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基于STM32的太阳跟踪控制系统的设计与研究

作　者: 胖莹
导　师: 王振臣
学　校: 燕山大学
专　业: 系统工程
关键词: 太阳跟踪 STM32 视日运行轨迹跟踪光电跟踪二级跟踪传感器
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 219次
引　用: 2次
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内容摘要

为了解决能源危机、缓解环境压力、实现能源的可持续发展，世界各国都在探索新能源领域。太阳能以其众多优点成为最具价值的新能源，但也因其自身的一些缺陷限制着太阳能技术的应用和发展。太阳跟踪控制系统的研究，对提高太阳能的接收效率、促进光伏发电产业的推广与应用、响应我国节能减排政策具有重要的意义。本文设计了一款基于32位ARM微处理器STM32F103VET6的双轴太阳跟踪控制系统。首先提出了一种将视日运行轨迹跟踪方式与光电跟踪方式相结合的太阳跟踪策略。分析并确定了晴天和阴天不同天气条件下分别采取的跟踪方式。依据太阳运行的天文规律，确定了视日运行轨迹跟踪的计算方法。给出了光电跟踪方式的具体跟踪策略。对传统的一级跟踪传感器的结构和跟踪策略进行了改进，增加了一组粗定位光电传感器，构成了二级跟踪传感器，可实现大范围追踪太阳光，并对天气情况进行判断。针对跟踪控制系统的功能要求，对系统的硬件模块设计包括信号处理电路模块、LCD显示模块、GPS信息接收模块、限位信号采集电路模块、执行机构等；对系统的软件设计包括太阳自动跟踪控制系统的应用程序、GPS信息筛选子程序等，实现了各个模块的功能，并对跟踪执行机构进行驱动控制。最后，对系统的跟踪情况进行分析，给出了误差产生的主要原因，并提出了一些改进方案。实验结果表明：该控制系统运行稳定可靠，能确保太阳能电池板在误差允许范围内与太阳光线基本保持垂直，实现了对太阳光线的全天候自动跟踪，提高了太阳能的接收效率。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 课题研究的背景  11-14
    1.1.1 能源现状及发展  11-12
    1.1.2 太阳能利用现状与趋势  12-13
    1.1.3 我国太阳能资源情况  13-14
  1.2 课题研究意义  14-15
  1.3 国内外太阳跟踪技术研究动态  15-16
    1.3.1 国外太阳跟踪技术研究  15-16
    1.3.2 国内太阳跟踪技术研究  16
  1.4 控制系统的发展趋势  16-17
  1.5 论文的主要研究内容及所做工作  17-19
第2章太阳跟踪原理及跟踪系统总体方案设计  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 太阳运行的天文规律  19-22
    2.2.1 赤道坐标系  19-21
    2.2.2 地平坐标系  21-22
  2.3 太阳跟踪机构的比较  22-24
    2.3.1 单轴跟踪机构  23
    2.3.2 双轴跟踪机构  23-24
  2.4 太阳跟踪控制方式的比较  24-27
    2.4.1 视日运行轨迹跟踪  25
    2.4.2 光电跟踪  25-26
    2.4.3 视日运行轨迹与光电跟踪相结合  26-27
  2.5 跟踪系统总体方案设计  27
  2.6 本章小结  27-28
第3章光电传感器结构设计及工作原理介绍  28-35
  3.1 光电传感器的结构  28
  3.2 精定位光电传感器的工作原理及选型  28-31
    3.2.1 精定位光电传感器的工作原理  28-29
    3.2.2 精定位传感器的选型  29-31
  3.3 粗定位光电传感器的工作原理及选型  31-33
    3.3.1 粗定位光电传感器的工作原理  31-32
    3.3.2 粗定位传感器的选型  32-33
  3.4 二级跟踪传感器的主要优点  33-34
  3.5 本章小结  34-35
第4章控制系统的硬件设计  35-45
  4.1 硬件总体设计方案  35
  4.2 嵌入式处理器模块  35-38
    4.2.1 ARM 处理器概述  35-36
    4.2.2 STM32F103VET6 简介  36-38
  4.3 光电传感器信号处理电路的设计  38-40
    4.3.1 精定位传感器信号处理电路的设计  38-39
    4.3.2 粗定位传感器信号处理电路的设计  39-40
  4.4 LCD 显示模块的设计  40
  4.5 GPS 模块的设计  40-41
  4.6 限位信号采集电路的设计  41-42
  4.7 执行机构的设计  42-44
  4.8 本章小结  44-45
第5章控制系统的软件设计  45-60
  5.1 引言  45
  5.2 嵌入式系统开发环境简介  45-49
    5.2.1 嵌入式系统简介  45-46
    5.2.2 集成开发环境 Keil uVision3 简介  46
    5.2.3 仿真器 J-Link V8 简介  46-47
    5.2.4 Keil 下使用 J-Link  47-49
  5.3 系统应用软件设计  49-53
    5.3.1 太阳跟踪主程序设计  49-50
    5.3.2 视日运行轨迹跟踪子程序设计  50-52
    5.3.3 光电检测跟踪子程序设计  52-53
    5.3.4 GPS 信息筛选子程序设计  53
  5.4 实验及数据分析  53-59
    5.4.1 GPS 模块信息接收实验  54-55
    5.4.2 视日运行轨迹跟踪算法准确性验证  55
    5.4.3 系统软件实现  55
    5.4.4 实验数据分析  55-57
    5.4.5 误差分析与方案改进  57-59
  5.5 本章小结  59-60
结论  60-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  65-66
致谢  66-67
作者简介  67

基于STM32的太阳跟踪控制系统的设计与研究

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