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太阳能电池板照射角自动跟踪系统设计论文(含中英文翻译资料).doc

太阳能电池板照射角自动跟踪系统设计论文(含中英文翻译资料)

中小学精品课件
2019-04-27 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《太阳能电池板照射角自动跟踪系统设计论文(含中英文翻译资料)doc》,可适用于高等教育领域

太原理工大学毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)题目:太阳能电池板照射角自动跟踪系统设计毕业设计(论文)要求及原始数据(资料):要求设计能够自动跟踪太阳以调整太阳能电池板光照摄射角度的系统以提高太阳能电池的光电能量转化率。、太阳能电池板在℃内自动跟踪太阳使入射光垂直照射、根据季节变化太阳能电池板可调整维度、该设计的自动跟踪系统使用此太阳能电池板供电力工作、使用该系统后应使用太阳能电池板提高效率≥、此设计系统能够长期室外运行。第页毕业设计(论文)主要内容:、调查了解目前太阳能电池板的使用情况、测试垂直照射和不垂直照射的工作效率、查阅资料掌握MCS单片机、控制电机及相关电路的工作原理及应用方法、按本任务书要求完成设计第页毕业设计(论文)要求及原始数据(资料):、实习报告。、查阅资料记录。、毕业设计说明书(包括电路原理图)。、设计程序、图纸的电子文档。第页主要参考文献(资料):、《单片机原理》教材、《控制电机》教材、《传感器原理及检测技术》教材>、《模拟电子技术》教材、太阳能电池的有关资料(自己检索)、相关的地理、天文资料(自己检索)专业班级自动化级班学生要求设计(论文)工作起止日期年月日年月日指导教师签字日期教研室主任审查签字日期系主任批准签字日期第页目录摘要一、概述(一)能源与环保能源短缺环境污染温室效应(二)太阳能的特点(三)国内外太阳能应用的现状(四)几种主要的太阳能发电装置塔式太阳能发电系统聚光光伏发电系统碟式太阳能发电系统(五)太阳能跟踪技术现状(八)本章小结二、跟踪系统的设计构想及框架(一)跟踪系统的设计要求(二)跟踪系统的组成太阳能采集装置转向机构控制部分贮能装置逆变器控制器(三)太阳照射规律地球围绕太阳的运行规律太阳高度角和方位角的确定(三)本章小结三、机械部分的设计(一)整体框架的设计(二)减速装置的选型(三)驱动电机的选型(四)本章小结四、控制部分的设计(一)控制器匹配系统并联调节器串联调节器(二)单片机的选型结构框图:ATC的引脚(三)计时芯片的选型(四)步进电机驱动芯片的选型(五)整体电路图的设计(六)本章小结五程序部分的设计(一)流程图设计(二)程序设计(三)本章小结结论与展望参考文献致谢外文文献(一)原文(二)翻译摘要随着以常规能源为基础的能源结构随着资源的不断耗用将越来越适应可持续发展的需要包括太阳能在内的可再生资源将会越来越受到人们的的提取和记录。在本跟踪系统中选用的是计时芯片。是Philips公司推出的内含IC总线接口功能并具有极低功耗得多功能日历时钟芯片。得多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能及中断输出功能能满足各种复杂的定时服务需求甚至可为单片机提供“看门狗”功能。内部始终电路、内部振荡电路、内部低电压检测电路(V)及两线制IC总线通信方式不但使外围电路极其简洁而且也增加了芯片的可靠性。每次读写数据后内嵌的字地址寄存器会自动产生增量为芯片的读写操作提供方便。因而是一款性价比极高的时钟日历芯片。的内部组成包括:一个可自动产生增量的地址寄存器一个内置的kHz的振荡器(带有一个内部集成的电容)一个分频器(用于给实时时钟RTC提供源时钟)一个可编程时钟输出一个定时器一个报警器一个掉电检测器和一个kHz的IC总线接口。有个寄存器。个寄存器被设计成可寻址得位并行寄存器:两个控制、状态寄存器得地址是H和H秒年寄存器的地址事HH报警寄存器的地址是HCH用于定义报警条件地址是DH的寄存器用于控制CLKOUT引脚的输出频率定时器控制寄存器的地址是EH定时寄存器的地址是FH。秒、分钟、小时、日、月、年、分钟报警、小时报警、日报警寄存器的编码格式为BCD星期和星期报警寄存器不以BCD格式编码。表控制状态寄存器各位的定义和功能Bit定义功能TESTTEST=普通模式TEST=EXTCLK测试模式STOPSTOP=芯片时钟运行STOP=所有芯片分频器异步逻辑芯片时钟停止运行(CLOCK在Hz时可用)TESTCTESTC=电源复位功能失效TESTC=电源复位功能有效(普通模式逻辑),,,,默认值为逻辑表控制状态寄存器各位的定义和功能Bit定义功能,,默认值为逻辑TIIPTIIP=当TF有效时INT有效(取决于TIE的状态)TIIP=INT脉冲有效(取决于TIE的状态)。AF和AIE都有效时则INT一直有效AF当警报发生时AF被置逻辑当定时器倒计数结束时TF被置逻辑在被软件重写前一直保持原值若有定时器和报警中断请求时中断源由AF和TF决定若要清除一个标志位而防止另一个标志位被重写应使用逻辑指令ANDTFAIE标志位AIE和TIE决定一个中断请求的有效或无效当AF或TF有一个为时中断是AIE和TIE都必须置时的逻辑或。AIE=报警中断无效AIE=报警中断有效TIE=定时器中断无效TIE=定时器中断有效TIE表秒寄存器各位的定义和功能HR定义功能VLVL=保证准确的时钟日历数据VL=不保证准确的时钟日历数据秒代表BCD格式的当前秒数值表分钟寄存器各位的定义和功能HR定义功能无效分代表BCD格式的当前分钟数值表小时寄存器各位的定义和功能HR定义功能无效时代表BCD格式的当前小时数值采用SO或DIP封装形式其引脚定义如图所示。()OSCI和OSCO:振荡器输入输出引脚():中断信号输出引脚()VDD和VSS:正电源与地()SDA:串行数据线()SCL:串行时钟信号线()CLKOUT:时钟信号输出引脚图引脚图(四)步进电机驱动芯片的选型步进电机伺服系统的性能除了与电动机本体的性能有关外也在很大程度上取决于驱动器的优劣。步进电机的主要构成那个如图所示一般由环形分配器、信号处理器、推动级、功率放大器等各部分组成用于功率步进电机的驱动器还要有多种保护电路。本次设计选用的驱动芯片为A步进电机驱动集成电路。A是一种用来驱动双极性步进电机双绕组的单片集成电路也可以用来双向控制两台电动机。双H桥能够连续输出±~mA的电流和V的运行电压。当开关电动机或者是其他感性负载时衬底隔离的续流二极管可以起到输出抑制的作用。对于每一个H桥相位(PHASE)输入端能通过选择合适的电源和驱动器控制电流的极性使能(ENABLE)输入置成高电平时可以使各自的H桥导通。当个ENABLE引脚都被置成低电平时芯片进入睡眠状态消耗不到微安的电流。A附加了许多保护功能以确保电路在苛刻得环境下工作并且为了应用于汽车而进行了特别设计。保护电路能够检测到负载开路或者短路、电动机短路接地或短路接电源、功率电源VBB过电压、逻辑电源VCC欠电压、过热关断等。如果检测到这些输入就会被禁止故障信息通过诊断引脚即为FAULT和FAULT输出。A在性能上具有以下一些特点:()具有V±mA的连续输出能力()具有V清除残存功能()具有输出短路保护()可输出编码的故障诊断信号()设有弱电流待命模式()设有负载开路监视器()具有功率电路电源VBB过电压关断功能()内部含有低寄生续流二极管()具备交叉式电流保护功能引脚及参数说明:A具有两种封装:脚的塑料封装DIP(以“B”作后缀)脚的塑料封装SOIC(以“LB”为后缀)。本设计中选用的芯片为脚芯片A引脚说明见表。表A引脚说明引脚名称引脚描述对应的引脚号VBB电动机供电电源VENABLE控制逻辑桥PHASE控制逻辑桥GROUND功率地OUTA桥输出输出电流±mAFAULT诊断输出电压VOUTB桥输出OUTB桥输出FAULT诊断输出OUTA桥输出PHASE控制逻辑桥ENABLE控制逻辑桥VCC逻辑电源V集成电路的功能模块包括以下几个功能块:控制逻辑电路诊断逻辑电路过热关段电路过电压欠电压监控器与电源端接监视器与地短接监视器两个H桥。其中控制逻辑电路有四个输入引脚分别是ENABLE、PHASE、ENABLE和PHASE。它们分别控制一个H驱动桥的导通和输出电压的极性其逻辑关系见表。当电路出现故障时诊断逻辑电路会通过两个故障输出引脚FAULT和AULT输出与故障相应的逻辑电平表就表示了故障输出信号与故障种类的关系。表输入逻辑关系PHASEENABLEOUTAOUTBXOFFOFFLOWHIGHHIGHLOW故障输出信号与故障种类的关系故障情况FAULTFAULT过热关断LOWLOW与电池短路或负载开路LOWHIGH与地短路HIGHLOW正常运行HIGHHIGHA工作环境与性能参数为:()运行供电电压VBB:V()输出电流IOUT:±mA()逻辑供电电压VCC:V()故障输出电压:V()逻辑输入电压范围VIN:V~VCCV()芯片功耗(TA°C)PD:W(AKLB)W(AKB)()工作温度范围TA:~°C()存储温度范围TS:~°C(五)整体电路图的设计本跟踪系统设计的电路图如图所示计时芯片的时间数据由P、P两口读入单片机经过处理后单片机通过P~P以及P~P分别向控制东西方向以及南北方向的步进电机驱动芯片传输控制信号来控制太阳能电池板始终正对太阳。图整体电路图(六)本章小结本章中对太阳能电池控制器和跟踪系统的控制电路部分所需使用的单片机、计时芯片、步进电机驱动芯片进行了选型与简介并且利用这些芯片设计了系统所需的控制电路。本电路中单片机从计时芯片中读取当前时间再对提取出来的时间进行对比判断从而得出当前步进电机所需要进行的动作并且把相应的动作信号发送给步进电机驱动芯片通过驱动芯片控制步进电机进行相应的动作从而达到对太阳能电池板的朝向进行控制的目的。五程序部分的设计(一)流程图设计本设计利用单片机读取计时芯片中的时间数据通过程序中设计的判断方式判断后按照程序规定的运行方式向电机驱动芯片传输控制信号从而驱动电机进行相应的动作。系统开始运行后首先读取计时芯片中的时间数据之后判断目前的时间是否为早上六点若不是则返回继续读取并判断直到到达六点后再从时间芯片中读取时间判断是否为晚上六点不是则再判断目前是否为整点不是整点则返回继续读取时间并判断是否为晚上六点、是否为整点直到目前为整点此时控制东西向电机向西转动°之后返回读取时间在再判断是否为晚上六点、是否为整点当到达晚上六点后则首先控制南北向电机转过°再控制东西向电机转过°以回到初始位置之后再次读取时间判断是否为早上六点。在流程设计中的几次返回判断略显繁琐主要是为了解决程序的设计中的问题在角度方面本设计选择了先进行计算再在程序之中直接使用结果东西向的跟踪较粗糙为每小时自动转动°南北向经过计算后确定每天转过°略微有些误差但由于南北向是来回运行的因此误差能够相互抵消掉。设计中将东西向减速器设定为:的传动比南北向的减速器设计为:的传动比以使角度控制更加方便。(二)程序设计本次设计使用的语言为汇编语言具体程序如下:ORGHLJMPMAIN跳转到主程序主程序MAIN:DTEQUBDATAEQUADDREQUREADTIME:MOVA,#读取计时芯片内的时间参数MOVADDR,AMOVA,#HMOVDATA,AMOVA,#AHMOVDT,ACALLREADNMOVA,H判断读取到的时间是否为早上点CJNZA,#H,READTIME若不是则返回继续读取时间READTIME:MOVA,#读取计时芯片内的时间参数MOVADDR,AMOVA,#HMOVDATA,AMOVA,#AHMOVDT,ACALLREADNMOVA,HORLA,#HJNZREADTIMEMOVA,HORLA,#OOHJNZREADTIMEMOVR#H增量坐标设为HMOVR,#H绝对坐标设为HJMPRUBA跳转到步进电机控制子程序MOVA,H判断读取到的时间是否为晚上六点CJNZA,#H,READTIME若不是则返回继续读取时间返回控制子程序BACK:MOVA,#H控制东西向步进电机返回起始位置BB:MOVR,#HMOVR,#HJMPRUBADJNZBBWD:MOVR,#H控制南北向步进电机转过°MOVR,#HJMPRUBBRET返回读计时芯片子程序READN:NOPCALLDELAYMNOPMOVA,#读取字节数MOVBCOUNT,AMOVA,DTCALLBSTART产生起始位CALLTX写入器件地址MOVA,ADDRCALLTX写入C读起始地址MOVA,ADDRCALLTXMOVA,DTSETBACC写操作CALLBSTARTCALLTXRDD:CALLRXMOVR,A存放读取结果INCRDJNZBCOUNT,RDDNOPCALLBSTOPRET向计时芯片发送字节数据TX:MOVA,#发送数据位MOVCOUNT,ATX:CLRSDAJNBACC,TXSETBSDATX:LCALLDELAYUSETBSCLLCALLDELAYUCLRSCLRLADJNZCOUNT,TXNOPCALLBITINRET从计时芯片接受字节数据RX:MOVA,#接受数据位数MOVCOUNT,ANOPRX:RLASETBSCLLCALLDELAYUCLRACCJNBSDA,RXSETBACCRX:LCALLDELAYUCLRSCLLCALLDELAYUDJNZCOUNT,RXNOPCALLBITOUTRETBITOUT:NOPCLRSDALCALLDELAYUSETBSCLLCALLDELAYUNOPCLRSCLRETBITIN:NOPSETBSCLLCALLDELAYUNOPCLRSCLRETBITIN:LCALLDELAYUCLRSCLRET发送起始标志位BSTART:NOPSETBSCDASETBSCLLCALLDELAYUCLRSDALCALLDELAYUCLRSCLRET发送终止标志位BSTOP:NOPCLRSDASETBSCLLCALLDELAYUSETBSDALCALLDELAYUCLRSCLRET返回步进电机点一位控制子程序(东西向)RUBA:MOVR,#H指向状态计数器INCR计数器加一正转一步MOVP,R送输出口CLREA关一切中断INCR指向指针HINCR绝对坐标加一CJNZR,#DH,RUB不进位则转INCR进位则位加INCRCJNZR,#DH,RUBINCR高位加INCRRUB:SETBEA开一切中断DECRG增量坐标减CJNZR,#FFH,RUB查是否借位DECRRUB:MOVA,R查增量坐标是否为DRLARJNZRUB不为转出继续执行CLRTR为则停计数器SJMPREADTIME转出读取当前时间RUB:RETI返回步进电机点一位控制子程序(南北向)RUBB:MOVR,#HINCRMOVP,RCLREAINCRINCRCJNZR,#DH,RUBINCRINCRRUB:SETBEADECRGCJNZR,#FFH,RUBDECRRUB:MOVA,RDRLARJNZRUBCLRTRSJMPREADTIMERUB:RETI返回延时μsDELAYU:NOPNOPNOPRET延时msDELAYM:MOVR,#HD:CALLDELAYUDJNZDRETEND结束(三)本章小结在本章中对系统的程序部分进行了设计通过单片机对时钟芯片钟时间的读取再对时间进行处理判断从而再将控制信号传输到电机控制芯片以控制步进电机进行相应的动作。此程序在精度、故障处理方面仍旧有许多的漏洞今后若有机会再行改进。结论与展望本文设计了基于单片机的太阳照射角度的自动跟踪系统该系统能够实现对太阳的双向跟踪(东西向、南北向)。在本文中首先讨论了太阳能利用的一些现状诸如目前世界上的能源利用状况、太阳能的特点以及其与目前主流的常规能源相比的一些优势、太阳能在国内外的利用情况并且叙述了目前的几种太阳能采集装置以及目前几种比较常用的太阳光照跟踪方法从而对太阳能利用及其跟踪方面有了一个比较清楚的了解。接下来提出了本次设计的跟踪系统的构想对各部份进行了简单的介绍并列出了对整个系统以及系统中各个部件的一些设计要求。之后分别对跟踪系统的机械部分、控制部分以及程序部分进行了设计并对设计中用到的主要器件进行了选型。本设计只是基本实现了对太阳光照射角度的双向跟踪在跟踪的精确度等方面仍旧有许多不足比目前已有的跟踪系统还有很大的差距系统的各个部分还有很大的改进空间今后若有机会在进行进一步的改进。目前的资源体系仍旧以不可再生资源为主但在社会不断快速发展的今天资源的使用越来越多目前资源体系的各种缺点也越发的凸显出来例如污染的问题以及目前资源的不可再生的问题。而太阳能资源因为本身的无污染以及可再生等优点而慢慢的被人们重视起来。今后太阳能的利用范围必然会越来越广而利用太阳能发电也必然是太阳能利用的主要方面而这种适合家用的小型太阳能自动跟踪发电系统由于其结构简单、价格低廉、较高的稳定性并且对太阳能的利用效率高等的特点也必然会有极大的发展潜力。参考文献牛昱光单片机原理。电子工业出版社~华成英童诗白。模拟电子技术基础(第四版)。高等教育出版社~徐科军。传感器与检测技术。电子工业出版社~张强吴红星谢宗武。基于单片机的电机控制技术。中国电力出版社~孙茵茵鲍剑斌王凡太阳自动跟踪器的研究机械设计与制造~周淑琴自动跟踪式太阳能厨房的原理与应用能源研究与应用。~余海太阳能利用综述及提高其利用率的途径新能源研究及利用~李安定太阳能光伏发电系统工程北京:北京工业出版社郭廷玮刘建民太阳能的利用北京:科学技术文献出版社魏保太能源工程{M湖北:华中理工大学出版社~刘心我国太阳能行业的发展情况科技创业月刊()~袁林吕凤琴我国住宅太阳能热水器的应用与发展煤气与热力()~由世俊孙贺江等中国太阳能资源及应用潜力城市环境与城市生态~赵钦铭太阳能热水器发展前景及其储能技术探索福建能源开发与节约O~高峰孙成权太阳能开发利用的现状及发展趋势世界科技研究与发展~黄宝圣太阳能电池的新进展化学教育O~韩晶石久胜太阳能热水供应的现状与发展长春工程学院学报~中国资源综合利用协会中国光伏发电的技术现状及展望可再生能源~胡勋良强建科余招阳太阳光跟踪器及其在采光中的应用电子技术~张耀明采集太阳光的照明系统研究中国工程科学~SoterisKaloglrouThePotentialofsolarindustrialProcessheatapplicationsApliedEnergy,~DYGoswami,SvijayaraghavanSLuNewalldelnergingdevePmentsinoslarenergySolarEnergy~YTriPanagnostopoulosMSOuliotishitegratedcolleCtorstoragesolars。NswithAsmeircccpernectorsRenewableEn~Ilnciturkto,DursunPehlivanCevdetAkosmanDeVelopmentandtestingofaoslaralrhaeteriwhtcoincalconcentratorRenewableEnergy,~GMartinRenewableenergygetsthegreenlightinChicagoPowerandEnergyMagazine,~致谢作者在设计(论文)期间是在***老师的全面指导下进行的在设计期间*老师对我们进行一步步的教育引导耐心的指导我们完成了设计。在设计期间*老师教给我们的不仅仅是一个设计中的内容更通过设计中的一些事情、一些问题教会了我们许多在做事情时候需要抱有的态度以及在解决问题的时候的解决方法这些东西都将使我们受益终生。在此谨向*老师致以深深的敬意和衷心的感谢。同时也要感谢一同跟随*老师的同学们在设计期间给予我的诸多帮助。最后感谢评审老师们对本设计的耐心审阅本设计仍有许多问题今后若有机会会再进行改进。外文文献(一)原文DUALFULLBRIDGEPROTECTEDMOTORDRIVER(A)TheAisdesignedtodrivebothwindingsofabipolarsteppermotororbidirectionallycontroltwoDCMotorsBothHBridgesarecapableofcontinuousoutputcurrentsofuptomAandoperatingvoltagestoVFreewheeling,substrateisolateddiodesareincludedforoutputtransientsuppressionwhenswitchingmotorsorotherinductiveloadsForeachbridgethePHASEinputcontrolsloadcurrentpolaritybyselectingtheappropriatesourceandsinkdriverpairTheENABLEinput,whenheldhigh,enablestherespectiveoutputHbridgeWhenbothENABLEpinsareheldlowthedevicewillenterSLEEPmodeandconsumelessthanmATheisprotectedtoensuresafeoperationinharshoperatingenvironmentsandwasdesignedspecificallyforautomotiveapplicationsProtectioncircuitrywillcheckforopenorshortedload,motorleadshorttogroundorsupply,VBBovervoltage,VCCundervoltage,andthermalshutdownIfanyoftheseconditionsaredetectedtheoutputswillbedisabledandfaultinformationwillbeoutputtodiagnosticpinsFAULTandFAULTTheissuppliedinachoiceoftwopowerpackages,aleadplasticDIPwithacopperbatwingtab(suffix‘B’),andaleadplasticSOICwithacopperbatwingtab(suffix‘LB’)Inbothcases,thepowertabisatgroundpotentialandneedsnoelectricalisolationFEATURES()V,±mAContinuousOutputRating()VLoadDumpSurvival()OutputShortCircuitProtection()CodedFaultDiagnosticOutputs()LowCurrentStandbyMode()OpenLoadMonitor()LowCurrentStandbyMode()VBBOverVoltageShutdown()InternalThermalShutdownCircuitry()InternalLowParasiticFreeWheelingDiodes()CrossoverCurrentProtectionABSOLUTEMAXIMUMRATINGSatTA=°COperatingSupplyVoltage,VBBVNonOperatingSupplyVoltageVOutputCurrent,IOUT±mA*LogicSupplyVoltage,VCCVFaultOutputVoltageVLogicInputVoltageRange,VINVtoVCCVPackagePowerDissipation(TA=°C),PDAKLBWAKBWOperatingTemperatureRange,TA°Cto°CJunctionTemperature,TJ°CStorageTemperatureRange,TS°Cto°C*Outputcurrentratingmaybelimitedbydutycycle,ambienttemperature,andheatsinkingUnderanysetofconditions,donotexceedthespecifiedcurrentratingorajunctiontemperatureof°CPARTNUMBERPACKAGERØJARØJTAKLBLeadSOICCWCWAKBLeadDIPCWCWInputLogicPHASEENABLEOUTAOUTBXOFFOFFLOWHIGHHIGHLOWFaultLogicFaultConditionFAULTFAULTThermalShutdownLOWLOWShorttoBatteryorOpenLoadLOWHIGHShorttoGroundHIGHLOWNormalOperationHIGHHIGHAPPLICATIONNOTESOpenLeadProtectionDuringnormalPWMoperationdiagnosticcircuitrywilllookforaminimumsourcecurrentlevelafterabridgeissignalledonAdditionally,thediodeflybackismonitoredontheproperoutputThelogicwillsignalafaultanddisabletheoutputsifitdeterminesthatthecurrentisbelowtheminimumlevelANDnoflybackisoccurringIftheinductiveloadistoolarge,thecurrentwouldtaketoolongtoreachtheminimallevelandafalseopenloadwouldbereportedItisrecommendedthattheinductiveloadbelessthanmHShortCircuitProtectionInternalsenseresistorsinserieswithVBBandgroundwilltripthefaultcircuitryifgreaterthanAisdetectedTopreventfalseovercurrenteventsduetoreverserecoveryspikesoftheclampdiodes,thecurrentmonitorisblankedforusafterahighsideissignalledtoturnonIfanadditionalinputcommandfollowsaftertheinitialfault,theselectedpairofdriverswillpulseonfortheusblankingdurationTheshortcircuitfaultwillremembertheinputstatewherethefaultoccurredandwillwaitforthatparticularlogicstateaftertheshorthasbeenremovedbeforenormaloperationisallowedtoresumeThermalProtectionCircuitryturnsOFFalldriverswhenthejunctiontemperaturereaches°CtypicallyItisintendedonlytoprotectthedevicefromfailuresduetoexcessivejunctiontemperaturesandhasahysteresisofapproximately°CLayoutTheprintedwiringboardshoulduseaheavygroundplaneForoptimumelectricalandthermalperformance,thedrivershouldbesoldereddirectlyontotheboardTheloadsupplypin,VBB,shouldbedecoupledwithanelectrolyticcapacitor(>μFisrecommended)placedasclosetothedeviceaspossibleEnengyorSolarEnegryEnergymeansthepowerwhichdoesworkanddrivesmachinesAlllivingthings(includinghumans)relyonthesunasasourceofenergyCoal,petroleum,andnaturalgasareenergysourcesavailabletodaybecauseorganismsinthepastcapturedsunlightenergyandstoreditinthecomplexorganicmoleculesthatmadeuptheirbodies,whichwerethencompressedandconcentratedWiththedevelopmentofsociety,alargeofenergysourceshavebeenused,suchascoal,petroleum,naturalgas,geothermalenergy,nuclearfissionpower,nuclearfusionpower,solarenergy,andHydrogengashowever,underthecircumstances,thequantityofenergysourceislimitedunlimitedusageofenergysourceresultsinenergycrisisAtpresent,mostoftheenergyconsumedbyhumansisproducedfromfossilfuelsThegreatestrecoverablefossilisintheformofcoalandligniteAlthoughworldcoalresourcesareenomousandpotentiallycanfillenergyneedsforacenturyortwo,theirutilizationislimitedbyenvironmentaldisruptionfromminingandemissionsofcarbondioxideandsulfurdioxideThesewouldbecomeintolerablelongbeforecoalresourceswereexhaustedOnlyasmallpercentageofcoalandlignitehasbeenutilizedtodate,whereasmuchoftherecoverablepetroleumandnaturalgashasalreadybeenconsumedPetroleumhasseveralcharacteristicsthatmakeitsuperiortocoalasasourceofenergyItsextractioncauseslessenvironmentaldamagethandoescoalminingItisamoreconcentratedsourceofenergythancoal,anditburnswithlesspollution,anditcanbemovedeasilythroughpipesThesecharacteristicsmakeitanidealfuelforautomobilesSincefirstcommercialoilwellin,somewhatmorethanmillionbarrelsofoilhavebeenproducedintheUnitedStates,mostofitinrecentyearsInworldpetroleumconsumptionwasatarateofaboutmillionbarrelsperdayProjecteduseofpetroleumandnaturalgasindicatesrapiddepletionAlaskanoilcanhelpthepetroleumsupplyonlytemporarilyPeakworldpetroleumresourcesproductionwillbereachedwithinafewyearsSincethefirst"energycrisis"of,someconcreteactionshaveeventakenplaceHowever,theseveralfoldincreaseincrudeoilpricessincehasextactedatollIntheUSandotherindustrializednations,theeconomyhasbeenplaguedbyinflation,recession,unemployment,andobsolescenceofindustrialequipmentTheeconomiesofsomepetroleumdeficientdevelopingcountrieshavebeendevastatedbyenergypricesEnergycrisiswasaccompaniedbyworldwideshortagesofsomefoodsandminerals,followedinsomecasesbysurpluses,suchasthesurpluswheatresultingfromincreasedplantingandacoppersurplusresultingfromtheeffortsofcopperproducingnationstoacpuireforeigncurrencybycopperexportAsknowntoall,theavailabilityandcostofenergyhasbecomedominantfactorsinsocietytodayObviously,solvingthe"energycrisis"makesgoodsenseManyschemeshasbeenproposedforconservingpresentenergyresourcesandfordevelopingnewonesItisalwayspossibletouselessenergyinanyprocessTherefore,energyengineeriscreatedanddevelopedThefirstgoalofenergyengineeristodeterminethemethodsbywhichenergyutilizationisreducedbuttheoutputremainsthesame,orevenincreasesThesecondgoalistodeterminewhichmethodsofusinglessenergyarecosteffectiveConventionalengineeringtechniquesareusedtoevaluatedthemechanismsofenergyuseEconomicconsiderationsareofequalimportanceandlifecyclecostandsavingtechniquesareusedtodeterminecosteffectivemeasuresTheevaluationfocusesonthoseuseswhicharesignificantintheoverallpictureandattemptstodeterminethosetechnicalmeasuresthatcanreduceusageandsavemoneyMeanwhile,lookingforidealenergysourcesisalsoveryimportanttosolveenergycrisisTherecipeforanidealenergysourcecallsforonethatisunlimitedinsupply,widelyavailable,andinexpensiveitshouldnotaddtotheearth'stotalheatburdenorproducechemicalairandwaterpollutantsSolarenergyfulfillsallofthesecriteriaSolarenergydoesnotaddexcessheattothatwhichmustberadiatedfromtheearthOnaglobalbasis,utilizationofonlyasmallfractionofsolarenergyreachingtheearthcouldprovideforallenergyneedsSolarenergyisunlimitedinsupply,butitsexploitationandutilizationarelimitedowingtothelimitationoftechnologyandconditionsSolarenergyutilizationneedsanenormousamountofland,andthereareeconomicandenvironmentalproblemsrelatedtotheuseofevenafractionofthisamountoflandforsolarenergycollectionCertainly,manyresidentsofArizonawouldnotbepleasedathavingsomuchofthestatedevotedtosolarcollectors,andsomeenvironmentalgroupswouldprotesttheresultantshadingofrattlesnakehabitatSolarpowercellsforthedirectconversionofsunlighttoelectricityhavebeendevelopedandarewidelyusedforenergyinspacevehiclesWithpresenttechnology,however,theyremaintooexpensiveforlargescalegenerationofelectricityTherefore,mostschemesfortheutilizationofsolarpowerdependuponthecollectionofthermalenergy,followedbyconversiontoelectricalenergyThesimplestsuchapproachinvolvesfocusingsunlightonasteamgeneratingbiolerParabolicrefkectorscanbeusedtofocussunlightonpipescontainingheattransportingfluidsSelectivecoatingsonthesepipescanbeusedsothatonlyasmallpercentageofincidentenergyisreradiatedfromthepipes(二)翻译全双桥电机保护驱动器(A)A是一种用来驱动双极性步进电机双绕组的单片集成电路也可以用来双向控制两台电动机。双H桥能够连续输出±~mA的电流和V的运行电压。当开关电动机或者是其他感性负载时衬底隔离的续流二极管可以起到输出抑制的作用。对于每一个H桥相位(PHASE)输入端能通过选择合适的电源和驱动器控制电流的极性使能(ENABLE)输入置成高电平时可以使各自的H桥导通。当个ENABLE引脚都被置成低电平时芯片进入睡眠状态消耗不到微安的电流。A附加了许多保护功能以确保电路在苛刻得环境下工作并且为了应用于汽车而进行了特别设计。保护电路能够检测到负载开路或者短路、电动机短路接地或短路接电源、功率电源VBB过电压、逻辑电源VCC欠电压、过热关断等。如果检测到这些输入就会被禁止故障信息通过诊断引脚即为FAULT和FAULT输出。芯片特点:()具有V±mA的连续输出能力()具有V清除残存功能()具有输出短路保护()可输出编码的故障诊断信号()内部含有开路负载监视器()设有弱电流待命模式()设有负载开路监视器()具有功率电路电源VBB过电压关断功能()内部含有热关断电路()内部含有低寄生续流二极管()具备交叉式电流保护功能A工作环境与性能参数为:()运行供电电压VBB:V()输出电流IOUT:±mA()逻辑供电电压VCC:V()故障输出电压:V()逻辑输入电压范围VIN:V~VCCV()芯片功耗(TA°C)PD:W(AKLB)W(AKB)()工作温度范围TA:~°C()存储温度范围TS:~°C型号封装RØJARØJTAKLB脚(SOIC)CWCWAKB脚(DIP)CWCW输入逻辑关系PHASEENABLEOUTAOUTBXOFFOFFLOWHIGHHIGHLOW故障输出信号与故障种类的关系故障情况FAULTFAULT过热关断LOWLOW与电池短路或负载开路LOWHIGH与地短路HIGHLOW正常运行HIGHHIGH使用须知:开环保护电路:在正常情况下当一个桥路被保护后PMW操作诊断电路将会监视最低电源电流。同时扫描作用的二极管将会监视输出信号是否正确。如果输出低于最小值或监视电路出现故障逻辑电路将会输出错误信号并且停止输出。如果感性负载过大电流将会持续很长时间以接近最小值并且将会报告一个错误的开环信息。因此感性负载应小于mH。短路保护电路:当检测到大于A的电流后VBB与地的地的检测电阻将会访问故障电路。为防止由于钳位二极管的峰值反转而产生过电流事件的发生当前监视器在高位端被通知开启后自动暂停微秒。当出现一个故障引起的中断后其对应的驱动部分将会停止微秒。在正常操作被允许执行之前短路故障将会存储故障发生的输入状态并且会等待故障被移除的特殊逻辑信号的到达。热保护电路:当温度达到°C时保护电路将会关闭所有的驱动器。这是为了防止由于温度过高而产生故障温度范围为°C左右。电路板中部件的布局:为了达到最佳电特性与温度特性驱动部件应该紧贴着印刷板进行焊接。负载电源引脚VBB应接一个电解电容(建议大于μF)作为缓冲装置并且应该尽量接近驱动部件进行焊接。能源与太阳能能源就是能够用于工作和驱动机器的能量。所有的生物(包括人类)都是依靠阳光作为能量的来源。煤、石油和天然气都是可以利用的能源这些能源都是过去的生物体在太阳光能源的作用下生成复杂的存储这些能源有机分子结构经过长时间的压缩集中后生成的。大量的能源已经被使用如煤炭、石油、天然气、地热资源、核聚变能源、核裂变能源、太阳能和氢气等。然而在这种情况下由于许多能够产生能量的资源是不可再生的大量的使用这些能源可能会引起能源危机。目前人类的能源消耗主要体现在燃料资源的消耗上。现在的固体状能源主要是煤炭目前已知的加上潜藏的煤炭储量最多可使用一到两个世纪而且煤炭的开采和使用会破坏环境并且产生大量的二氧化碳与二氧化硫。当煤炭资源用尽前这些影响将会越来越恶劣。煤炭在能源的利用方面的比例已经越来越低而石油和天然气正在被大量的使用着。作为能源石油比煤炭有更大的优势。其开采地比煤炭更为集中因此对环境的破坏要少其燃烧产生的污染物要比煤炭少而且石油可以很容易的通过管道进行运输。同时这些优势使石油成为理想的汽车燃料。自从年第一个商业油田的建成以来美国已经生产了超过万桶石油其中大部分是在最近几年生产的。年全世界约消耗了万桶石油。石油与天然气资源在迅速的消耗着阿拉斯加出产的石油只能暂时缓解石油的供应危机。世界石油的生产将在几年之内达到最高值。自从~年的第一次“能源危机”以来已经出现了一些具体的措施。然而自年以来原油的价格已经提高了若干倍。美国和其他工业化国家一直受到通货膨胀、经济衰退、大批的失业和工业设备的过时的困扰。一些石油不足的发展中国家由于能源价格的关系其经济已经遭到破坏。在能源危机的同时世界范围内还有一些食品和矿产资源的短缺其次一些物品的生产则出现过剩如小麦和铜的生产过剩一些铜生产国将铜以铜币的形式出口。众所周知能源的供应和成本已经成为当今社会的一个主要的话题。很显然解决“能源危机”是非常有意义的。目前已经有许多节约能源和发展新能源的计划被提出来。在任何领域节约能源都是可行的。因而能源工程师这个职业产生并迅速发展起来。能源工程师的第一个提议是想办法减少能源的消耗同时保证产量不变甚至有所提高第二个提议是寻找降低能源成本的方法。传统的工程技术被用来评估能源利用的技术。周期成本与用于节省资金的方法与经济利益同等重要。评价的重点是整个大局中的重要性和减少浪费和使用的资金的方法。同时寻找更为理想的能源是非常重要的。解决能源危机的一种理想的能源的要求应该是无限的供应、能够被广泛的使用、价格低廉、而且其使用后不会添加地球的总热量的负担或者不会产生化学空气和水污染物的排放。太阳能满足这些标准其产生的多余的热量会从地球辐射出去。而且利用照射到地球的一小部分太阳能就能够提供地球所需的能源。太阳能的供应是无限的但是由于技术和条件的限制其开发和利用是有限的。太阳能的利用需要大量的土地还有经济和环境方面的要求而且这一部分土地上太阳能的收集也只能达到一小部分。当然亚利桑那州的许多居民渴不喜欢国家大力发展太阳能的收集而且一些环保组织也因为太阳能的收集对响尾蛇的生活习性等产生的影响而抗议太阳能收集装置的实行。太阳能电池能够将太阳能直接转化为电能而且已经广泛应用于空间飞行器能源的提供。然而以目前的技术水平如果应用于大规模发电其代价于昂贵。因此目前大多数太阳能发电方式仍旧是首先将太阳能转化为热能然后再将热能转化为电能。这种方式目前最简单的设计是蒸汽发电装置收集到的太阳能通过管道中的载热气体进行输送。这种管道使用涂层能够使运输过程中的入射能量只有很少部分的流失。YWm东西向步进电机控制电池板回归为日出前位置通过计算所得角度南北向步进电机控制电池板转向判断目前是否为整点判断目前是否为晚上六点读取计时芯片中的时间数据东西向步进电机控制电池板向西转过°判断目前是否为早晨六点图步进电机驱动器构成读取计时芯片中的时间数据开始保护NNYN驱动级推动级信号放大与处理环形分配器NNYY图自动跟踪子程序子程序结束是否已对准太阳?跟踪器自动快速指向太阳贮能装置逆变器交流负载直流负载太阳能采集装置转向机构控制部分自动调整跟踪对准太阳跟踪器当前位置是否为零点?计算太阳当前位置子程序开始图试验主流程图YYNN主程序结束试验结束?数据处理子程序温度控制子程序流量控制子程序数据采集子程序自动跟踪子程序试验开始?实验初始参数设置跟踪台自动回零主程序开始单片机计时芯片步进电机驱动芯片步进电机图控制部分结构自动跟踪系统程序流程图图跟踪系统的基本构成控制器图光电式太阳跟踪装置原理集热装置实验位置光敏传感器集热装置执行机构太阳实际位置WmWmWm电流AP驱动器P驱动器P寄存器P寄存器RAM地址寄存器RAMROM程序地址寄存器缓冲器PC增PCDPTR寄存器寄存器寄存器ACCSPALU运算中心PSW中断、串行口和定时器P~PP~P指令寄存器指令译码器定时控制器�EMBEDEquation���ALE�EMBEDEquation���RSTOSCP驱动器P驱动器P驱动器P驱动器P~PP~P图ATC的结构电压VNYunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknow
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