基于LabVIEW和单片机的太阳自动跟踪监控系统

发布时间：2021-02-22 11:19

太阳能是一种非常具有开发潜力的能源,为了解决能源危机、实现能源的可持续发展,世界各国都在积极的开发利用太阳能资源。在可持续发展能源中,光伏系统倍受瞩目,并且发展迅猛。然而,我国的光伏系统的光伏跟踪技术比较落后,主要使用的是平板固定式发电系统,由于存在余弦效应,跟踪装置没有全天候跟踪太阳,光伏系统的光电转换效率较低。为了提高太阳能的利用率,本文开发了一套基于LabVIEW和单片机的太阳自动跟踪监控系统,该系统可以使太阳光线和太阳能电池板时刻保持垂直,同时结构简单、跟踪精度高,有很高的使用价值。该系统以PC机为核心,通过LabVIEW作为上位机编程软件,在考虑天气的情况下,设计了一种太阳运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合的混合跟踪装置。本论文首先通过TSL2561判断天气的阴晴,在确定阴天、晴天、多云的天气情况下,跟踪系统采取相应的跟踪方式,并且两种跟踪方式可以根据天气的情况自行切换,在提高太阳能利用率的同时,也使得跟踪系统更加稳定。根据太阳运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合的跟踪方法,设计了一套高度角和方位角跟踪的双轴跟踪系统。选择0SQ50-IT四象限光电二极管探测器来进行太阳方位的检测,使跟踪机构精确跟踪太阳,对该传感器的光斑尺寸、太阳的入射角、跟踪精度等参数进行了分析。基于上位机LabVIEW、下位机单片机的方式完成了太阳自动跟踪监控系统的硬件设计,主要包括：阴晴判断模块、太阳方位检测模块、上位机和下位机通讯模块、数据采集模块、高度角和方位角步进电机控制模块。完成了太阳自动跟踪监控系统的软件设计,主要包括：人机界面、主控制、上位机和下位机通讯、阴晴判断、光强采集、高度角和方位角步进电机控制、太阳运动轨迹跟踪、光电跟踪、限位开关和回基准位置程序设计。最后,分别对太阳运动轨迹算法、TSL2561阴晴判断、太阳运动轨迹跟踪、光电跟踪、混合跟踪进行了实验,验证了太阳运动轨迹算法和阴晴判断的有效性和可行性,以及太阳运动轨迹跟踪和光电跟踪的稳定性和准确性。本课题设计的基于LabVIEW和单片机的太阳自动跟踪监控系统,实现了对太阳的自动跟踪,使太阳的入射光线和太阳能电池板基本保持垂直。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK513.4;TP277

文章目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 课题的研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 LabVIEW的发展和应用

1.5 论文的主要研究内容

1.6 本章小结

第二章太阳跟踪方式和控制系统的选择

2.1 跟踪方式概述

2.2 太阳运行的天文规律

2.2.1 赤道坐标系

2.2.2 地平坐标系

2.2.3 跟踪坐标系的选择

2.3 太阳跟踪方案的选择

2.3.1 太阳运动轨迹跟踪

2.3.2 光电跟踪

2.3.3 混合跟踪

2.4 控制系统的选择

2.5 虚拟仪器和单片机相结合的太阳自动跟踪监控系统

2.6 本章小结

第三章阴晴判断和光电传感器

3.1 天气阴晴判断

3.1.1 阴晴判断原理

3.1.2 阴晴判断硬件实现

3.1.2.1 芯片介绍

3.1.2.2 TSL2561和单片机的通讯

3.1.3 阴晴判断软件实现

3.1.3.1 通信程序设计

3.1.3.2 阴晴判断程序设计

3.2 光电传感器

3.2.1 光电元件选型

3.2.2 光筒式光电传感器的工作原理

3.2.3 光筒式光电传感器光斑孔的确定

3.3 本章小结

第四章太阳自动跟踪监控系统软件设计

4.1 LabVIEW简介

4.2 太阳自动跟踪监控系统整体流程

4.3 太阳运动轨迹跟踪软件设计

4.3.1 设计流程

4.3.2 程序设计

4.4 光电跟踪软件设计

4.4.1 设计流程

4.4.2 程序设计

4.5 其它主要功能设计

4.5.1 通讯程序设计

4.5.2 阴晴判断程序设计

4.5.3 限位开关程序设计

4.5.4 通讯浮点数处理程序设计

4.5.5 回基准位置程序设计

4.6 监控界面设计及功能介绍

4.7 本章小结

第五章太阳自动跟踪监控系统的测试

5.1 太阳运动轨迹算法的测试

5.2 阴晴判断的测试

5.3 太阳自动跟踪监控系统的测试

5.3.1 实验模拟装置简介

5.3.2 太阳运动轨迹跟踪实验

5.3.3 光电跟踪实验

5.3.4 混合跟踪实验

5.4 本章小结

第六章总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

【参考文献】