路复杂,需要及其高昂的成本[1]

为了解决上诉的一些弊端,太阳能路灯便应运而生。但是现在的太阳能路灯也存在一些弊端,例如现在的太阳能路灯,太阳能板都是固定的,不能使光电转化效率达到最高,生活中大多数太阳能路灯都是处于熄灭的状态,现在的太阳能路灯依然满足不了现代路灯照明的管理需求。

基于以上分析,提出了基于单片机的追光太阳能路灯,运用学过的相关专业知识,在现有的太阳能路灯的基础上,增加自动追光装置,它能够随着太阳光的强度自动调整太阳能板的位置,以此来解决目前路灯耗能量大和光电转化效率低下的问题。

1.2 研究的目的和意义

本研究是在现有的太阳能路灯的基础上增加自动追光装置,设计出基于单片机的追光太阳能路灯,它能够随着太阳光的强度自动调整太阳能板的位置。

太阳能作为一种取之不尽的清洁能源,是人类现如今发展需要引申出来的重大研究课题,无论是从科研还是商业角度来讲,充分提高太阳能的利用率都是亟待解决的重要问题,本研究旨在响应绿色发展理念,充分利用太阳能、提高路灯的光电转换效率,这对当今人类所面临的污染、能源问题具有重大的意义,也对当前智慧城市的发展具有重大的意义。根据实验得知,在光伏发电系统中,根据控制变量法,固定设备的发电效率远不如自动追光设备的发电效率。如图1所示香港大学两位教授的研究成果,展示了固定设备所吸收的光照强度和自动追光设备所吸收的光照强度的差异。

图1固定设备吸收光照强度与自动追光系统所吸收光照强度的对比

从图1可以算出:是否对太阳能进行追踪,能量的接收率相差37.1%[2]

1.3 国内外研究现状

在一些发达地区,关于太阳能发电的技术很早就已经在研究了,在这些发达国家经常可以看见公路路灯使用的是太阳能板为路灯提供电能,这种想法不仅已经应用到了公路上,一些城市的马路上也采用了利用太阳能发电为路灯赋能的方式,随着技术不断成熟以及太阳能自身的优势,太阳能和照明技术的结合也被广泛引用到了各种行业,在国外德国是第一个推广太阳能应用的国家之一,并颁布了一系列政策鼓励大家使用太阳能,还有像法国、日本、澳大利亚等一些国家也都大力鼓励国民使用太阳能,这些政策都极大的推广了太阳能发电技术,也使之快速的扩展到各个领域,在1997年美国研制出了首个太阳能追踪系统,可以实现一个方向的自动追光,使太阳能的利用率提高了15%,2006年Acciona 公司建立了最大的太阳能发电站,并且使用了400多个太阳能自动追踪装置,这些装置可以使太阳能板时刻跟踪太阳,与固定的太阳能发电装置相比较,这种追光装置使能源利用率提高了35%[3]

与国外的这些发达国家相比,我国关于太阳能相关产业的起步稍晚,但通过不断学习以及创新,我国关于太阳能发电的技术也日益成熟,这也带动了我国有关太阳能产业的发展,近年来我们国家也相继的出台了很多政策,投入了大量的资金对太阳能发电产业进行扶持,使得太阳能发电成本得到了持续的降低,但按照现在的情况来看虽然我们国家已加大了对太阳能发电产业的重视以及扶持,但由于起步较晚和国外一些国家仍然具有一定的差距。目前,在技术方面,我国广泛使用的太阳跟踪系统被分为电磁,重力,电。这些都属于光电跟踪模式下的跟踪系统。前端感光传感器由感光元件构成。在不同的照明条件下产生不同的差分信号。这些信号由伺服电路控制,太阳光接收装置调整角度,并将跟踪装置朝向太阳完成跟踪。这种光电跟踪灵敏度高,结构简单,并且可以简单地制造[4]

随着物联网技术的发展,为了降低成本、提高路灯工作时间,我们需要将自动追光系统应用到太阳能路灯上,这样可以大大的提高光电转换效率,更加充分的利用太阳能,使太阳能路灯具有更加高效、环保、工作时间长等诸多优点,也正是因为它可以带来这些优点,追光太阳能路灯的市场前景非常好,应该受到重视和关注。

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