太陽能自動跟蹤裝置設計說明書
學校：桂林電子科技大學
院 （系）：機電工程學院
專業：建築環境與裝置工程
年級: 2008級
組員姓名：周燕、蔣冰芳、潘廣勳、雷國樑、
阮春暉、陸遠慶、韋政
指導教師：黃柳鈞
教師職稱：工程師
2023年04月07日
作品內容簡介
本作品由太陽能裝置和風能裝置兩部分組成。
太陽能裝置部分：該部分有太陽能電池板、渦輪蝸桿、步進電動機、控制電路組成。此控制系統根據當地每日日出時刻設定太陽能電池板初始朝向，使之與晨線平行，同時根據乙個恆星日長度（23小時56分4秒），預設步進電機轉速，使太陽能電池板始終正對太陽，實現最大功率跟蹤。
白天裝置通過微控制器控制步進電機的轉動，步進電動機控制蝸輪蝸桿傳動以保證此裝置按設定的速度轉動，使矽太陽能電池板最大限度地正對太陽光線，太陽光照射到太陽能電池極板產生的電流對蓄電池充電；太陽落山之後，一方面通過微控制器的控制步進電機驅動蝸輪蝸桿轉動，使裝個裝置按原來的方向返回到初始位置，次日繼續跟蹤；另一方面由蓄電池直流或交流供家庭用電使用。
風能裝置部分：該部分由機頭、葉片、發電機、尾翼、轉體組成。葉片用來接受風力並通過機頭轉為電能，尾翼是葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能，轉體能是機頭靈活地轉動以實現尾翼調整方向的功能。
風力發電機因風量不穩定，需經充電器整流，在對蓄電池充電，才能保證穩定輸出電流，以供家庭使用。當陰雨天時，風速較大時可以實現微控制器控制風力發電，並使太陽能板停止轉動，從而有效地利用太陽能板。
本作品通過太陽能、風能綠色能源作為互補原動力，保證全年無間斷供電
摘要該作品以太陽能、風能綠色能源作為原動力，最大效率地將太陽能、風能轉化為電能。裝置由太陽能電池矽板、可控電機、蝸輪蝸桿、風力發電機等器材組成，在晴天時，利用微控制器控制電機、通過蝸輪蝸桿的轉動控制使太陽能電池板始終正對太陽，實現最大功率跟蹤；晚上，電池板回到初始位置，保證第二天繼續跟蹤太陽；在陰雨天或是陽光不強的時候，風能發電同樣能滿足供電需要。利用太陽能和風能的互補性，保證全年無間斷供電。
該裝置克服了機械與電氣方面問題，保證綠色能源應用效益高，採能效率高，跟蹤精度高，裝置傳動方式簡單、可靠。
作品易於搬運，成本低，適合於偏遠山區、高原地區或游牧地區使用，如能正常投入生產使用，其投資**、盈虧平衡、enpv、eirr、enpvr等技術經濟指標均可實現在正常範圍之內。
關鍵：太陽能風能電源
一、研製背景及意義
雖然現在國家在逐步實現「村村通」的電力工程，但是對於許多偏遠山區，高原地區或是游牧地區，要實現電線到戶，家家通電是很難做到的；但是在這些地區，太陽能和風能都相對豐富，在通常情況下，白天太陽光強，夜晚風多，夏季日照好風弱，冬春季節風大，而陽光相對較弱，所以我們利用太陽能板和風力發電的模式把這兩種形式的能量轉化為電能，為他們提供生活必須的電能。
目前的在市場上也有太陽能與風能相結合的發電裝置，但是還存在以下不足：①產能功率不穩定，因為缺乏跟蹤，產能功率會隨著太陽光線的移動角度而發生不斷的變化，這種變化給電路帶來相當的麻煩；②風能收集不穩定：由於風向的改變，風力時大時小，在收集過程中能量不穩定；③太陽能板穩定性較差：
有的太陽能系統沒有考慮風速對其的影響，在遇到較大風速時可能會使其損壞；④產品**較昂貴，因為原材料的限制，其產品**降不下來，這實際上是該產品乙個相當大的制約瓶頸。
本作品以太陽能、風能綠色能源作為原動力，採用最簡單的單軸跟蹤方式，簡單方便，並且能實現全天全自動的跟蹤，最大限度的提高太陽跟蹤精度，完美實現適時跟蹤，最大限度提高太陽光能利用率；此外還配合風能發電，在陰雨天或是太陽光不強的時候，同樣能實現供電需要。該自動跟蹤裝置**實惠、效能穩定、結構合理、跟蹤準確、方便易用，能充分體現節能減排的設計理念。本作品結構生產技術簡單易產，成本費用比較低，適合於許多偏遠山區，高原地區或是游牧地區使用，如能正常投入生產使用，其投資**、產量銷售、盈虧平衡、enpv、eirr、enpvr等技術經濟指標均在正常範圍之內。
二、設計方案
2.1 電器控制
①裝置的整體電路設計
②太陽能裝置部分：
（1）控制系統圖示
電氣部分採用開環自動控制。控制過程簡單穩定。採用stc89c51+tbh6404+四相八排步進電機，實現電池板的對日追蹤。
該系統最大功耗模組為步進電機（5.4瓦），其餘部分皆為小功率元件（小於1瓦）。
（2）控制設計
微控制器程式設計：以24小時為乙個週期，從早上6點30分到晚上7點，每半個小時調整一次太陽能電池板朝向角度，每次調整7.2度，晚上7點從新將電池板朝向恢復。
並利用數碼管，顯示時間，方便安裝和調整。
③風能裝置部分:
小型200w/300w/400w風力發電機，體積小重量輕，靈敏度高，有2公尺/秒以上風速就能正常發電，更有效利用了能源。在太陽能發電系統中，合理應用小型風力發電機，組合成風光互補發電系統，能減少很多太陽板面積，降低造價，而且能充分利用陰雨天及夜晚等無陽光時段，持續補充發電。小型風力發電裝置適合在風力資源較好、市電保證不便的地區或者允許獨立供電的場合（如公路、公園、小區的路燈照明）使用，不僅符合國家政策要求使用新能源，環保節能，而且大大降低了工程造價。
2.2 機械部分
1）蝸輪設計引數
2）蝸桿設計引數
3 理論設計計算
①太陽能裝置部分：
1）太陽能發電部分理論發電效率
太陽能電池板功率p=60w。蓄電池蓄電效率約為98%，直流斬波降壓電路效率n=90%。最小系統板功耗大約0.
05w。步進電機一天工作26次，每次工作1分鐘，可以折算為大約p1=0.1w。
所以，該部分理論發電效率約為97%，幾乎不損耗。
2）模組設計計算
<1>太陽能電池板
本裝置的太陽能電池板為50w/12v
尺寸： 長×寬×高=320×160×25mm
<2>蓄電池
蓄電池充放電控制由於太陽能光伏發電系統的輸入能量極不穩定。太陽能光伏發電系統中隊蓄電池放電控制藥比普通電池充放電控制複雜。充放電控制電路設計的成功將決定成品的成功，乙個正確的控制電路應具有以下功能：
防止反充電功能，防止過充電功能，防止蓄電池過放電功能，鹽酸蓄電池的溫度補償功能。
<3>降壓/穩壓電路
考慮到該裝置為蓄電池直流供電，所以採用降壓斬波電路，脈衝調寬型。
降壓斬波電路圖
型號：12v7ah
脈衝發生裝置電路圖
<4>步進電機及驅動模組
步進電機是數字控制電機，它將脈衝訊號轉變成角位移，因此非常適合於微控制器控制。它的的驅動電路根據控制訊號工作，控制訊號由微控制器產生。當步進驅動器接收到乙個脈衝訊號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動乙個固定的角度，控制換相順序。
通過控制脈衝個數即可以控制角位移量，從而達到準確定位的目的。控制步進電機的速度，即給步進電機發乙個控制脈衝，它就轉一步，再發乙個脈衝，它會再轉一步，兩個脈衝的間隔越短，步進電機就轉得越快。同時通過控制脈衝頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。
步進電機：12v/0.42a 四相驅動模組使用thb6404晶元。
步進電機控制圖
步進電機控制（pcb）
<4>主控電路。
主控模組主要使用微控制器來控制電機轉動。
主控制圖（pcb）
②風能裝置部分:
為滿足金秀地區家庭用電需要，裝置設定額定功率為200w。
1）風能的計算公式
下面這個公式就是著名的「風能公式」：
e=1/2（ρtsυ3）
式中：ρ———空氣密度（千克/公尺2）；
υ———風速（公尺/ 秒）；
t———時間（秒）；
s———截面面積（公尺2）。
它是風能利用中常常要用的公式。由風能公式可以看出，風能主要與風速、風所流經的面積、空氣密度三個因素有關，其關係如下：
（1）風能（e）的大小與風速的立方（υ3）成正比。也就是說，影響風能的最大因素是風速。
（2）風能（e）的大小與風所流經的面積（s）成正比。對於風力發電機來說，就是風能與風力發電機的風輪旋轉時的掃掠面積成正比。由於通常用風輪直徑作為風力發電機的主要引數，所以風能大小與風輪直徑的平方成正比。
（3）風能（e）的大小與空氣密度（ρ）成正比。空氣密度是指單位體積（m3）所容納空氣的質量（千克）。因此，計算風能時，必須要知道空氣密度ρ值。
空氣密度ρ值與空氣的濕度、溫度和海拔高度有關。
架空乘人裝置設計說明
rjy37 36 500 煤礦架空乘人裝置 設計方案 貴陽高原礦山機械 設計方案 一 設計方案及說明 1 巷道原始資料 1.1斜長約 500 公尺 1.2平均坡度 36 度 a sin 1 頭尾高差 巷道全長 1.3最大坡度 36 度 1.4上平巷長 10 公尺 1.5下平巷長 20 公尺 1.6斷...
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球磨機傳動裝置設計說明書
設計 慄鵬祥 審核 吳緒奎 校核 黑龍江建築職業技術學院 2012年11月 目錄1.球磨機的總體初步設計3 2 球磨機的傳動裝置總體初步設計4 3電機的選擇及有關公式6 4 球磨機傳動詳細計算8 5結論11 6參考文獻12 1 球磨機的總體初步設計 1.1 球磨機的工作原理 球磨機的主要工作部分是乙...