光伏发电太阳跟踪装置实验综合报告精品

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审定成绩：

重 庆 邮 电 大 学 自 动 化 学 院

综合设计报告

设计题目：光伏发电太阳跟踪装置设计实验

单位（二级学院）： 自 动 化 学 院 专 业： 电气工程与自动化

目 录

一、课程设计任务…………………………………..………..2

二、SPWM逆变器的工作原理 …………………………….2

1.工作原理…………………………………………………3 2.控制方式…………………………………………………4 3.单片机电源与程序下载模块………………………………7 4.正弦脉宽调制的调制算法…………………………...……8 5.基于STC系列单片机的SPWM波形实现……………….11

三、总结……………………………………………………..14

四、心得体会………………………………………………..15

五、附录：………………………………………………….17

1.程序……………………………………………………17 2.模拟电路图……………………………………………..19

3.电路图………………………………………………..22

摘 要

近年，能源是人类面临经济发展和环境维护平衡需要解决的最根本最重要的问题。太阳能是一种极为丰富的清洁能源，同时通常最普遍且最方便使用的是电能。随着现代的能源越来越少，有些能源趋于匮乏状态。所以我们就根据实际情况设计了一个“太阳光自动跟踪控制器”。

现在，我们居住的家园以太阳光最为普遍，它给我们带来了光和热，我们就要合理的利用光和热，来为我们服务。我们就通过设计的“太阳光自动跟踪控制器”来实现太阳光跟踪。

我们设计的是根据光转换电来实现功能，首先，我们选光敏传感器来实现光电转换，其次，通过OPA2132PA来实现差分运算放大，再由继电器实现电机的正、反转，去控制翻转板的运动。从而实现太阳光自动跟踪。

光敏传感器分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成，每一组的两只光敏电阻中的一只为比较器的上偏置电阻，另一只为下偏置电阻：一只检测太阳光照，另一只检测环境光照，送至比较器输入端的比较电平始终为两者光照之差。所以，本控制器能使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳光，调试简单，成本不高，运行可靠。

[关键词]：光敏电阻，ULN2803，单片机，直流步进电机，74HC573。

一、引言

随着数字化技术发展，数字控制技术得到了广泛而深入的应用。步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件, 具有快速起动和停止的特点。因为步进电动机组成的控制系统结构简单，价格低廉，性能上能满足工业控制的基本要求，所以广泛地应用于手工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机,投影仪、数码摄像机、大型望远镜、卫星天线定位系统、医疗器件以及各种可控机械工具等等。直流电机广泛应用于计算机外围设备( 如硬盘、软盘和光盘存储器) 、家电产品、医疗器械和电动车上, 无刷直流电机的转子都普遍使用永磁材料组成的磁钢, 并且在航空、航天、汽车、精密电子等行业也被广泛应用。在电工设备中的应用，除了直流电磁铁（直流继电器、直流接触器等）外，最重要的就是应用在直流旋转电机中。在发电厂里，同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等，都是直流发电机；锅炉给粉机的原动机是直流电动机。此外，在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。直流发电机通常是作为直流电源，向负

载输出电能；直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，向负载输出机械能。在控制系统中，直流电机还有其它的用途，例如测速电机、伺服电机等。他们都是利用电和磁的相互作用来实现向机械能能的转换。

电机的工作原理：步进电机原理 步进电机本质上是一个数字角度转换器。以三相电机为例, 其结构原理见图1。各相夹角为120°的定子磁极上均匀分布了5个矩形小齿, 没有绕组的转子圆周上也均匀的分布着40个小齿（相邻齿夹角为9°）。利用电磁学的性质, 在某相绕组通电时, 相应的磁极产生磁场, 与转子形成磁路如此时定子的小齿与转子的小齿没有对齐, 则在磁场作用下, 转子就转动一定角度, 达到齿的对齐。在单三拍控制方式下, 若A相通电, B、C相不通电, 在磁场作用下使转子齿和A相定子齿相对假设此时为初态并且令与A相中心对齐的转子齿为0号齿, 因为B相与A相相差120°，可知120°/9°=13 3?9, 不为整数, 即此时转子齿与B相不对齐, 只是13号齿靠近相的中心, 且相差3°。如果此时突然变为B相通电, 而A、C相都不通电, 那么, 13号齿会在磁场的作用下转到与相中心对齐的位置, 这就是常说的走一步, 此时,转子转了。这样, 按照A一B一C一A顺序通电次, 可以使转子转动9°。那么步进电机的步距角Q=(360/NZ)°（式中N=MC为运行拍数；M为控制绕组相数；C为状态系数, 单三拍或双三拍时C=1, 单六拍或双六拍时C=2为转子齿数）。

直流电机的原理：由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到，直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。

直流电机的结构：电机要实现机电能量变换，电路和磁路之间必须有相对运动。所以旋转电机具备静止的和旋转的两大部分。静止和旋转部分之间有一定大小的间隙，称为气隙。静止的部分称为定子，作用是产生磁场和作为电机的机械支撑。包括主磁极、换向极、机座、端盖、轴承、电刷装置等。旋转部分称为转子或电枢，作用是感应电势实现能量转换。包括电枢铁心，电枢绕组，换向器、轴和风扇等。

二、工作原理

本设计是基于双单片机系统，搭载于三维转动结构上，通过光敏电阻检测阳光并通过转换电路 转换成单片机能识别的数字信号，从而控制步进电机转动，完成对光动作。