光源跟踪随动系统设计 yangzhen - 图文

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

编 号：

审定成绩：

重庆邮电大学移通学院 毕业设计（论文）

设计（论文）题目： 光源跟踪随动系统

单 位（系别） ： 自动化系 学 生 姓 名 ： 杨朕

专 业 ： 电气工程及其自动化 班 级 ： 05110801 学 号 ： 0511080132 指 导 教 师 ： 蒋建春 答辩组 负责人 ： 程安宇

填表时间： 20 年 月

重庆邮电大学移通学院教务处制

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

摘要

目前太阳能是一种清洁无污染的能源, 发展前景非常广阔, 太阳能发电已成为全球发展速度最快的技术。然而它也存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题, 这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的, 没有充分利用太阳能资源, 发电效率低下。据实验, 在太阳能光发电中, 相同条件下, 采用自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%，因此在太阳能利用中进行跟踪是十分必要的。

本设计给出了一种基于单片机的点光源自动跟踪系统设计方案, 该设计使用TI公司的超低功耗的MSP430F149 单片机作为整个系统的控制核心，主要由电机驱动模块，点光源检测模块，电源转换模块等模块组成。利用4路光敏三极管(3DU33)来检测点光源的位置并将检测到的信号经过放大传给控制器MSP430F149单片机，经过单片机的运算和处理来确定点光源的运动趋势，并将运算的控制信号传给两台步进电机，使其跟随点光源运动。当水平方向上的2路光敏三极管测量数值相对接近，同时竖直方向上的2路光敏三极管测量数值也相对接近时，位于竖直传感器中间的激光笔将精确的指向点光源。同时将光敏三极管检测的信号显示在LCD液晶屏幕上。

本设计可以扩展为以后的太阳能发电的自动跟踪系统。该系统不仅能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板朝向, 结构简单、成本低, 而且在跟踪过程中能自动记忆和更正不同时间的坐标位置, 不必人工干预, 特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况, 有效地提高了太阳能的利用率, 有较好的推广应用价值。 【关键词】 MSP430 光源 跟踪 检测 传感器

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

ABSTRACT

Currently solar energy is a clean and pollution-free energy, the development prospects are very bright, solar power has become the world's fastest-growing technology. But it also has intermittent, light direction and intensity of the problem change over time, which the collection and use of solar energy put forward higher requirements. At present, many solar arrays are basically fixed, do not make full use of solar energy resources, power generation efficiency is low. According to experiment, solar power, the same conditions, power generation equipment using automatic tracking equipment than the fixed power generating capacity increased by 35%, so to track utilization of solar energy is necessary.

This design gives a light source based on single chip design of automatic tracking system, the design uses TI's MSP430F149 ultra-low power microcontroller controls the whole system as the core, mainly by the motor drive module, point source detection module, power supply conversion module and other modules. Using 4 phototransistor (3DU33) to detect the location of a point source is detected and amplified signal to pass the controller MSP430F149 microcontroller, operation and processing through the MCU to determine trends in the movement of light source, and operation of the control signal transmission to two stepper motors, to follow the point source movement. When the horizontal direction, 2-way phototransistor relatively close to measured values, while 2-way vertical phototransistor on the measured values are relatively close, the sensor is located in the middle of the vertical laser pointer to point to the exact point of light. Phototransistor detected the same time are shown on the LCD liquid crystal screen.

This design can be extended automatically for subsequent sun tracking system. The system can not only automatically adjust the direction of sunlight solar panels toward the simple structure, low cost, but also in the process of tracking memory and can automatically correct the coordinates of the location at different times, without human intervention, especially for more complex and non-weather people on duty, effectively improving the utilization of solar energy, has a higher value.

【Key Words】 MSP430 light source tracking detection sensor

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

目 录

前言........................................................................................................................................................ 6 第一章 绪论........................................................................................................................................... 7 第一节 太阳光能发电的发展背景及国外研究现状 .......................................................................... 7 第二章 系统设计方案 .......................................................................................................................... 8 第一节 系统设计概述 ...................................................................................................................... 8 第二节 主控芯片的选择 ................................................................................................................... 9 第三节 电机的选择 .......................................................................................................................... 9 第四节 电机驱动的选择 ................................................................................................................. 10 第五节 传感器的选择 .................................................................................................................... 10 第六节 LCD液晶显示器的选择 ...................................................................................................... 11 第七节 系统硬件设计 .................................................................................................................... 11 一

硬件方框图 ......................................................................................................................... 11

二 单片机MSP430 ........................................................................................................................ 12 三 步进电机 ................................................................................................................................. 15 四 液晶显示器 .............................................................................................................................. 16 五 信号放大器 .............................................................................................................................. 20 第八节 硬件电路图设计................................................................................................................... 20 一

电源转换电路设计 .............................................................................................................. 20

二 信号检测电路设计 ................................................................................................................... 21 三 步进电机驱动电路设计 ........................................................................................................... 21 四 键盘设计 ................................................................................................................................. 22 五 液晶显示器的设计 ................................................................................................................... 23 六 系统原理图 .............................................................................................................................. 24 第三章 印刷电路图的绘制 ................................................................................................................. 25 第一节 PCB图绘制的准备.............................................................................................................. 25 第二节 PCB的绘制......................................................................................................................... 25 第四章 系统仿真实验 ...................................................................................................................... 26

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

第一节 程序在硬件电路上的仿真 .................................................................................................. 26 第二节 程序在硬件电路上仿真的原理 ........................................................................................... 27 第三节 软件仿真.............................................................................................................................. 28 一 程序流程图 ............................................................................................................................ 28 二 源程序 ................................................................................................................................... 29 第四节 系统调试和分析 ................................................................................................................. 30 一

电机正转运行 ..................................................................................................................... 30

二 仿真结果与分析..................................................................................................................... 31 总结...................................................................................................................................................... 32 致谢...................................................................................................................................................... 33 参考文献 .............................................................................................................................................. 34 附 录.................................................................................................................................................... 35

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

图2-5 电源转换电路

二 信号检测电路设计

3DU33采集到光信号后，使整个电路导通，再通过运算放大器将微弱的电流信号放大，从而使单片机MSP40F149更好的处理信号。图中的R1为偏执电阻，可以调解工作点及稳定电路。

3DU33,在正常室内关照下，电流为微安级，选择15k的偏置电阻，放大十一倍后送至A/D。电路图如下图2-4所示：

图2-6 信号采集电路

三 步进电机驱动电路设计

为了构造完美的跟踪系统，本次设计应用了两个步进电机来配合跟踪系统工作。其驱动电机电路如下图所示

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

图2-7 步进电机驱动电路

基本原理作用如下： (1)控制换相顺序

通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C－D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断。

(2)控制步进电机的转向

如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。 (3)控制步进电机的速度

如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。

该电路采用恒压桥式驱动芯片L298N。L298N芯片可以驱动一个四相电机输出电压可高达50V，可以直接通过电源来调节输出电压。桥式整流电路虽然用了四肢二极管，但却克服了全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点。

四 键盘设计

本系统中键盘的作用是调整。如果点光源不在光敏三极管检测的范围就不能检测点光源的光照，所以需要手动调整步进电机使其寻找到点光源。键盘就在这个过程中应用。电路图如下图2-6所示：

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

图2-8 键盘电路

五 液晶显示器的设计

本系统中显示器主要是用来显示光敏三极管检测到的信号，给操作人员在 手动调整过程和自动跟踪过程提供参考的作用。选用了LCD液晶显示器型号为FYD12864-0402B。电路图如下图2-7所示：

图2-9 LCD液晶显示电路

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

六 系统原理图

本系统是有控制核心的MSP430F149单片机对光敏三极管检测的光源的信号进行分析和处理然后控制步进电机，使其跟随点光源移动。达到跟踪点光源的目的。系统的硬件主要有控制器MSP430F149单片机，电机驱动模块，点光源检测模块，显示模块，键盘，电源转换模块等模块组成的。原理图见附录三。

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

第三章 印刷电路图的绘制

第一节 PCB图绘制的准备

绘制原理图，并且生成对应的网络表。手工更改网络表将一些元件的固定用脚等原理图上没有的焊盘定义到与它相通的网络上。将一些原理图和PCB封装库中引脚名称不一致的器件引脚名称改成和PCB封装库中的一致。然后画出自己定义的非标准器件的封装库。在原理图中确认每一个元件的封装是正确。

第二节 PCB的绘制

在protel中新建一个PCB项目，在新建一个PCB文档。将新建的PCB文档和原理图都添加在PCB项目当中去，然后保存。接下来就将原理图中的元件封装全部导入PCB文档中，在就是合理的布置各个元件的位置并进行自动布线。然后检查线路连接的是否正确，如果有不正确的或者有没有连接上的话就重新调整位置在进行自动布线。最后如果还是有问题的还我们就采用手动连接线路。下面是我绘制的PCB图如图3-1所示（大图见附录2）

图3-1 印刷电路图

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

第四章 系统仿真实验

单片机以其较小的体积、低成本、高可靠性、高附加值等优点实现了过去一个很复杂的电路所能实现的功能，因而被广泛的应用，也取代了经典的控制系统；步进电机是一种将电脉冲转变为角位移的执行机构，可通过控制脉冲数来控制角位移量，从而达到准确的定位目的，也可通过控制脉冲的频率来控制电机的转速和加速度；本系统中通过proteus的单片机仿真来实现其功能，并且能够在仿真中看见十分近似于真实的结果。

本系统通过对步进电机的软件设计和硬件设计包括步进电机的结构、原理及应用，根据原理和硬件的设计利用c语言编写程序，经过反复运行和调试，实现单片机对步进电机的控制。由于在proteus7.7当中没有本设计选用的单片机MSP430F149，经过网上的一些了解得知本软件不能仿真MSP430F149单片机的系统，所以我们采用了比较常用功能相对强大的单片机AT89C51作为核心控制器来仿真步进电机的控制，也能达到仿真的效果。

第一节 程序在硬件电路上的仿真

基于单片机和proteus的步进电机控制电路的基本组成如图4-1所示。

控制台 单片机

LCD显示器 步进电机 图4-1 基于单片机和proteus的步进电机控制电路的原理框图

根据设计要求，采用的方案如下。硬件部分实现电机转动和速度显示功能，包括控制开关模块；电机转动模块和速度显示模块。软件部分实现对步进电机的控制功能，主要设计思想通过控制台控制程序的开关来控制电机的转动，由电机反馈回来的数据经单片机控制显示器显示数据。

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

第二节 程序在硬件电路上仿真的原理

步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，它的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，控制换相顺序，即通电控制脉冲必须严格按照一定顺序分别控制各相的通断。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的。控制步进电机的转向，即给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，若按反序通电换相，则电机就反转。控制步进电机的速度，即给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步，两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

1 步进电机模块（如图4-2所示）：

图4-2 步进电机

功能：单片机输出的程序通过转换器和电机驱动器给步进电机一个脉冲信号，使步进电机实现正转与反转。

2控制模块(如图4-3所示)：

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

图4-3 控制模块

功能：通过控制台实现对单片机程序的开与关。

3 LCD显示模块(如图4-4所示)：

图4-4 LCD显示器

功能：通过单片机输出的电机反馈信号使LCD显示器显示出步进电机的转动状态。

第三节 软件仿真

一 程序流程图

以驱动两相双极步进电机42BYG228为例。编写步进电机驱动程序。依据图2驱动电路，及电机特性，给出流程图，就可以方便地写出单片机控制步进电机的驱动程序。（如图4-5所示

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

图4-5 程序流程

显示转动方式 If(P3_5==0) 正转 If(P3_6==0) 反转 If(P3_7==0) 停止 If(P3_0==0) 加速 If(P3_1==0) 减速 判断按键 开始 按键 二 源程序

（见附录5）

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

第四节 系统调试和分析

一 电机正转运行

图4-7 电机正转结果图

电机正转显示CW

图4-8 电机反转结果图

电机正转显示CCW

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

二 仿真结果与分析

本设计采用51单片机AT89C51（晶振频率为12MHZ）对两相四线制步进电机进行控制。通过I/O口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片L298驱动步进电机。可以通过按键来对步进电机进行正转，反转及转速的控制。通过正反转按键可以使步进电机正转并在了LCD上显示当前的转速和转动方向（正转：CW;反转：CCW）。设计的步进电机基本能实现预期目标，经过调试和修改，但还是存在问题，比如按开关的时候会出现不稳定情况，转速有时比较乱，显示有时也有些不理想，后面的工作就是在软件和硬件等方面进行修改，以完全达到预期目标。

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

总结

本设计方案是基于MSP430F149单片机的点光源的跟踪系统，光敏三极管检测到的信号经过放大在送给单片机并处理并显示在液晶屏幕上，同时将处理的结果以脉冲的形式输出给步进电机，使激光笔跟踪到点光源的位置。在系统设计的过程中学习到了很多的知识，了解了一个系列的单片机MSP430，并学习了一些相关的理论知识还将其应用到了方案的设计当中去，同时也学习了步进电机的工作原理和驱动芯片的L298N的相关知识，了解了LCD液晶显示器FYD12864-0402B的显示过程。虽然在设计的过程中遇到了不少的问题，但是在老师的耐心的指导下，自己的不断努力学习和同学们的相互交流，最终圆满的解决了所遇的一切问题。本设计基本上能按照要求对点光源进行X/Y 轴方向的跟踪,。通过单片机对外部光电信号的采样转换，输出一定频率的脉冲。可根据控制系统的追踪时间要求来改变脉冲的频率，以此来改变步进电机的旋转速度带动工作台进行实时跟踪, 在电路中增加了手动校准电路，可以使光

敏三极管快速的寻找到点光源的大概位置，然后实施自动跟踪功能。

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

致谢

本设计的完成是在我们的导师蒋建春老师的细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了蒋老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢！导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！

在此论文撰写过程中，要特别感谢我的导师蒋建春的指导与督促，同时感谢他的谅解与包容。没有蒋老师的帮助也就没有今天的这篇论文。求学历程是艰苦的，但又是快乐的。感谢我的辅导员陶晗老师，谢谢他在这四年中为我们全专业所做的一切，她不求回报，无私奉献的精神很让我感动，再次向她表示由衷的感谢。在这四年的学期中结识的各位生活和学习上的挚友让我得到了人生最大的一笔财富。在此，也对他们表示衷心感谢。

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

参考文献

[1] 陈维,李戬洪.太阳能利用中的跟踪控制方式的研究[J]，能源工程,2003,(3),18-21 [2]李增国，传感器与检测技术[M]，北京航空航天大学出版社 2009 [3]李铁才,杜坤梅. 电机控制技术[M]，哈尔滨工业大学出版社, 2000

[4]宁爱华.步进电机的微机控制方法与高速特性分析.西南民族大学学报(自然科学版), 2003 [5]沈建华,杨艳琴.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M],清华大学出版社, 2008

[6]沈建华，杨艳琴，瞿晓曙.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M],北京：清华大学出版社，2004 [7]秦龙.MSP430单片机常用模块与综合系统实例精讲[M],北京：电子工业出版社，2007 [8]李朝清.单片机原理及接口技术[M].北京：北京航空航空航天大学出版社，1999 [9]胡大可．MSP430系列单片机C语言程序设计与开发[M],北京航空航天大学出版社，2003 [10]魏小龙．MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例[M],北京航空航天大学出版社，2002 [11]谢楷，赵健.MSP430F149系列单片机系统工程设计与实践[M]，机械工业出版社，北京，2009.7 [12]刘复华. 单片机及其应用系统. 北京：清华大学出版社，1992

[13]利尔达，沈建华，杨艳琴.MSP430系列16位超低功耗单片机实践与系统设计[M],清华大学出版社，北京，2005.4

[14]利尔达，沈建华，杨艳琴.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M],清华大学出版社，北京，2005.4

[15]丁金华,孙秋花. 串行时钟芯片DS 1302 的应用[J ] . 大连轻工业学院学报,1998, (1) ,40–45 [16]余永权.ATMEL89 系列(MCS - 51 兼容) Flash 单片机原理及应用[M] . 北京:电子工业出版社,2000 [17]Energy Comparison of Seven MPPT Techniques for PV Systems A Dolara, R Faranda, S Leva. Journal of Electromagnetic Analysis and Applications. Irvine: Sep 2009. Vol. 1, Iss. 3; p. 152 (11 pages) [18]Point-source violations: split-beam tracking of fish at close range Aquatic Living Resources, Volume 13, Issue 5, September-October 2000, Pages 291-295

James J. Dawson, Daniel Wiggins, Donald Degan, Harold Geiger, Deborah Hart, Barbara Adams

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

附 录

一、英文原文

The Basics of Solar Power for Producing Electricity

Using solar power to produce electricity is not the same as using solar to produce heat. Solar thermal principles are applied to produce hot fluids or air. Photovoltaic principles are used to produce electricity. A solar panel is made of the natural element, silicon, which becomes charged electrically when subjected to sun light.

Solar panels are directed at solar south in the northern hemisphere and solar north in the southern hemisphere (these are slightly different than magnetic compass north-south directions) at an angle dictated by the geographic location and latitude of where they are to be installed. Typically, the angle of the solar array is set within a range of between site-latitude-plus 15 degrees and site-latitude-minus 15 degrees, depending on whether a slight winter or summer bias is desirable in the system. Many solar arrays are placed at an angle equal to the site latitude with no bias for seasonal periods.

The intensity of the Sun's radiation changes with the hour of the day, time of the year and weather conditions. To be able to make calculations in planning a system, the total amount of solar radiation energy is expressed in hours of full sunlight perm, or Peak Sun Hours. This term, Peak Sun Hours, represents the average amount of sun available per day throughout the year.

It is presumed that at \sun\1000 W/m of power reaches the surface of the earth. One hour of full sun provides 1000 Wh perm = 1 kWh/m - representing the solar energy received in one hour on a cloudless summer day on a one-square meter surface directed towards the sun. To put this in some other perspective, the United States Department of Energy indicates the amount of solar energy that hits the surface of the earth every +/- hour is greater than the total amount of energy that the entire human population requires in a year. Another perspective is that roughly 100 square miles of solar panels placed in the southwestern U.S. could power the country.

The daily average of Peak Sun Hours, based on either full year statistics, or average worst month of the year statistics, for example, is used for calculation purposes in the design of the system. To see the average Peak Sun Hours for your area in the United States, U.S.-Solar Insolation Choose the area closest to your location for a good indication of your average Peak Sun Hours.

For a view of global solar isolation values (peak sun-hours) use this link: Global Peak Sun-hour Maps , then, you can use [back] or [previous] on your browser to return right here if you want to.

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

So it can be concluded that the power of a system varies, depending on the intended geographical location. Folks in the northeastern U.S. will need more solar panels in their system to produce the same overall power as those living in Arizona. We can advise you on this if you have any doubts about your area.

The four primary components for producing electricity using solar power, which provides common 120 volt AC power for daily use are: Solar panels, charge controller, battery and inverter. Solar panels charge the battery, and the charge regulator insures proper charging of the battery. The battery provides DC voltage to the inverter, and the inverter converts the DC voltage to normal AC voltage. If 240 volts AC is needed, then either a transformer is added or two identical inverters are series-stacked to produce the 240 volts.

The output of a solar panel is usually stated in watts, and the wattage is determined by multiplying the rated voltage by the rated amperage. The formula for wattage is VOLTS times AMPS equals WATTS. So for example, a 12 volt 60 watt solar panel measuring about 20 × 44 inches has a rated voltage of 17.1 and a rated 3.5 amperage. V × A = W

17.1 volts times 3.5 amps equals 60 watts

If an average of 6 hours of peak sun per day is available in an area, then the above solar panel can produce an average 360 watt hours of power per day; 60w times 6 hrs= 360 watt-hours. Since the intensity of sunlight contacting the solar panel varies throughout the day, we use the term \sun hours\as a method to smooth out the variations into a daily average. Early morning and late-in-the-day sunlight produces less power than the mid-day sun. Naturally, cloudy days will produce less power than bright sunny days as well. When planning a system your geographical area is rated in average peak sun hours per day based on yearly sun data. Average peak sun hours for various geographical areas is listed in the above section.

Solar panels can be wired in series or in parallel to increase voltage or amperage respectively, and they can be wired both in series and in parallel to increase both volts and amps. Series wiring refers to connecting the positive terminal of one panel to the negative terminal of another. The resulting outer positive and negative terminals will produce voltage the sum of the two panels, but the amperage stays the same as one panel. So two 12 volt/3.5 amp panels wired in series produces 24 volts at 3.5 amps. Four of these wired in series would produce 48 volts at 3.5 amps. Parallel wiring refers to connecting positive terminals to positive terminals and negative to negative. The result is that voltage stays the same, but amperage becomes the sum of the number of panels. So two 12 volt/3.5 amp panels wired in parallel would produce 12 volts at 7 amps. Four panels would produce 12 volts at 14 amps.

A charge controller monitors the battery's state-of-charge to insure that when the battery needs charge-current it gets it, and also insures the battery isn't over-charged. Connecting a solar panel to a

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

battery without a regulator seriously risks damaging the battery and potentially causing a safety concern.

Charge controllers (or often called charge regulator) are rated based on the amount of amperage they can process from a solar array. If a controller is rated at 20 amps it means that you can connect up to 20 amps of solar panel output current to this one controller. The most advanced charge controllers utilize a charging principal referred to as Pulse-Width-Modulation (PWM) - which insures the most efficient battery charging and extends the life of the battery. Even more advanced controllers also include Maximum Power Point Tracking (MPPT) which maximizes the amount of current going into the battery from the solar array by lowering the panel's output voltage, which increases the charging amps to the battery - because if a panel can produce 60 watts with 17.2 volts and 3.5 amps, then if the voltage is lowered to say 14 volts then the amperage increases to 4.28 (14v × 4.28 amps = 60 watts) resulting in a 19% increase in charging amps for this example.

Many charge controllers also offer Low Voltage Disconnect (LVD) and Battery Temperature Compensation (BTC) as an optional feature. The LVD feature permits connecting loads to the LVD terminals which are then voltage sensitive. If the battery voltage drops too far the loads are disconnected - preventing potential damage to both the battery and the loads. BTC adjusts the charge rate based on the temperature of the battery since batteries are sensitive to temperature variations above and below about 75F degrees.

The Deep Cycle batteries used are designed to be discharged and then re-charged hundreds or thousands of times. These batteries are rated in Amp Hours (ah) - usually at 20 hours and 100 hours. Simply stated, amp hours refers to the amount of current - in amps - which can be supplied by the battery over the period of hours. For example, a 350ah battery could supply 17.5 continuous amps over 20 hours or 35 continuous amps for 10 hours. To quickly express the total watts potentially available in a 6 volt 360ah battery; 360ah times the nominal 6 volts equals 2160 watts or 2.16kWh (kilowatt-hours). Like solar panels, batteries are wired in series and/or parallel to increase voltage to the desired level and increase amp hours.

The battery should have sufficient amp hour capacity to supply needed power during the longest expected period \sun\or extremely cloudy conditions. A lead-acid battery should be sized at least 20% larger than this amount. If there is a source of back-up power, such as a standby generator along with a battery charger, the battery bank does not have to be sized for worst case weather conditions.

The size of the battery bank required will depend on the storage capacity required, the maximum discharge rate, the maximum charge rate, and the minimum temperature at which the batteries will be used. During planning, all of these factors are looked at, and the one requiring the largest capacity will dictate the battery size.

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

One of the biggest mistakes made by those just starting out does not understand the relationship between amps and amp-hour requirements of 120 volt AC items versus the effects on their DC low voltage batteries. For example, say you have a 24 volt nominal system and an inverter powering a load of 3 amps, 120VAC, which has a duty cycle of 4 hours per day. You would have a 12 amp hour load (3A × 4 hrs=12 ah). However, in order to determine the true drain on your batteries you have to divide your nominal battery voltage (24v) into the voltage of the load (120v), which is 5, and then multiply this times your 120vac amp hours (5 × 12 ah). So in this case the calculation would be 60 amp hours drained from your batteries - not the 12 ah. Another simple way is to take the total watt-hours of your 120VAC device and divide by nominal system voltage. Using the above example; 3 amps × 120 volts × 4 hours = 1440 watt-hours divided by 24 DC volts = 60 amp hours.

Lead-acid batteries are the most common in PV systems because their initial cost is lower and because they are readily available nearly everywhere in the world. There are many different sizes and designs of lead-acid batteries, but the most important designation is that they are deep cycle batteries. Lead-acid batteries are available in both wet-cell (requires maintenance) and sealed no-maintenance versions. AGM and Gel-cell deep-cycle batteries are also popular because they are maintenance free and they last a lot longer.

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

二、原文翻译

太阳能发电的基础

太阳能发电板由天然成分的硅制成，受太阳光控制的电池板。太阳能电池板是针对南方太阳北半球与的北方太阳南半球（这是稍有不同，罗盘的南北方向）的角度由地理位置和纬度位置来安装的。通常，太阳能电池列阵的角度被设置在站点纬度加15度及实地纬度减15度，取决于冬季或夏季稍有的偏差。许多太阳能电池阵列处于一个没有偏见的季节性周期的角度相等的站点。

电荷被控制在光伏电池板内，对外输出一个低压（直流电）通常是6-24V，最常见的输出是12V，有效输出高达17V。12V只是一个名义上的参考电压，但是工作电压是17V或者更高的电压。就像您的汽车交流发电机充电为12V，可以超过12V。所以是有差别的参考电压和实际操作电压。

太阳的辐射强度变化是以每天的天气变化和时间的改变来变化的。在计划系统内计算太阳总的辐射量，是以太阳光充足时每平方米的辐射量计算的。这个界限代表一年四季的平均辐射量。

据推测，在“太阳峰值”时，热量以1000W/m，到达地球的表面。热量以每平方米1000千瓦时=1/米2收到的太阳能代表一个小时晴朗夏日一平米太阳辐射到地表面。一方面，美国能源部表示，每小时太阳到达地球的辐射量大于整个人类一年的能量总额。另一方面，美国西南部地区能放置大约100平方英里的太阳能板。

每日平均高峰太阳小时，或是基于全年统计最坏的一年或是平均每月统计数字，例如，用于计算系统的设计。要看到平均高峰小时的平均面积在美国，美国太阳日光浴选择区域最接近你的位置为您的平均高峰太阳小时的一个好征兆。

因此可以断定，系统的力量变化，取决于预定的地理位置。在美国东北部需要更多的太阳能电池板。如果你在这方面有任何怀疑的话，我们可以告诉你。

四个主要部件使用太阳能发电，其中规定普通日用120伏特交流电源：太阳能电池板、充电控制器、蓄电池和逆变电源。太阳能电池板负责保险监管的机构，负责对电池的安全充电。电池提供直流电压给逆变器，逆变器的直流电压转换为正常的交流电压。如果需要240伏交流，然后加上一个变压器或两个相同的变频器产生240伏特。

太阳能发电板的输出通常是瓦特，瓦数是由额定电压乘额定电流得到。公式为瓦数是伏特乘安培等于瓦特。例如12伏特60瓦特太阳能电池板面积约为20×44厘米，有17.1V的额定电压和3.5A的额定电流。 V×A =W

重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）

17.1伏特乘3.5安培均等60瓦特

如果平均每天有6个小时高峰太阳是在可利用的区域，那么上述太阳能发电板可能平均每天产生360瓦特小时的电力，60w计时6小时的4~24倍=360个瓦特小时。由于接触阳光的太阳能发电板，每天强度不一样，我们用“太阳峰时间”考虑平均时间。凌晨和午后的阳光辐射量比午间太阳辐射量小。自然地，多云天的太阳辐射量也比明亮的晴天的太阳辐射量小。当您的规划系统区域内的太阳辐射量明确后，平均高峰太阳小时也就列出了。

太阳能板可以串联或并联以增加电压电流。布线终端连接从一个小组到另一端的负极。由此正负电压的终端将产生两个的总和，但作为一个小组的电流不变。并行连接电线指正面和负面终端负转正。结果是电压不变，但电流得到一个总和。

充电控制器监测电池的充电状态，确保当电池需要充电时充电，并且确保电池不至于过放电。连接太阳能到一个电池需要充电控制器保证电池不受损害。

太阳列阵的充电控制器是额定的根据相当数量安培量来决定的。如果控制器的额定安培是20A的话就意味着您能连接20A的太阳能输出的电流。最先进的充电控制器是脉宽调制模块（PWM）—保险最有效的充电和延长电池寿命。更先进的最大功率点跟踪控制器还包括(MPPT)最大化当前进入的太阳能电池阵列小组的输出电压，增加对电池的充电安培。因为17.2伏特乘3.5安培等于60瓦特，那么电压下降为14伏特时安培量增加到4.28(14v×4.28安培=60瓦特)这就造成了充电仅有言论安培的19%增量。

许多充电控制器也提供低压断开(LVD)简介及电池温度报偿(BTC)作为一种任选功能。LVD特点允许连接装载到电压敏感的LVD终端。如果电池电压下降太大是分离的，预防潜在的对于电池和装载的损坏。BTC调整充电率根据电池的温度因为电池对温度变异的敏感是在大约75度上下。

深度循环使用的电池在设计上释放，然后上百或数以万计的充电。这些电池的充电通常在20个小时和100个小时。简而言之，可以提供数小时的电流。例如，350AH的电池能供应17.5A的电流20小时或35A的电流十个小时。总瓦特可利用6V360AH的电池，即用6乘以360等于2160瓦特或2.16KWH。像太阳能电池板，电池架线平行增加电压至应有的水平，并增加电流的值。

在预期的时间内，无论是“没有太阳”或者是“多云”的情况，电池应该有足够的安培用以提供所需的电力容量。一个乙铅酸电池的规模至少应大于这一数额的20%。如果有一个备用电源的话，譬如一台备用发电机与蓄电池充电器在一起，那么就不用考虑最坏的天气的打算。

蓄电池的大小必须取决于存储容量的要求，最大放电率，最大充电率和电池使用时的最小温度。在规划过程中，这些因素都要考虑，并且根据那个要求最大的容量决定电池的大小。

其中最大的错误是在刚开始的时候不理解电流和电压的关系，120伏特交流电要求相对较低的直流电压电池。例如，您有一个24伏特的有名无实的系统和一台变换器供给3A的动力装载，120V的交流电每天能使用四个小时。您会有12个小时的装载（3A×4hrs=12）。但是为了确定真实的电流您必须为您的电池电压划分您的电池（24V）所能装载的电压（120V）。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6mu6.html