论文总字数：34221字

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章　绪论 1

1.1　课题研究目的及意义 1

1.2　国内外研究现状 1

1.2.1国内研究现状 2

1.2.2国外研究现状 3

1.3 本文主要工作 3

第2章　系统设计方案选择 4

2.1　系统实现的功能 4

2.2　方案选择 4

2.3　总体设计 5

第3章　系统硬件设计 6

3.1　硬件总体设计方案 6

3.2　STC12C5A60S2最小系统的硬件设计 7

3.2.1 STC12C5A60S2单片机的引脚分配 7

3.2.2 STC12C5A60S2单片机外部接口 10

3.3　LCD1602液晶显示器的硬件设计 11

3.4　独立按键的硬件设计 14

3.5　实时日历电路设计 14

3.6　串口通信电路设计 16

3.7　A/D转换模块设计 17

3.8　角度跟踪驱动模块设计 18

3.8.1步进电机简介 18

3.8.2步进电机驱动电路设计 22

3.9　USB电源接口的硬件设计 23

3.10　感光模块硬件设计 24

第4章　光伏板角度自适应控制系统的软件设计 27

4.1　程序整体结构的软件设计 27

4.1.1 KEIL4简介 27

4.1.2程序的整体结构设计 27

4.2　LCD1602显示器的软件设计 28

4.3　独立按键模块的软件设计 29

4.4　实时日历电路的软件设计 31

4.5　A/D转换模块的软件设计 32

4.6　角度跟踪驱动模块的软件设计 33

4.7　光电跟踪模块的软件设计 34

第5章　系统调试 35

5.1　硬件调试 35

5.2　软件调试 36

5.3　系统联调 37

结论 40

致谢 41

参考文献 42

附录1　中文译文 43

附录2　英文参考文献 44

附录3　硬件原理图 46

附录4　代码 48

第1章　绪论

1.1　课题研究目的及意义

煤炭和石油作为传统的不可再生矿产资源日益减少，能源日益短缺，开发新能源迫在眉睫。太阳能作为新兴的新能源被发现并利用，并且在新能源的开发中具有非常大的优势。中国在太阳能开发因为地理位置具有先天优势，每年的光照每平米达到5000兆焦耳。在每年中日照超过2200小时的国土面积达到了总国土面积的60%以上。这也是我国发展太阳能能源的先天优势。经调查在2015年世界上太阳能热水器已经超过了2.45亿平米，普及率达到了30%左右。

就最近这几年来来看，国内在太阳能开发技术方面不断加强，技术也日渐成熟，成本方面也日渐降低。就太阳能的开发和利用方面对国家建设是非常重要的，并在军事国防、家庭、学校、社区等都有应用，太阳能作为新能源不仅仅能节省传统的不可再生资源而且还以偶环保的作用。

在太阳能光伏板单片机的自动追踪控制系统上，能够使太阳光能能够是更加合适的角度照射在电池板上，能够最大限度的提高太阳能的利用率，合理开发利用太阳能用新型能源代替现在的矿产能源。

1.2　国内外研究现状

太阳能作为新兴的可再生资源，新能源的开发关系到以后社会的可持续发展，在不可再生能源的日渐枯竭而相反的能源消耗愈大的情况下，能源短缺日益引起各国政府的关注。

作为传统能源的天然气、石油、煤炭等能源供应日益紧张，况且为不可再生的资源，能源压力与大。太阳能作为新能源在工作和生产中越来越受欢迎。其中将太阳能转化为电力资源就是关键技术之一，太阳能的利用包括太阳能发电、太阳能的热力转换发电。而太阳能发电中还分为光感应用发电、光发电和光伏发电。

光伏发电就是利用太阳能电池等半导体器件吸收太阳辐射热能，并将太阳能转化为电力资源。光伏发电是太阳能发电的主要形式。在转换过程中，光伏电池板需要作为太阳能吸收装置，可是随着太阳位置的不断变换，太阳直射角度和光伏板之间的夹角将会发生变化，这将极大地影响电池板对太阳能的吸收。因此，从光的角度研究光伏板的适当调整具有实用价值，研究了理论的价值。就目前国内的研究而言我过得太阳能发电技术还有待急需提高，就太阳能的实际运用还有极大地差距，就光伏发电而言我过仍然处于探索的初期阶段。随着社会科技的高速发展，光伏发电的技术越来越成熟，发电的成本也就越来越低，性能也会越来越优越，应用领域也会越来越广泛。就当前的能源问题来说是困扰世界上大多数国家的大难题。新型能源开发技术和能源节能技术也在世界范围内快熟的亚牛和发展中。以太阳能为代表的绿色能源的研究和实际运用给人们的未来生活带来了美好的前景。太阳能以其优良技术开发和特点优势在全球范围内获得了广阔的发展空间，使正处于能源危机的人们看到了未来的希望。

1.2.1国内研究现状

光伏发电是太阳能作为新能源利用的主要形式之一。太阳能电池在中国已经形成了相当的产业规模。新型太阳能电池的开发利用在国际上也有了相当规模的发展和开发。近年来，中国的光伏发电的生产产业发展迅速，2007年太阳能电池占世界工业产值的29%，其中生产和利用率已经达到世界领先水平。然而，中国的光伏产业有很多问题：第一，“两出局”；其次，“原材料的波动”；第三，“无序竞争”。目前，第一代太阳能电池已在国内外广泛生产，但其技术仍有不少的提升空间。第二代太阳能电池也在世界范围内实现商业化，

非硅晶太阳能电池板也只有在中国才能实现产业化生产，有许多关键科学问题需要解决；第三代太阳能电池在中国也有很多企业和团队进行了研究和开发。科学化的设计可以进一步的提高太阳能的利用和寿命。理想中的太阳能电池利用效率应该大于40%。用于制备富基质材料、低成本、低成本薄膜、结构灵活、制备工艺强。同时，发展了各种太阳能电池和建筑集成技术，开发了太阳能电池的应用技术，开发先进的光伏电池板发电集成系统是未来太阳能电池应用的关键之一。

兆瓦级光伏并网发电系统的关键技术和关键设备的研究取得了显著的进展。解决了高效率技术、波形控制技术、MPPT（最大功率点跟踪）技术、光伏微网逆变器控制技术和微网光伏发电系统的能量管理技术等关键技术问题。先进的独立光伏发电系统、兆瓦级到GWA级光伏并网发电系统存在的问题。为了解决我国西部地区电力紧缺的问题，提高太阳能在城市建设中的应用，加快电网并网的大规模应用，开发了多互补光伏微电网系统的关键技术和关键设备。TED光伏发电在我国。

国内研究与发展在电力开发这方面仍存在差距。必须建立具有国际标准的国际检测和评价机构，从电池的表现形式到系统进行全方位检测，在政策和技术方面支持光伏的发展和大规模的实际应用。如果就技术层面而言，光伏发电站并不是充电站那么简单，而是具有发电功能的发电站，另外它还具有电量储存的功能，三位一体多功能合理利用才是最理想的状态。如果让三位一体同时来运行的话，就单纯经济方面而言那将是一个长期持续亏损。太阳能的充电应用首要的就是需要建立电动类车辆的销售和服务站，这样才可以使得光伏发电产业有一定的盈利，也是保证光伏产业良性循环的前提。第二，因为充电和维护的时间会比较长，所以充电站还需要建立相应的服务设施。比如：咖啡厅、杂货店、休息室等。客户可以在充电的闲余时间用来休闲和购物。太阳能性对于传统的加油站没有汽油和柴油的难闻气味，也不存在油库安全隐患，也不会存在环境污染的后果。如果管理合理的情况下他会成为农村发展的新亮点，以及城市和乡村聚落的一道美丽的风景线。

1.2.2国外研究现状

作为技术发展和产业的技术支撑，国外太阳能技术的领先国家，如日本、美国和德国，已经建立了国家公共测试平台。1997，美国BLASEACE开发了一种单轴太阳跟踪器，实现了对东、欧美地区太阳的自动跟踪和大角度的跟踪。

通过手动调节，接收器的热回收率提高了15%。在1998年在加利福尼亚成功开发了ATM双轴跟踪系统，并将NIE透镜安装在太阳能电池板上，进一步提高了热回收率。乔尔。Gooman已经开发了一种主动的太阳跟踪装置，使太阳能接收器能够通过大直径转台来跟踪太阳从东到西。2002年2月，亚利桑那大学引进了一种新的跟踪装置，它采用机械和电气控制来完成自动跟踪，框架结构采用轻质材料，设备的质量更加轻、及其结构也更加紧凑，适用领域也就更加广泛。2006年2月，西班牙最大的太阳能电厂AccONA solar使用了一种托盘结构，与固定平面系统相比，它的能源产出增加了35%。目前，西方国家有较为成熟的活性太阳能跟踪技术和产品。

1.3 本文主要工作

本课题光伏电池板角度自适应控制系统的设计,系统的工作原理是由光敏电阻感到从未有过的轻松,通过电线来收集的值返回单片机,通过步进电机控制的角度更好地接收光,使用LCD1602显示光敏电阻的收藏价值,在管道的强度统计比较,并建立了光伏电池版控制器的研究。

第2章　系统设计方案选择

2.1　系统功能的实现

该控制系统可以实现如下几个功能：

通过对STC12C5A60S2单片机本身的器件A/D功能的转换，采样也是要通过4通道光敏电路进行的。当电路阻力增大的时候，方向就会变得相对较弱。两个步进电机的旋转方向发生变化，从而改变垂直方向。调整角度，收集DS1302时钟芯片的时间信息，并及时建立软件的可控范围。

2.2　方案选择

方案一：采用STC89C52芯片。

STC89C52是一种典型的低电压控制芯片，它由8位微控制器和高性能CMOS组成，8K字节可重复擦除，闪存只读程序存储器，256字节随机存取数据存储器（RAM）。该设备采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术，与标准的MCS-5 1指令系统兼容，8位中央处理单元和闪存存储单元安装在芯片中。STC89C52单片机广泛应用于电子工业中。实验方案需要AD转换信号[相当于场景。因此没必要使用该方案。

方案二：采用STC12C5A60S2芯片。

大量的使用51系列单片机、计算STC公司强化国产系列是为了使产品更具竞争力，因为他不仅兼容8051个指令和引脚，还具有大容量Flash程序存储器芯片和处理，如内置STC12C5A60S2单片机，60 K闪存存储器。在存储过程中，用户可以立即擦除，并以电的形式书写。STC系列单片机就是为了支持串行程序的燃烧。

本项目采用方案二，因为STC12C5A60S2芯片可以被认为是一种增强的51芯片，它不仅可以与PIN完全兼容，而且具有AD转换函数，比STC89C52快。显然，开发设备是稍微高于微控制器的开发的，这种设置就会极大地节省开发应用的时间。重要的一点是STC12C5A60S2的价格与传统51的价格几乎相同，市场供应也充足。它是一种性价比高的单芯片。它具有AD转换功能，无需外部AD转换。

2.3　总体设计

光伏板角自适应控制系统的硬件框图如图2-1所示。

太阳光

图2-1 硬件框架结构图

时钟模块DS1302的功能主要是为了记录时间。

关键模块是用来调节模式齿轮的变换。

显示模块LCD1602用于显示广告收藏和设备的价值。

光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器。

电机驱动模块具有驱动电机的作用。

采用方位电机和高速电机控制光伏电池板的旋转。

光伏板被用来收集光信号。

本章小结

本章全面介绍了单片机光电板自适应控制系统的性能和功能，并对控制器的性能进行了对比。最后选择性能比较优越STC12C5A60S2芯片作为控制器。电路的主要硬件设施包括显示电路、光伏电池板、电路显示器、时钟电路和光电电板电路等几个主要的硬件设备。本篇论文对硬件框架和电路结构做出相应的开发和研究。

第3章　系统硬件设计

3.1　硬件总体设计方案

总体的设计路线应该是：硬件电路设计示意图，包括单片机控制电路的完整控制图、电路检测、电机驱动电路等。制作PCB电路板，进行元件焊接，完成软件编程，实现光伏板角度的智能控制，并进行物理调试。通过改变光伏板的角度，光伏板会跟随太阳位置不断变换角度也是不断变化的，必须保证光线照射的角度与光伏电池板的角度保持在额定的范围之内。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：34221字

相关图片展示：