编号：
M22001-03M-LW
设计摘要：
太阳能是一种可再生能源，其使用对环境影响较小。通过提高太阳能发电系统的效率，可以减少对传统能源的需求，降低温室气体排放，促进可持续发展。太阳能发电系统的效率受到太阳光的照射角度影响，传统的太阳能电池板通常安装在固定的位置，但太阳的位置会随时间和地点的变化而改变，在不追踪太阳光的情况下，太阳能发电系统的效率可能会因光照角度而变化。随着科技的发展和成本的降低，自动追踪系统的实现变得更加可行和经济，这促使人们对太阳能自动追光技术进行更多研究和应用。通过实现自动追踪太阳光的运动，能够保持太阳能电池板始终朝向太阳，从而最大化能源收集效率，提高发电量。考虑到多重供电方式，本设计一共提供了两种系统供电方式，一是：通过太阳能板转化电能供电，二是：太阳能板通过充电模块给电池供电，后期可以通过电池给系统供电。综上，该设计的自动追光系统能够最大程度地利用太阳能资源，提高了太阳能板的能源产量，降低了能源成本。同时，其智能化控制和远程监控功能也有助于减少运营和维护成本。
关键词：单片机；追光系统；太阳能
字数：11000+
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基于单片机的自动追光系统设计（32蓝牙+WIFI版）-实物设计
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 追光设备方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 光照强度检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 DS1302时钟模块
3.2.1 STM32F03C6T6单片机
3.3 液晶屏显示模块
3.4 光敏电阻器检测光照强度
4 系统程序设计
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 显示函数流程图
4.5 自动追光流程图
5 实物调试
5.1 四个方向光照强度检测实物测试
5.2 设置时间实物测试
5.3 不同模式追光实物测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2模式切换测试
6.3设置时间检测测试
6.4光照强度测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
随着太阳能的广泛利用，如何提高对太阳能的利用率，成为太阳能研究的焦点问题之一。在传统能源紧缺的今天，新能源和可再生能源的利用越来越受到各国政府的重视。其中，太阳能以其取之不尽、用之不竭、绿色环保的特点成为人们瞩目的焦点，太阳能的利用已经成为21世纪重大的研究课题之一。出于实际考虑，传统太阳能电池板通常被固定在一个固定的角度上，通常是与地平面平行或与地平面倾斜一定角度。这样的固定角度可能并不是太阳能辐射最佳接收角度，导致能量收集效率不高。在不同季节和时间段，太阳的位置和光照强度在不停地变化导致太阳能利用效率无法保证.固定角度无法最大程度地捕捉太阳辐射，这时系统可能会浪费了一部分可用的太阳能资源。因此近年来各国都在研究如何提高太阳能利用效率,经研究发现当光线与太阳能电池板垂直时,太阳的利用率最高[1]。
因此，太阳能自动追光系统的引入可以有效解决这些问题，提高太阳能利用效率，减少能源浪费，并实现智能化、自动化的能源收集系统。综上，本次设计的基于单片机的自动追光系统，主要通过在外围四个方位的光敏电阻获取光强的偏差，就可以判断出太阳光偏转的方向和偏差的大小，从而来实现根据输出电压的变化来自动追踪太阳光。
1.2 国内外研究现状
目前我国主要通过燃烧煤炭或者使用石油作为主要的燃料,使用这些作为燃料,不仅仅使得环境被污染,而且按照目前对煤炭的开采速度进行计算,我国的煤炭资源将在未来的80年内被开采完.而中国作为一个能源消耗大国,利用可再生的清洁能源是解决我国能源危机的可行方法之一.随着不可再生能源的大量消耗,在未来,不可再生能源将被损耗完,寻找可再生能源,成为我们地球上每个人的责任和义务,而太阳能作为清洁的可再生能源,一直是社会研究者对新能源的研究对象.为提高太阳能的利用率[2]。为了提高太阳能的发电效率,李攀，张宏诗（2021）设计了一款基于STM32的太阳能电池板追光控制系统.系统采用双轴跟踪方式和模糊 PID控制算法,实时地调整光伏电池阵的姿态,保证太阳能电池板随时与阳光入射角垂直,使电池板接收太阳辐射能量的效率最高.系统通过多传感器模块实时采集光强度,温度,风速,湿度等环境参数,根据季节,天气和风速等环境的气象状况,智能地切换到不同的跟踪模式,"智慧"地跟踪太阳方位,在大风天气等存在安全隐患的情况下,系统停止追踪[3]。
传统的太阳能板位置固定，无法充足获取光能。对此为了改善固定式安装的光伏组件发电受太阳高度角和方位角的变化导致太阳能利用效率低的问题,赵永鑫，黄韬等（2021）设计一款基于单片机的光伏追日系统,系统在硬件上由控制模块,信号采集模块,命令执行模块,光伏电池板以及电源组成,在软件上采用单片机控制技术,通过步进电机驱动太阳能电池板时刻正对太阳,以达到太阳能利用率最大化.经测试,基于单片机的光伏追日系统能够根据光照度自动调整转角,增加光伏电池板的转换效率,步进电机转速和系统修正精度符合设计预期[4]。
岳庆玲（2021）分析国内外现有太阳自动跟踪装置的控制方式,结合现有的跟踪装置的优缺点,提出本设计方案.本方案采用光电跟踪方式设计,其电路设计简单,制作成本低,抗干扰性强,精度较高,提高了太阳能的利用率,对缓解能源需求紧张和环境污染严重等方面的问题都有很重要研究意义[5]。
国外许多国家和地区在太阳能自动追光技术的研究和应用方面也取得了重要进展。一些太阳能发电场和大规模太阳能电站在美国、欧洲、澳大利亚等地采用自动追光技术，以提高能源产量并优化发电效率。同时，一些新兴市场和发展中国家也开始关注太阳能自动追光技术，将其纳入太阳能项目中，以推动可再生能源发展。在国内外，科技公司、能源企业和研究机构致力于改进太阳能自动追光系统的性能和可靠性。针对不同地区的日照条件和环境特点，一些系统开始采用更加智能化的控制策略，结合气象数据和预测算法，以提前预测太阳位置和光照强度，进一步优化追光效果。
Sarkar D N , Bagchi A , Mohanti S ,et al利用阳光与逆变器电路一起使用来产生太阳能。落在由硅材料组成的太阳能电池阵列上的阳光基本上是一种半导体。太阳能电池阵列在步进电机的帮助下，根据使用微控制器的时间延迟进行旋转。所使用的微控制器属于AVR系列微控制器。具有光子的光，激发半导体，打破半导体和电子的禁能隙，从帷幡到导带激发，导致电流流动。由于低功耗应用，该直流电源直接馈送到可充电电池，而无需使用充电控制器。然后将该电源供应到连接到负载的逆变器（直流到交流转换器）[6]。
一些应用包括借助太阳能电池板/热电发电机/基于Rakine循环的技术发电，水净化，农产品干燥机和制冷。太阳能是无污染的，它可以在太阳能泵和一些分配水的系统的帮助下用于灌溉。全球研究人员已经报告了许多基于太阳能的泵送系统。在这项工作中， Singh D B , Mahajan A , Devli D ,et al.在2021年已经提出了基于太阳能的泵送系统的综述，并根据这项研究，已经得出结论[7]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计以STM32F103单片机为核心控制器，加上其他的模块一起组成基于单片机的太阳能自动追光整个系统，其中包含中控部分、输入部分和输出部分。中控部分采用了STM32F103单片机，输入部分由：时钟模块、四位光敏电阻、独立按键、太阳能板、充电模块加电池组成，输出部分由：OLED显示屏、两个舵机组成。主要实现的功能如下：
1）DS1302是一款实时时钟（RTC）芯片，被广泛用于嵌入式系统和电子设备中，用于提供准确的时间和日期信息；
2）用四位光敏电阻采集光照强度，结合使用可以实现光照强度的数字化采集和处理；
3）根据四位光敏电阻检测四个方向的光照强度，通过光照强度差值，使用控制算法来计算舵机需要转动的角度，通过两个舵机带动太阳能板获取光能，继而转化为电能；
4）独立按键模块，由于切换自动、时间模式，修改时间等；
5）充电模块打开并连接上电池，在通过太阳能板供电给电池充电；
6）通过显示屏显示时间、电压和四个角度的光照强度值；
