论文逐日式太阳能小车的设计，本文是关于太阳能类在职研究生论文范文与小车和逐日和式太阳能小车有关在职研究生论文范文.
摘 要：介绍了一种追光和太阳能供电及基本运动的小车设计.该小车可由太阳能供电,并实现简单的前进后退左转右转运动操作,车身上的太阳能板在直流电机及单片机的控制下自动追光,小车在运动时能时刻调整太阳能板位置对光电转化利用率最大.
关键词：太阳能；自动追光；单片机；控制系统
一、前言
21 世纪是能源危机的时代,煤和石油等化石燃料的燃烧都在以惊人的速度在消耗,并且作为一次能源,在不久的将来必将会消耗枯竭.因此寻找新的代替能源便成了新课题.太阳能有很大的开发前景,作为当今环保和清洁的能源之一,它将逐渐代替现有的许多能源. 而太阳能发电是应用最多的.但是迫于材料等原因,太阳能板过于笨重,不易随时随地的移动,大多是用于定点作业,很难应用于大功率的移动交通工具.故而我们想对太阳能板做出改动能让其在单位面积上最大化的吸收太阳能来达到提高太阳能利用率最大化,同时能针对我们当前面临的碳排放及大气污染等环境问题做出最好的方案,在实现对新能源开发利用的同时促进与环境和谐发展,共同营造一个好的氛围,同时还有机会让汽车等消耗品从石油能源中解放出来,使新能源有了用武之地并将逐渐取代这些传统能源,节源减排,与环境和谐相处.目前太阳光跟踪的方式有很多,但主要是利用太阳的位置所进行的两种坐标：赤道和地平坐标系统,另有单轴和双轴跟踪方式.本设计采用单轴跟踪系统,其特点是其相对结构简单,低廉,很少会受到其他外在因素的干扰和影响,能够较高的利用太阳能并有较好的实用价值.
二、系统总体结构
本设计分几个模块：一个是小车的控制系统,包括小车的驱动,追光,另一个是太阳能板的寻光调整模块.在单片机芯片上我们没有选用传统的80C51,而是选择在其基础之上增强型的STC12C5A60S2,它较比C51 系列速度更快,能耗更低,稳定性抗干扰性更好的单周期单片机,其速度最快高达传统C51 的8--12 倍.工作电压在5.5v-3.5v（5v 单片机）.本方案采用时日运动轨迹单轴跟踪方式,传感器将被光敏电阻所替换,控制电机转动部分角度后通过分析在采集板上的循环一周的数据确定光强最高的位置,可能会存在部分误差.主要由CPU、电源模块,A/D 转换部分、步进电机、光检测等模块组成,驱使步进电机进行光追踪等.本小车的基本运动功能是前进、后退、左转、右转,利用上述单片机芯片及步进电机芯片等机械装置来实现整个运动过程的设计,简单,便捷,较灵敏和具备实用性,操作相对容易,成本较低,如图1 所示.
本设计控制部分以单片机为主线,利用采集的数字信号并加以分析和识别,再经过一系列的算法计算出对应的太阳光相对角度值并在LED 数码管上显示出来,太阳光控制电路根据太阳的位置移动.步进电机通过识别由传感器采集光强后产生的信号来控制电路做出一些机械装置的调整,从而适当的调整太阳能板与太阳光入射的位置.利用光敏二极管作为传感器由光—电信号,经A/D 转换成数字信号.单片机作为控制电路的核心部分,会对收集到的数字信号做出处理选择和判断行为,经过一定的算法算出对应的太阳相对角度,并在数码管LED 显示,其控制电路随着太阳的位置而动作.
三、系统硬件设计
1. STC12C5A60S2 单片机模块：
STC15C5A60S2 功耗低,有40 个引脚,32 个外部双向I/O 口,另有2 个全双工串行通信口,2 个16 位可编程定时计数器,2 个外部中断,还可在线编程,将cpu 和flash 存储器连接在一起,可降低成本.
2. 太阳光强度检测模块
传感器的选择：有多种传感器可供选择,如光敏电阻,光敏三极管,光敏二极管,光伏电池.光敏电阻与光敏三极管、二极管相比,同样在外接5V 电压下,光照条件相同情况下,其导通状态完全不一致,前者在光照较弱情况下仍可导通,而光敏电阻与光强基本处于正比状态,符合基本实验要求.
本系统采用光敏电阻作为检测模块,因光敏电阻在不同光照强度下阻值会变化,将两个相同光敏电阻水平放置,若太阳光垂直射向太阳能板,则其两电阻接受到光强一致,阻值亦相同,此时电机不转动,当太阳光入射方向与太阳能板不平衡时,光强高的光敏电阻阻值低,另一个则相反,步进电机将会由单片机输出的信号发生转动寻找太阳光的位置.应用于内光电效应的光敏传感器分为光生伏特效应和光电导效应,前者是在光的作用之下,令半导体产生一定的电动势,后者同样是在光的作用之下,电子通过吸收光子的能量,令其电导率发生变化.光敏电阻就是利用内光电效应制成的半导体器件.光导管的优点是体积小、牢固耐用.它主要用于光谱仪器的光接收器、光电控制、激光接收和远距离探测等方面.
3. 光跟踪模块
本跟踪方式主要采用逐日式路径跟踪,是开环的系统.对于光电跟踪,其最普遍的方式有以下几类：电动式、电磁式、重力式等.该装置中大部分都是利用光敏传感器来实现的,通过对太阳能的遮光板的位置进行相应的调整并使其与太阳光对准,光电管在经过阳光的照射后输出信号（电流）经放大电路放大后,再由执行机构根据太阳的位置进行跟踪,但由于其结构较为简单,辨识度较高,可能会受到周边天气等环境的影响,产生误操作.
4. 步进电机驱动与控制模块：
图5 为步进电机：28BYJ-48
步进电机作为执行机构从而将电脉冲转换为角位移,简单的来说就是当其驱动器接收到一个脉冲信号,步进电机就会根据驱动转动一个步进角,所以为了能够比较精确的进行定位追踪,我们就可以通过控制角位移（其由控制脉冲个数来控制）来进行控制,而在调速上,我们可以通过控制器频率控制电机的速度和加速度.本设计采用28BYJ48 步进电机,它是一个四相八拍的电机,电压8-12v（DC）,通过不断地发射脉冲使其一直在转动,其通电方式为（A-AB-B-BC-CCD-D-DA-A）.该设计的直流电机驱动是L298N芯片,其为二、四相电机驱动器,内部有4 通道逻辑驱动电路,其内有2 个H 桥的双全桥驱动器,具有能接受标准的TTL 逻辑电平的信号和使能端,其逻辑功能如下表二：
本设计中采用2 个L298N,能够实现单独控制四个轮子转动,为了将电机驱动环节对控制的影响降到最小,我们在电机的驱动部分用光耦进行隔离的措施,其中的二极管是为了避免电机运行状态发生突然转变产生反向电流,目的是为了保护芯片.
5. 电源模块
其上有一个电源开关,当接电后准备检测时就打开电源开关,否则关掉电源.LED 灯表示电源部分是否正常接电,1K 电阻限流,电容用于滤波.
6. LED 数码管模块
LED 数码管有以下两种：共阳极、共阴极.共阳极：其端接高电平.笔端电极接低电平时.对应笔端则发光.而共阴极LED 数码管恰恰与共阳极的相反.它是将负极短接后做公共阴极.并且在驱动信号为高电平.端接低电平时可发光.7. A/D 转换模块
ADC0809 可和单片机直接接口的8 位A/D 转换器,它有8 路多路开关,可选8 个模拟通道,可分开令8 路模拟量输入,还有地址锁存器及译码器.
四、软件设计
软件设计部分利用单片机的P0.0-P0.7 及P2.4-P2.7 口来显示实时所检测的太阳光的强度,主要的目的是为了进行光追踪,最初需要对光照的强度进行判别,倘若光照相对来说较弱的情况下,就得需要我们设置外在的光源进行试验,之后启动控制步进电机变化确定角度收集该点的光强并进行A/D 转换,继续变动至一圈后对收集的数据进行处理后,确定光强最好的位置并控制步进电机转动到相应位置,如下为流程图7 所示.
放置在太阳能板上的两个方向上的光敏电阻接受到的光强度通过比较会从电压控制器发出一个控制信号,并由单片机根据控制步进电机执行相应的转动,利用机械装置的改变不断地变化和移动太阳能板的位置,直至最终两边光敏电阻上所受的光强相同,此时控制电压为0,电机因此停止运转.此时,太阳能光电板与太阳处于垂直状态,使其能够最大效率转化太阳能,从而达到对正太阳、准确跟踪太阳的目的.监控平台：
控制界面功能：（1）无线控制小车的基本运动指令（前进、后退、左转、右转、停止）.（2）利用无线控制调整太阳能板（手动与自动）.
五、结语
根据上述软硬件设计,该小车实物功能已达到预期的效果和作用,它成本低,功能简单,可靠性高（具体实物图见图9）.
当然该设计只是实验研究的小模块,还有许多需要探究和创新的地方,像需要掌控好太阳能板的温度,防止其温度过高时失去功效,太阳能板转动时可能受自重等影响产生多余能量损耗,需提高有用功,减少其他能量消耗等.21 世纪陷入了能源危机,由此开发清新能源成了主流的方向,而太阳能作为自然界和无污染的清新能源,一定会有更多的发展空间和开拓机会.相信在未来太阳能将会完全替代煤和石油等化石能源的地位,占据未来能源的主力并创造一个更美好的生活环境,目前可能在开发太阳能上技术和利用上还不够成熟,但未来其一定会占据主流市场.
此文点评,该文是一篇适合不知如何写小车和逐日和式太阳能小车方面的太阳能专业大学硕士和本科毕业论文以及关于太阳能论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料.
参考文献：
1、 智能循迹吸尘式垃圾桶系统的设计 摘 要本设计以STM32 单片机为主控制器,设计了一款具有自动吸尘功能的智能垃圾桶,主要包括循迹避障模块、电机驱动模块、红外感应模块、蓝牙通信模块、超声波测距模块、电源开关控制模块……,结合吸尘装置进.
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