学士学位论文（设计）
基于单片机的太阳能电池板自动对光跟踪系统
摘要：本文是以AT89C52单片机为核心，设计了一个太阳能电池板自动对光跟踪系统。系统主要包括光敏传感器、
模数转换部分、单片机微处理器、步进电机和电机的驱动电路等，传感器采用光敏二极管作为光-电转换器件，将三个完全相同的光敏二极管分别放置于电池板三个方向分别对光照强度采集，然后由光敏传感器电路将光照强度转换为电压信号，再由ADC0809将电压信号转换为数字信号送入单片机，最后单片机将数字信号进行对比控制电机转动。该系统精度为4°，系统结构简单、操作方便、测量精度高、速度快。
关键词：太阳能自动跟踪；A/D转换；光敏二极管；单片机微处理器；步进电机
Solar Panel Automatically Tracking System Based on
Microcontroller
Abstract: Solar Panel Automatically Tracking System is designed based on AT89C52 microcontroller in this paper.The system includes photosensitive sensor, A/D converter, SCM,stepping motor , drive circuit of motor and so on. Photodiode as a light sensor - power conversion devices, the three identical photodiodes were placed in three directions panels were collected on the light intensity, then the light intensity will be converted to Voltage signal by the light sensor circuit, Voltage signal is put into SCM by the ADC0809 to convert digital signals,the SCM compare digital signals with digital signals to control motor rotation. The system accuracy of 4 °, the system is simple , easy operation , high accuracy, high speed. Keywords：Automatic tracking solar ; A / D conversion; Photodiode ;SCM;Stepping motor
I
成都学院（成都大学）学士学位论文（设计）
目 录
第1章 绪论 ..................................................................1
1.1 课题背景 ..............................................................1
1.1.1 能源现伏及发展 ..................................................1 1.1.2 我国太阳能资源 ..................................................1 1.1.3 目前太阳能的开发和利用 ..........................................1 1.1.4 太阳能的特点 ....................................................2 1.2 课题研究的目的 ........................................................2 1.3 课题研究的意义 ........................................................2
1.3.1 新环保能源 ......................................................2 1.3.2 提高太阳能的利用率 ..............................................3 1.4 太阳能光伏发电国内外的现状 ............................................3 1.5 太阳能追踪系统国内外研究现状 ..........................................4 1.6 论文的研究内容 ........................................................4 1.7 论文结构 ..............................................................5 第2章 太阳能自动跟踪系统总体设计 ............................................6
2.1 太阳运行的规律 ........................................................6 2.2 跟踪器机械执行部分 ....................................................6
2.2.1 立柱转动式要跟踪器 ..............................................6 2.2.2 陀螺仪式跟踪器 ..................................................7 2.2.3 齿圈转动式跟踪器 ................................................7 2.3 太阳能跟踪设计 ........................................................9
2.3.1 常用太阳能跟踪方案 ..............................................9 2.3.2 太阳能跟踪方案的确定 ...........................................10 2.4 太阳能跟踪传感器的设计 ...............................................10
2.4.1 光线和影子的关系 ...............................................10 2.4.2 跟踪传感器的跟踪精度 ...........................................11 2.4.3 太阳跟踪方案的确定 .............................................12 2.4.4 太阳光照强度的检测 .............................................14 2.4.5 太阳能跟踪传感器的设计制作 .....................................15 2.4.6 太阳能传感器电路设计 ...........................................19 第3章 系统硬件设计 .........................................................21
3.1 太阳能自动跟踪控制 ...................................................21 3.2 电源 .................................................................21 3.3 信号采集电路 .........................................................22 3.4 控制器 ...............................................................24
3.4.1 单片机简介 .....................................................24 3.4.2 单片机外围电路设计 .............................................25 3.5 模数转换 .............................................................25
II
成都学院（成都大学）学士学位论文（设计）
3.5.1 ADC0809说明 ....................................................26 3.6 步进电机及驱动 .......................................................28
3.6.1 驱动电路 .......................................................28 3.6.2 步进电机 .......................................................29 第4章 系统软件设计 .........................................................32
4.1 A/D转换部分 .........................................................32 4.2 光敏二极管比较法 .....................................................33 4.3 系统流程图 ...........................................................35 第5章 总结 .................................................................37
5.1 结论 .................................................................37 5.2 展望 .................................................................37 致谢 ........................................................................38 参考文献 ....................................................................40 附录1 系统硬件电路图 ........................................................42 附录2 程序清单 ..............................................................43
III
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.1.1 能源现伏及发展
能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。随着矿物燃料的日渐枯竭和全球环境的
不断恶化，很多国家都在认真探索能源多样化的途径，积极开展新能源和可再生能源的研究开发工作。当前，包括我国在内的绝大多数国家都以石油、天然气和煤炭等矿物燃料为主要能源。
虽然在可预见的将来，煤炭、石油、天然气等矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但人们对新能源的开发和利用日益重视特别是核能以及太阳能、风能、地热能、水力能、生物能等可再生能源资源的利用，在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。据统计，20世纪90年代，全球煤炭和石油的发电量每年增长l%，而太阳能发电每年增长达20%，风力发电的年增长率更是高达26%。随着科学技术的发展和新能源技术的发展可再生能源的将在未来的时代与不可再生能源抗衡甚至超过，从而结束矿物燃料垄断能源的局面。相对于日益枯竭的化石能源来说，太阳能似乎是未来社会能源的希望所在和发展方向。
1.1.2 我国太阳能资源
我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。我国地处北半球欧亚大陆的东部，土地辽阔，幅员广大。我国的国领土总面积达960×10km，居世界第三位，占世界总面积的7%。据估算，全国各地太阳年辐射总量达335～837KJ/cm·A，我国陆地表面每年接收的太阳辐射能约为50×10KJ。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、新疆、青海、内蒙古南部、陕西北部、山西、河北、山东、吉林西部、辽宁、云南中部和西南部、福建东南部、广东东南部、西部以及台湾省的西南部和海南岛东部等广大地区的太阳辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大，那里平均海拔高度在4000m以上，大气层薄而清洁，日照时间长，纬度低，透明度好。例如被人们称为“日光城”的拉萨市，1961年至1970年的平均值，阴天为98.8天，年平均晴天为108.5天，年平均云量为4.8，年平均日照时间为3005.7h，相对日照为68％，太阳总辐射为816KJ/cm·A，比全国其它省区和同纬度的地区都高。全国以四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小，其中尤以四川盆地为最，那里雨多、雾多，晴天较少。例如素有“雾都”之称的成都市，阴天达244.6天，年平均晴天为24.7天，年平均云量高达8.4年，平均日照时数仅为1152.2h，相对日照为26％。其它地区的太阳年辐射总量居中。
1.1.3 目前太阳能的开发和利用
人类直接利用太阳能有三大技术领域，即光热转换、光电转换和光化学转换，此外，还有储能技术。
[4]
2
18
[3]
2
4
[2]
[1]
太阳光热转换技术的产品很多，如热水器、采暖和制冷、干燥器、开水器，太阳灶和高温炉，温室与太阳房，海水淡化装置、热力发电装置、水泵及太阳能医疗器具。
1.1.4 太阳能的特点
太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大优点：
第一，它是人类可以利用的最丰富的能源，据估计，在过去漫长的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%，可以说是取之不尽，用之不竭。
第二，地球上，不存在运输问题，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，尤其对交通不发达的边远地区、海岛和农村更具有利用的价值。
第三，太阳能是一种干净洁净无污染的能源，在开发和利用时，不会产生废气、废水、废渣和噪音，更不会破坏生态平衡。 太阳能的利用有它的缺点：
第一，能流密度较低，日照较好的，地面上1平方米的面积所接受的能量只有1千瓦左右。往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置地面积大，用料多，成本增加。
第二，大气影响较大，给使用带来不少困难。
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1.2 课题研究的目的
本课题研究一种基于光影传感器的太阳光线自动跟踪系统，该系统能自动定位太阳位置和跟踪太阳光线，保证太阳能电池板平面始终与太阳光线垂直，提高太阳能转换的效率。
1.3 课题研究的意义
1.3.1 新环保能源
长期以来，世界能源主要依靠石油和煤炭等矿物燃料，燃烧时产生大量的二氧化碳，造成地生态环境恶化、球气温升高，而且这些矿物作为一次性不可再生资源，储量有限。据国际能源机构预测，随着社会的发展能源消耗持续增长，在不久的将来人类将面临矿物燃料枯竭的严重威胁。这种全球性的能源危机下，迫使各国政府投入大量的人力和财力，研究和开发新能源，特别是太阳能、核能等。
能源危机，环境保护成为当今世界关注的热点问题。据联合国环境规划署资料，目前矿物燃料提供了世界商业能源的95%，且其使用在世界范围内以每10年20%的速度增长。这些燃料的燃烧构成改变气候的温室气体的最大排放源，按照可持续发展的目标模式，决不能单靠消耗矿物原料来维持日益增长的能源需求。因此越来越多的国家都在致力于对可再生能源的深度开发和广泛利用。其中具有独特优势的太阳能开发前景广阔。日本经济企划厅和三泽公司合作研究认为，到2030年，世界电力生产的一半将依靠太阳能。
基于当今世界能源问题和环境保护问题已成为全球的一个“人类面临的最大威胁”的严
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[6]
重问题，本课题的目的是为了更充分的利用太阳能、提高太阳能的利用率，而进行太阳追踪系统的开发研究，这对我们面临的能源问题有重大的意义。同时太阳能又是一种无污染的清洁能源，加强太阳能的开发，对节约能源、保护环境也有重大的意义。
1.3.2 提高太阳能的利用率
太阳能是一种低密度、空间分布不断变化、间歇性的能源，这就对太阳能的收集和利用开成了巨大的阻碍。尽管相继研究出一系列的太阳能装置如太阳能电池、太阳能干燥器、太阳能热水器等等，由于利用率不高，所以太阳能的利用还远远不够。就目前的太阳能装置而言，如何最大限度的提高太阳能的利用率，仍是各国学者的研究热点。解决这一问题应从两个方面入手
[10]
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[8]
，一是提高太阳能的接收效率，二是提高太阳能装置的能量转换率，前者利
用现有的技术则可解决，而后者属于能量转换领域，还有待研究。太阳跟踪系统为解决这一问题提供了可能。不管哪类太阳能利用设备，如果太阳光能始终保持与它的集热装置垂直，并且收集更多方向上的太阳光，那么，它就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能。但是太阳在不停运动运动着，集热装置若想收集更多的太阳光，那就必须对太阳光线跟踪。香
[11]
港大学建筑系的教授研究了太阳光照角度与太阳能接收率的关系，理论分析表明:太阳的
跟踪与非跟踪，能量的接收率相差37.7%，进而提高了太阳能装置的太阳能利用率，所以我们应该在天之灵更精确的跟踪太阳可使接收器的接收效率大大提高，拓宽了太阳能的利用领域。
1.4 太阳能光伏发电国内外的现状
太阳能光伏产业是世界发展速度最快的行业之一，之所以世界各国均将太阳能光伏发电
作为新能源与可再生能源发展的重点是为了实现能源和环境的可持续性发展。在各国政府的大力支持下，世界太阳能光伏产业发展迅猛。根据截止到2006年的计算[12]：最近10年太阳能电池及组件的年均增长率达33%，最近5年的年均增长率达43%。2007年世界太阳能电池年产量达到3733MW，较2006年的2473.8MW增长1259.2MW，增幅高达50.9%。截止到2007年底，世界太阳能电池累计装机容量达到12300MW。2007年世界太阳能电池产量排名为：日本920MW，居第1位；中国821MW，居第2位；德国810MW，居第3位；中国台湾地区368MW，居第4位；美国266.1MW，居第5位。2007年世界太阳能电池厂产量的前3名为；德国Q-Cell为389.2MW，居第1位；日本夏普为363MW，居第2位；中国无锡尚德为327MW，居第3位。
晶体硅光伏电池技术持续进步，薄膜光伏电池技术加快研发。 主要表现在以下几个方面：
（1）晶体硅光伏电池效率不断提高。商业化单晶硅电池效率已提高到16%~20%，商用化多硅电池效率已提高到15%~18%。
（2）晶体硅光伏电池硅片厚度持续降低。已从20世纪90年代的350~400um，降到目前的180~280um.
（3）晶体硅光伏电池生产厂的单厂规模不断扩大。生产规模的不断扩大和自动化程度的持续提高，将使电池的生产成本大为降低。
（4）薄膜光伏电池研发取得新的进展，并开始积极推进生产线和示范项目的建设。 光伏电池和组件的生产本过高是影响太阳能光伏发电进入大规模商业化应用的主要障碍，致使光伏发电的度电成本比火力发电的度电成本竟高达8~10倍。几十年来，在技术进步和生产规模扩大等因素的推动与引领下，光伏组件的生产成本大幅底下降，从20世纪60年代第一个地面用光伏组件售价1500美元/Wp下降到300美元/Wp，到21世纪初已下降为3美元/Wp左右。到2003年，世界光伏公司光伏组件的生产成本已降到2~2.5美元/Wp。对于光伏组件和系统未来的降价趋势，国外许多机构做了预测，光伏发电的电价在2020年前是有可能降低到与火力发电的电价相竞争的水平。
1.5 太阳能追踪系统国内外研究现状
在太阳能跟踪方面，我国在1997年研制了单轴太阳跟踪器，完成了东西方向的自动跟踪，虽然南北方向通过手动调节，但是接收器的接收效率大大提高了。1998年美国加州成
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功的研究了ATM两轴跟踪器，并在太阳能面板上装有集中阳光的透镜，这样可以使小块的
太阳能面板硅收集更多的能量，使效率进一步提高。2002年2月美国亚利桑那大学推出了新型太阳能跟踪装置，该装置采用铝型材框架结构，结构紧凑，重量轻，利用控制电机完成跟踪，大大拓宽了跟踪器的应用领域。在国内近年来有不少专家学者也相继开展了这方面的研究，1992年推出了太阳灶自动跟踪系统，1994年《太阳能》杂志介绍的单轴液压自动跟踪器，完成了单向跟踪。
[14]
目前，太阳追踪系统中实现追踪太阳的方法很多，但是不外乎采用如下两种方式：一
种是根据视日运动轨迹追踪另一种是光电追踪方式，；前者是开环的程控系统，后者是闭环的随机系统。
1.6 论文的研究内容
本文所介绍的太阳跟踪装置采用了光影跟踪踪方式，可实现大范围、高精度跟踪。论文的主要工作包括:
（1）分析太阳运行规律，比较国内外主要的几种跟踪方案，提出合理的跟踪策略。 （2）分析传感器工作原理，分析该传感器大范围、高精度跟踪的可行性，还要设计光
电转换电路。
（3）选取控制芯片，分析系统的硬件需求，设计控制系统。 （4）设计控制方案，步进电动机以及驱动电路。
1.7 论文结构
第一章,绪论主要阐述了课题的研究背景、目的及意义，以及国内外太阳能的利用现状、太阳追踪方式的发展现状。
第二章,主要是对太阳自动追踪系统进行了总体设计，确定了系统的追踪方式。 第三章, 自动跟踪系统总体结构,光电转换器,单片机及其外围电路,步进电动机以及驱动电路。
第四章, 对自动对光跟踪系统软件进行设计。 第五章, 课题总结及展望。
第2章 太阳能自动跟踪系统总体设计
2.1 太阳运行的规律
由于地球的绕太阳的公转及地球自转，导致了地面静止物体相对于太阳运动。这种相对运动是周期性的可以预见。黄道天球极轴和地球极轴存在一个27度的夹角，引起了太阳赤纬角在一年中的变化。冬至时赤纬角为23度27分，然后开始减小，到春分时变为0度并继续增大，夏至时赤纬角最大为23度27分，并逐渐减小；到秋分时赤纬角又变为0，并继续
[15]
增大，直到冬至，另一个变化周期开始。
2.2 跟踪器机械执行部分
根据分析以前的跟踪器机械执行部分的优缺点以及成本等各个方面考虑，现列举以下几种常用跟踪器：
2.2.1 立柱转动式要跟踪器
图2-1立柱转动式跟踪器
[16]
跟踪器的结构：大齿轮固定在底座上，主轴及其支撑轴承安装在底座上面(主轴相对
于底座可以转动)，小齿轮与大齿轮啮合，小齿轮连接马达1的输出轴。马达1固定在转动架上，转动架以及支架固定安装在主轴上，接收器、马达2安装在支架上面(接收器相对于支架可以转动)，马达2的输出轴连接在接收器上。
跟踪器实现自动跟踪的原理：当太阳光线发生偏移的时候，控制部分发出控制信号驱动马达1带动小齿轮转动，由于大齿轮固定。使得小齿轮自转的同时围绕大齿轮转动，因此带动转动架以及固定在转动架上的主轴、支架以及接收器转动；同时控制信号驱动马达2带动接收器相对与支架转动，通过马达1、马达2的共同工作实现对太阳方位角和高度角的跟踪。
系统特点：该跟踪机构结构简单，造价低。对于方位角的跟踪，利用齿轮副传动，能在使用功率较小的马达的同时传递足够大的动力，使用功率较小的马达降低了其能源成本和制造成本。整个跟踪器的结构紧凑，刚度较高。传动装置设置在转动架下。受到了较好的保护，提高了传动装置的寿命。
2.2.2 陀螺仪式跟踪器
图2-2陀螺仪式跟踪器
[17]
跟踪器的结构：传动箱1固定安装在支架上，马达1安装在传动箱1上，传动箱1
的内部是由蜗杆、蜗轮组成的运动副，马达1的输出轴连接蜗杆，环形支架安装在支架上面(环形支架相对于支架可以转动)，传动箱1的输出轴连接环形支架，传动箱2固定安装在环形支架上，马达2安装在传动箱2上，传动箱2内也是由蜗杆、蜗轮组成的运动副。马达2的输出轴连接蜗杆，接收器安装在环形支架上面(接收器相对于环形支架可以转动)，传动箱2的输出轴连接接收器。
该跟踪器可以选择不同朝向安装，当按照上图的朝向进行安装时，跟踪器跟踪的实现原理如下：当太阳光线发生偏移时，控制部分发出信号驱动马达2带动传动箱2中的蜗杆、蜗轮转动，再输出带动接收器相对于环形支架转动，跟踪太阳由东向西的运动；同时控制部分也发出信号驱动由马达1带动传动箱1中的蜗杆、蜗轮转动，再输出带动环形支架和接收器转动，跟踪太阳南北方向的运动，由此来实现对太阳的两个方向的跟踪。
系统优点：该跟踪机构结构简单。对于两个方向的跟踪，都利用蜗杆、蜗轮副传动，在紧凑的结构下得到很大的传动比，能使用功率很小的马达同时传递足够的动力，使用功率小的马达降低了其能源成本和制造成本；蜗杆、蜗轮副的自锁性能好，能防风防雨。结构紧凑，运动空间大。传动装置设置在传动箱内，受到了较好的保护，提高了装置的寿命。
2.2.3 齿圈转动式跟踪器
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机械结构
：马达1固定在支架上，马达1的输出轴连接小齿轮1，小齿轮1与齿圈1
啮合。齿圈1连接着主轴上，主轴安装在支架上(主轴相对于支架可以转动)，马达2安装在主轴前端的一块板上，马达2的输出轴连接小齿轮2，小齿轮2与齿圈2啮合，齿圈2连接着转动架，转动架安装在主轴上(转动架相对于主轴可以转动)。
机构实现自动跟踪的原理：当太阳光线发生偏离时。控制部分发出控制信号驱动马达1带动小齿轮1转动，小齿轮带动齿圈1和主轴转动；同时控制信号驱动马达2带动小齿轮2。小齿轮2带动齿圈2和转动架转动，通过马达1、马达2的共同工作实现对太阳方位角和高度角的跟踪。
图2-3齿圈转动跟踪器
系统特点：该跟踪机构结构简单，造价低。两个方向的跟踪都利用齿轮副传递动力，能在使用功率较小的马达的同时传递足够大的动力，使用功率较小的马达降低了其能源成本和制造成本；由于使用半个齿圈，能在紧凑的结构下得到较大的传动比。结构紧凑，运动空间大。
2.2.4本课题的机械设计方案
机构结构：马达1固定在支架上，马达1的输出轴连接小齿轮1，小齿轮1与大齿轮啮合。把齿轮连接着主轴上，主轴安装在支架上(主轴相对于支架可以转动)，马达2安装在主轴前端的一块板上，马达2的输出轴连接小齿轮2，小齿轮2与齿圈啮合，齿圈连接着太阳能板，转动架安装在主轴上。
机构实现自动跟踪的原理：当太阳光线发生偏离时。控制部分发出控制信号驱动马达1带动小齿轮1转动，小齿轮带动大齿轮和主轴转动；同时控制信号驱动马达2带动小齿轮2。小齿轮2带
图2-4本课题的机械设计方案
动齿圈和太阳能板转动，通过马达1、马达2的共同工作实现对太阳方位角和高度角的跟踪。
2.3 太阳能跟踪设计
2.3.1 常用太阳能跟踪方案
太阳能跟踪传感器的方案有很多种，其中最常用的方案是天文日立法、光电跟踪法和光影跟踪方法：
（1）天文日立法
根据安放点的经纬度等信息计算出一年中的每一天的不同时刻太阳高度度，将一年中每个时刻太阳相对于安放点的太阳光线角度存储到控制器存储机构中，使用时根据安放点时间对比出存储在控制器中的太阳光线角度信息调整太阳能电池板的角度，也就是靠计算太阳位置以实现跟踪。
优点：跟踪准确、可靠。
缺点：采用的是电脑数据理论，需要根据当地经纬度的数据而设定，一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新设定经纬度数据和调整各个参数；电路原理、控制技术、设备都很复杂，非专业人士不能够随便操作。
（2）光电跟踪法
传统的光电跟踪是采用一级传感器跟踪方式，这种跟踪系统由三大部件组成:位置传感器、控制器、跟踪执行机构。位置传感器主要由性能经过挑选的光敏元件或光敏传感器组成，如四象限光电池、光敏电阻等。控制组件主要接受从位置传感器来的微弱信号，经放大后送控制器，然后由控制器对传感器传来的信号做处理并产生控制信号给执行机构实现对太阳光线的跟踪
优点：定位准确。
缺点：主动搜寻的不确定性，有时容易捕捉到云层边缘的耀斑，阴天和晴天的过渡不好捕捉。
（3）光影跟踪方法
由于太阳运动时的角度变化会引起的地面物体的投影长度发生变化，根据光线的影子变化去计算太阳的位置通过投影长度去计算太阳光线角度变化，根据计算的太阳光线角度变化来调整太阳能电池板的空间姿态。
优点：跟踪准确度高，干扰小。
缺点：跟踪有一定的滞后性，阴雨天可能失效。 2.3.2 太阳能跟踪方案的确定
通过三个方案的比较，可以看出在太阳能自动跟踪的跟踪精度上，以上三个方案都可以达到对太阳高度角的准确定位和良好的跟踪精度。结合本课题的设计目的以及太阳能自动跟踪实用性考虑，本设计采用光影跟踪法。通过设计新型的光影跟踪传感器，提高了光影的传感器的跟踪精度，及时跟踪太阳的角度变化，同时把变化的太阳高度角度度数字化，把数字化后的数字信号送入单片机，由单片机编程整理数据，将数据做比较再根据比较结果执行控制指令产生控制信号调整小型的或大型的太阳能发电的太阳能电池板角度，达到实时自动跟踪的目的，但由于较重的阴雨天时光影不明显所以光影跟踪可能会出现的失效。由于较重的阴雨天时光照强度较低，光电转换的效率极低，所以电池板角度的调整也不会对对太阳能电池板光电转换的效率影响太大。
2.4 太阳能跟踪传感器的设计
2.4.1 光线和影子的关系
太阳的辐射由太阳光线的传播到达地球的。而太阳光线是以直线的形式传播的。地球和太阳的距离大约在1.5 亿公里，而地球的直径只有将近1.3万公里，所以可以认为地球相对太阳是一个质点，太阳的光线是以平行线的方式到达地球表面的。
当光线被不透光物体遮住时，在物体的背面将形成光影，光影的长度不紧与物体高度有关而且和光线的角度也相关。地球每天不停自东向西自转，同时地球也围绕太阳沿轨道作公转，所以地球上的物体相对于太阳是运动的。由于光线的直线传播使得静止在地面上的物体会产生光影，由于地球的自转和公转使得光影的长度会随便时间的变化而变化[19-21]。
由图 2-1 可以看出，光线的影子和太阳的照射角度有密切关系，如果把光线和地平线的夹角定义为太阳的高角度，在图2-1 中，a 就是太阳的高度角。物体的影子也随太阳高度角的变化下发生变化，影子的变化也和物体的高度有关。三个参数的关系是：
dHcot （2-1）
式中， d ——影子长度；
H—— 物体高度； a ——表示太阳高度角。
从这个公式可以看出，影子的长短和太阳的高度角及产生影子的物体高度有关。用这个公式也可以推导用影子的长短和物体的高度来计算太阳高角度的公式:
arccotdH （2-2）
可见太阳的方位角变化、高度角、影子的长度相关的，影子的长度和每天的时刻也是相关的，因此影子也可以用来测定时间，我国古代就是利用日影特性来得时刻的，通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。不同的时刻指针的影子在石制圆盘上的位置不同，通过多次反复试验，将不同时刻的影子位置刻在石盘上，当太阳光线射在石盘上时，那么就可以知道这时的时刻了。这就是古人利用影子特性来制作的时刻表。
在跟踪传感器的设计中，可以制作高度恒定的遮光物体，通过测量遮光物体在太阳光照射时所形成的影子长度来计算出太阳的高度角。
2.4.2 跟踪传感器的跟踪精度
通过以上的分析和结论，可以建立太阳能自动跟踪传感器的模型，如图2-4所示，如果把物体和地面的交点看作物体的中心，分析这个中心和太阳位置关系：当太阳的位置处于物体的正上方时，d 的长度为0，a 的角度为90 度。此时，可以认为太阳光线和这个物体的中心重合，而且这条直线垂直于地平线。如果把H 的值确定为一个固定值，那么当物体影子的长短发生变化时，太阳高度角a 就会相应的发生变化。物体影子的越长，高度角越小，反之，当物体影子长度越短，高度角越大，如图2-5 所示。
图2-4 太阳高度角与光线影子计算图
图2-5 影子长度和物体高度之间的关系
图 2-5 中，可以看出高度角和遮光物体的高度以及影子的长度之间的关系，古人就是利用影子特性来计时的
[17-24]
。从图2-2 中可以推导出跟踪角度精度，计算公式:
G(900acrcot式中，G --跟踪精度；
H --遮光物体高度；
H) （2-3） da --太阳高度角；
d --影子长度。
例如遮光物体高度是 90mm,影子长度6mm,通过公式可以算出，G 约等于3.21 度。通过这个公式，可以根据所需要的跟踪精度要求，求出需要的遮光板参数，设计出需要的遮光板。在太阳能自动跟踪系统中，影子的长度是一个时间变量，把这个长度的变化测量出来，然后通过系统对太阳能电池板的角度调整调整影子的长度，使影子的长度趋近于零，这样就实现太阳能电池板对太阳的自动跟踪，跟踪精度应该控制在5 度以内，以保证跟踪的准确性和即时性。
实际上，影子内的光照强度和光线照射的光照强度是有很大区别的，根据这点特性我们可以利用传感器将光线与影子偏移控制在一定范围内也就是控制传感器与太阳光线的夹角。实现精确自动跟踪的目的。
2.4.3 太阳跟踪方案的确定
根据光影关系可以设计出很多种跟踪器，由于太阳能跟踪系统是空间结构的。所以传感
器的设计必须是可以实现空间姿态的调整即水平转动角和太阳能电池板仰角调整。根据以上分析，可以设计一种简单的传感器方案达到上述要求，这种方案如图2-6 所示。
图2-6 四象限跟踪装置示意图
在这个方案中，如果太阳光线垂直于传感器平面那么我们自动跟踪结束。如果太阳光线不垂直于传感器平面，那么由于传感器遮光板的作用在传感器平面的不同象限内形成不同形状的光影。如果太阳自东向西运动，在图中是自1方向运动到2方面运动，1、2间的遮光板挡住光线在2象限中会形成光影，如果太阳光线从1到3方向移动，会在3象限产生光影，而且光影会随着光线偏移量的增加而变长。如果在太阳移动的时候调整传感器的角度使得光影的长度尽量在一个很小的范围内，那么我们就能实现太阳的自动跟踪。跟踪的精度与传感器的参数设置相关比如：遮光板的高度、传感器与遮光板的距离。
同理，从图 2-6 中，如太阳沿图中1 和3 中间的遮光板右方从左向下移动时，当太阳光线处于1、2象限遮光板的下方时由于遮光板的作用会在1、3象限形成光影。如果系统能同时对三个象限的数据作处理那么系统就能同时对电池板的水平角和仰角调整实现跟踪的目的。调整传感器的参数就可以实现系统的高精度跟踪。
通过上面的传感器方案，可以看出这个方案是比较各象限的光影位置，实现对太阳位置的跟踪，跟踪方式就是不停的比较各象限的光影位置和不断调整空间姿态。根据太阳在白天的运动轨迹，本设计的传感器方案在上面的基础上做了优化。每天太阳都是自东向西运动的轨迹，由于公转致使会出现南北方面夹角变化。因此，可以设计一个三象限的光影传感器，去对太阳进行跟踪，改进的方案设计如图2-7 所示。
图2-7 三象限优化跟踪装置示意图
由图 2-7 可以看出，太阳从东面升起，自东向西运动，在图中是自右向左运动，由于1、2 之间遮光板的作用，光线只照射在1 位置上，光线不能到达2 的位置，此时，调整传感器的水平角，直到光线能同时垂直照射在1 和2 上，此时，光线是和1、2 之间的遮光板平行的，垂直角调整结束。
当垂直角调整结束后，再去判断光线是否同时垂直照射在2 和3 上，可水以调整传感器的仰角。这样，先垂直后水平的调整，就完成了对太阳的跟踪。
由于外界因素导致太阳能电池板背面垂直于太阳光线，这时跟踪传感器三个象限的光照强度相同，所以不能对电池板姿态进行调整。为解决这个问题，在太阳能电池板背面安装一个与1、2、3象限特性相同的光敏二极管并定义为第4象限。当太阳能电池板背面垂直于太阳光线时，光线直射第4象限而在第1、2、3象限形成光影区，这时调整太阳能电池板转动180度，使跟踪系统能继续跟踪太阳位置，从而完善太阳能跟踪系统。
由于太阳移动缓慢，所以这个方案完全可以达到跟踪的要求。当人为原因移动了太阳能电池板位置时，系统也能及时对电池板空间姿态做出调整。这个系统使用器件少，不但节约成本而且系统电能消耗小更利于推广。
2.4.4 太阳光照强度的检测 （1）光通量与流明
光线所发出的光能是向所有方向辐射的，对于在单位时间里通过某一单位面积的光能，
称为通过这一单位面积的辐射能通量。各色光的频率不同，在可见光频率范围内眼睛对各色光的感官也是不同的，即使不同颜色光的辐射能通量相等，在视觉上也会产生不同的明亮程度，在各色光中，黄、绿色光能激起最大的明亮感。如果用绿色光作标准，令它的光通量等于辐射能通量，则对其它色光来说，激起明亮感觉比绿色光为小，光通量也小于辐射能通量。光通量的单位是流明，也表示光的强度，是英文lumen 的音译，简写为lm。简而言之，流明就是光束照在物体表面的量。一只40W 的日光灯输出的光通量大约是2100 流明。
（2）光照度与勒克斯
光照度可使用照度计直接测量。光照度的单位是勒克斯，是英文LUX 的音译，也可简写为LX。当被光均匀照射的物体在1 平方米面积上得到的光通量是1流明时，它的照度是1 勒克斯，（3）光强的检测 （3）光照强度的检测
光敏二级管管芯是一个具有光敏特征的PN 结，具有单向导电性。加上反向电压无光照时，有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时的内阻无穷大。当受到光照时,饱和反向漏电流增加形成光电流,它的大小接受光强度的变化而变化。这时光敏二极管的内阻非常小可以形成比较大的电流。因此，可以将光敏二极管接入电路中加上反向工作电压，当接受光照强度不同时在电路中也就产生了不同的电流强度，如果在电路中串接一个电阻，这时就可以引起电阻电压的变化。通过检测电阻电压的变化就可以检测出光强。
2.4.5 太阳能跟踪传感器的设计制作
由于光敏二级管的特性，它可以检测太阳的光照强度。光敏二极管放置在光线照射的区域和光线无法照射的光影区域，光敏二极管的内部特性会发生很大的变化，不同情况下的照度值如表2-1，由此我们可以用光敏二极管来检测太阳光的偏移量，然后调整系统空间姿态。
根据以上分析，本文设计了一个“3+1”象限式的太阳能跟踪传感器如图2-8 所示。在图2-8 中，传感器身用不透明的塑料板制成，挡住通过光板的光线。感光板的尺寸采用直径为 150mm 的圆板，图中大的遮光板采用直径为150mm 的半圆板，小遮光板采用直径为150mm 的四分之一圆板，这三者如图安装，它们之间安装要保持垂直。
表2-1 是不同情况下的照度值
环境情况 黑夜 月夜 阴天室内 阴天室外 晴天室内 照度值（LUX） 0.001—0.02 0.02—0.3 5—50 50—500 100—10000
夏季中午太阳光下的照度 阅读书刊时所需要的照度 家用摄像机标准照度 约为10的9次方50—60 1400
图2-8 跟踪传感器的设计
根据分析，这个传感器主要的目的是检测光线与传感器平面的偏移量。根据上面的公式及光敏二极管的特性，需要安装能光线偏移量的传感器—光敏二极管。根据光影关系，想要系统精度越高光敏二极管的距离要离遮光板越近，本科题中光敏二极管的直径是5mm，为保证安装的需要，图中1 的安装孔中心和大遮光板的距离是3mm，2、3 的安装孔中心和大遮光板、小遮光板的距离都是4mm。通过在1、2、3 的位置分别安装一个光敏二极管可以去光影偏移量，因此，也可以把三个孔叫作检测孔。
根据上面的公式和检测孔的距离及遮光板的高度，可以计算出这个跟踪传感器的跟踪精度G=(900 –arctg75/1.5),G 约等于1.1 度。根据光线形成的影子长度检测要求，需要在1、2、3 的位置分别安装一个光敏二级管，且三个光敏二级管的光照特性要保持一致，保证光线的明暗变化引起的内部阻值特性变化相同。
1.工作原理
在这个太阳能跟踪传感器中，由于二极管的光电特性一致，所以光线垂直于传感器时三个二极管均被光线照射认为光影长度为零。虽然太阳的光斑有一定的直径，但大小要远远大于这三个光敏二级管的最大距离。当光线与传感器有偏移量时，在传感器上会形成光影而且随着偏移量的增大而增长。这时由于光影区域和被光线照射的光敏二极管的特性不同，系统开始调整空间姿态直到传感器与光线垂直，就像向日葵一样朝向太阳。
2．工作过程
由图 2-8 看出，当太阳自东向西运动时，在某一时刻，光线会发生偏移，光线光照射在2象限内。由于遮光板的作用会在3象限形成光影当光影覆盖光电二极管后，这时2、3象限的光电二极管特性不同，认为太阳位置发生改变，设计电路将光线与传感器的角度偏移量测出来。
（1）太阳方位角的跟踪
根据光线和影子的特性，在白天，当光线的影子遮挡住照射到 1 位置的光敏二极管时，根据光敏二极管的特性可以得出2 位置的光敏二级管的内部阻值小于1 位置的阻值，此时应调整感光板垂直角度，即使这个跟踪器作以感光板的圆心为基轴的圆周运动，这样的动作可以使遮光板产生偏移，并逐渐使大一些的遮光板和太阳的光线平行，直到这两个光敏二级管的内部阻值达到一致，此时，光线就可以同时照射在1、2 的位置上。这样的一个调整，就能完成了对太阳能跟踪过程中对太阳方位角的跟踪。方位角的调整如图2-9 所示。 遮光板
阴影区
光线 太阳
图2-9 太阳方位角跟踪示意图
图 2-9 中，由于太阳的偏移所形成的阴影区大的大小可以使用光敏二极管检测，根据跟踪过程，阴影区一旦形成，并且这个阴影的大小遮挡住光敏二极管时，跟踪传感器要绕圆心作顺时针调整，直到遮光板和太阳光线平行，这样的调整，使阴影区逐渐消失，这个绕圆心作顺时针调整的角度就是太阳方位角的调整。
（2）太阳高度角的跟踪
同样原理，可以根据调整太阳方位角的方式进行高度角的调整，当太阳方位角的跟踪结束后，在对2、3 位置的光敏二级管的特性作比较。当光线不能同时照射到2、3 位置时，2，3 位置的光线影子长度是不同的，由于阴影的作用，使得2、3 位置的光敏二极管阻值特性会发生变化，其中一个位置的光敏二级管的内阻会远远小于另一个。根据变化，调整感光板的水平方位角，即使感光板绕2、3 的距离中点的直径作圆周运动，使小一些的遮光板也和太阳光线平行，这个调整直到遮光板不能遮挡光线为止。此时这两个位置的光敏二极管内部阻值一致，就完成了对感光板相对太阳的光线的水平角的跟踪，也就完成了一次对太阳高度角的跟踪。跟踪示意图如图2-10 所示。
图2-10 太阳高度跟踪示意图
图 2-7 中，太阳在图示中上下位置和传感器发生偏移时，传感器要作绕调整轴心的点作旋转运动，在图2-7 所示的情况下，传感器要作绕调整轴心的顺时针方向的调整，直到遮光板和太阳光线平行。消除阴影区，达到跟踪太阳的高度角的目的。
通过这样先定太阳方位角，后定太阳高度角的方式，就完成了一次对太阳方位的被动跟踪。这样的跟踪方式，只要太阳的位置发生偏移，就会在感光面上产生影子，影子的长度一旦超过一定范围。就会达到感光板姿态调整所需的条件，这个条件一旦形成，就会再一次调整感光板在空间中的两个方位，通过不停的检测比较、调整，就可以实现对太阳方位的实时跟踪。
根据设计及跟踪方式，传感器要注意以下几点： （1） 遮光板和感光板的材料要求
为避免材料的弯曲所造成的投影误差，遮光板和感光板在制作选材时，必须保证材料的平整度，必要时要使用水平尺来测量。
（2）遮光板和感光板的安装要求
为避免安装角度偏差造成的影子长度偏差，遮光板和感光板在安装时必须保证它们之间的垂直度，安装过程中必须使用直角尺等测量工具。 （3）检测孔加工要求
为避免检测孔安装光敏二极管后产生距离上的偏移，孔的加工必须严格按照选用光敏二极管的直径进行配钻，并保证安装光敏二极管后不会产生不必要的松动，保证使用中的检测
精度。
2.4.6 太阳能传感器电路设计
光敏二级管的特性决定了它在外部光线强弱变化条件下内部特性会发生变化，即相同电路在不同光照强度下通过光敏二极管的电流值不同。通过市电路将这种变化反应并采集这种变化量，能过这种变化量就可以计算光照强度的变化。本设计采用电流变化引起电阻两端电压变化的方式，如图2-11 所示。
图2-11 光电采集电路图
图 2-11 中，电源，光敏二级管，滑动变阻器，地线构成一个串联的回路。A点接在滑动变阻器的可调接头上，光敏二极管在不同光照强度的照射下自身特性会发会变化，这个变化会影响整个电路。当光照强度大时，整个回路中的电流值大，在A点相对地的电压值也大，同理，如果光照强度小时整个回路中的电流值小，在A点相对地电压值也小。由此，我们可以通过A点电压值的变化而知道光照强度的变化。
制作四个同样的采集电路，使这三路传感器都采用图2-8 一样的设计，这样，能保证这三路的工作状态一致，在实际应用中，首先，应调整这个传感器的初值。调整方法是：
1.首先保证四个电路中串联的光敏二极管在同样的光照强度，可以使用照度计来测量太阳的光照强度。
2.未加电源时，测量光敏二极管的阻抗特性，记录它们在相同光照强度下的阻值大小，如果阻值差别过大，重新选择光敏二极管，尽量保证选用的光敏二极管的特性一致。
3.电源施加5V 直流电压，测量A 点的对地电压，应在黑暗的环境和光照最强的环境中作分别测试，使用万用表测量电路中A 点的电压，如果三个电路中A 点的电压值出现差异，可以通过调整滑动变阻器来调整阻值大小，达到调整A点电压值的大小，保证四路电路一致。
通过这个方式的调整，可以保证传感器在实际应用的对光线影子长度测量的精度，可以提高跟踪的精度。
第3章 系统硬件设计
3.1 太阳能自动跟踪控制
太阳能自动跟踪系统中，要对太阳位置作出判断并且自动跟踪，必须对地面上的太阳能电池板的采光面姿态作出调整，这个姿态的调整用机械执行机构实现，机械的动作由控制系统来控制，整个控制部分由信号采集，信号处理，运算，发送控制指令等几部分构成，原理框图如图3-1 所示。
图3-1 系统原理框图
控制部分是一个自动化装置的核心。它能准确、有效的对动力的传动做出控制。对于太阳能自动跟踪发电系统来说，是离不开控制系统的。本文中的控制部分采用以STC89C52 单片机为核心的电子电路系统。用来控制太阳能电池板的空间运动，使太阳能发电板实时和太阳的光线保持垂直，实现自动跟踪的目的。
3.2 电源
由于AT89C52的工作电压范围为5V20%，传感器光第敏二极管采集光照强度转换成电路电流的工作电压是+5V，而蓄电池的输出电压要远高于5V，因此需要设计一个能够满足单片机和传感器工作要求的电源电路为整个控制系统提供稳定的电压。电源电路应具有稳压、滤波、隔离防干扰功能外，同时还应该防止瞬间脉冲干扰，才能保证单片机在恶劣的环境中正常运行。因此，采用性能稳定的三端稳压集成电路模块H7805来实现电压转换同时配合电容滤波，电源电路如图3-1所示。
H7805具有过热保护、短路保护、输出晶体管SOA保护，在输入电压为5-18V的直流电压情况下稳定输出5V直流电压，最大输出电流达1A。在H7805的输入端、输出端分别加上电容滤波使电压更平稳同时还具有防止瞬间脉冲干扰的作用。
图3-2 电源电路
图 3-2 中，用光电传感器采集光强信号，它的功能是把光线的强度变化信号转换为电路中的模拟信号。把经光电传感器转换后的模拟信号经A/D转换器转换为数字信号后送入控制器，由控制器对采集信号作出判断，并根据软件编程指令产生相应的控制信号控制驱动电路驱动步进电机调整电池板的高度角和方位角。，从而改变太阳能电池板的空间姿态实现自动跟踪的目的。
3.3 信号采集电路
信号采集的传感器采用光敏二极管将光强信号转换为电路模拟信号。光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增 加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。常见的有2CU、2DU等系列。
光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。
光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。
它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光敏二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。
光敏二极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。光敏二极管和普通二极管一样具有一个
PN结，不同之处是在光敏二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换，在电路图中文字符号一般为VD。
本文采用PT334—6C光敏二极管。PT334—6C晶体管是NPN型高速、高灵敏度晶体管，在一定电压下，不同光照强度与电流的关系如图3-3所示
图3-3 光照特性曲线
本课题中太阳能自动跟踪的信号采集实际上是光强的信号采集，由电路的欧姆定理：
RU （3-1） I式中，U ——电路回中的电压，单位是伏；
I ——电路回中的电流，单位是安培；
R ——电路回中的电阻，单位是欧姆。
可以推出公式：
UIR （3-2）
从公式中可以看出，在电路中如果电阻值恒定的，那么电路中电流的变化会引起电路中的相应电压变化。根据这个公式和光敏二极管的特性，设计一个简单的电路可实现系统中对信号采集的需要，采集电路如图3-4所示。
在图 3-4 中，由电源、光敏二级管、滑动变阻器构成回路。这个电路中，光敏二极管在光线强度变化下引起电路中电流变化，从而引起滑动变阻器两端的端电压发生变化输出端A的电压也相应发生变化。如果在电路中施加5V 电压，滑动变阻器的阻值调为5K，不计电路中其它的阻值变化，由公式可以计算出电路中输出端A的电压值。
表3-1 是光敏二极管在不同光照强度下的内部阻值及信号采集电路输出电压计算结果。由表4-1 看出，在不同光照强度下，电路中输出端的电压值变化明显。为不同光照强度下信号的采集提供了参考依据。
图3-4 信号采集电路
表3-1 不同光照强度下不同电阻值的输出电压
光照强度（LUX） 140 2000 4740 0 电阻值（KΩ） 26 7.2 3 >5000 输出电压（V） 0.8065 2.050 3.125 约为0 3.4 控制器 3.4.1 单片机简介
单片机是把微型计算机的微处理器、存储器、I/O接口、定时器/计数器、串行接口、中断系统、等电路集成电路芯片上形成微型计算机。因为而又称为单片微型计算机单片机由于功耗低、体积小、易于 产品化、适合温度范围广、抗干扰能力强等特点被广泛地应用于各种控制系统和分布式系统中。
单片机应用范围非常广泛，目前单片机已经渗透在我们生活的各个领域，几乎很难看到哪个领域没有单片机的踪迹。大到导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，以及计算机的网络通讯与数据传输和工业自动化过程的实时控制和数据处理，小到我们现在广泛使用的各种智能IC 卡，民用轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，还有自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械，这些都离不开单片机
[22]
。
3.4.2 单片机外围电路设计
本设计以AT89C52单片机作为整个系统的控制器。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，兼容MCS51指令系统；32个双向I/O口；片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256x8 bytes的随机存取数据存储器（RAM）；3个16位可编程定时/计数器中断，2个外部中断源，共8个中断源；低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
AT89C52单片机将对传感器的模拟信号转换为数字信号的整个数模转换过程进行有效的控制，同时对电机的驱动电路进行控制。单片机外围电路的设计应尽可能简单，其外围电路由晶振电路、复位电路、A/D转换、电机驱动电路。如图3-5所示。单片机的程序下载由AT89C52专用编程器下载。
图3-5 单片外围电路
3.5 模数转换
模数转换将模拟信号转换为数信号的器件，也叫A/D转换。模数转换器(ADC)的种类繁多，特性各异根据需求从中选择合的ADC 。A/D转换器的种类很多，按位数来分有，8位、9位、10位、12位、16位等。位数越高，分辨率也越高，但价格也越高。有单一的A/D转换器，也有含多路开关的A/D转换器。随着大规模集成电路的发展，多功能A/D转换器也问世，除自身的A/D转换功能以外，还有数据放大、采样-保持等功能，价格也越来越低。最重要的是明确使用目的，影响模数转换的主要因素是分辨率，分辨和转换的模拟通道数量不同。
分辨率率表示输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。计算公式如下：
UdUr （3-3） 2n式中，Ud ——最低分辨电压；
Ur ——输入电压；
n ——模数转换器的位数。
通过公式和对采集电路中输出电压值云计算作出综合分析，电路如果施加5V 电压，一个8 位的ADC 的最低转换电压是0.02V。 光线强度的微弱变化引起电路中电压值变化要远大于0.02V，一个8 位4通道的ADC 可以实现本设计的需要。
3.5.1 ADC0809说明
针对本课题的需要及多方面综合考虑，本设计中采用ADC0809 芯片作为控制电路中的模数转化芯片。ADC0809是含8位A/D转换器、8路多路开关，以及与微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件，其转换方法为逐次逼近型，精度是1LSB。在A/D转换器内部有一个高阻斩波稳定比较器，一个带模拟开关树组的256电阻分压器，以及一个逐次逼近型寄存器。8路的模拟开关的通/断由地址锁存器和译码器控制，可以在8个通道中任意访问一个单边的模拟信号。其原理图框图，如图3-6所示
图3-6 ADC0809原理图
这种器件无须进行零位和满量程调整。由于多路开关的地址输入部分能够进行锁存和译码，而且其三态TTL输出也可以锁存，所以易于与微型计算机接口。
从图3-6可以看出，ADC0809由两部分组成。第一部分为8通道多路模拟开关，其基本原理与CD4051类似，控制C、B、A和地址锁存允许端子，可使其中一个通道被选中。第二部分为一个完整的逐次逼近型A/D转换器，它由比较器、控制逻辑、数字量输出锁存缓冲器、逐次逼近型寄存器及开关树组和256R梯型电阻网络组成，由后两种电路（开关型树组和256R
梯型电阻）组成D/A转换器。控制逻辑用来控制逐次逼近型寄存器从高位到低位逐次取“1”，然后将此数字量送到开关树组，以控制开关K7 —K0是否与参考电平相连。参考电平经256R电阻网络输出一个模拟电压VC ，VC与输入模拟量VX在比较器中进行比较。当VC>VX时，该位Di=0；VC>=VX，则Di=1且一保持到比较结束。照此处理，从D7D0比较8次，逐次逼近型寄存器中的数字量，即与模拟量VX所相当的数字量等值。此数字量送入后存于锁存器，并同时发出转换结束信号
[23]
。
ADC0809的引脚功能如下： IN0～IN7：8路模拟量输入端。
START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平），表示A/D转换完毕。此信号可用做A/D是否转换完毕的检测信号，或向CPU申请中断的信号。
OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
CLOCK:实时时钟，可通过外接RC电路改变时钟频率。
ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。当ALE为高电平时，允许C、B、A所示的通道被选中，并把该通道的模拟量接入A/D转换器。
A、B、C：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 C为最高位，A为最低位。
D7D0：数字量输出端
REF（+）、REF（-）：参考电压端子。用以提供D/A转换器权电阻的标准电平。对于一般单极性模拟量输入信号，REF（+）=+5V、REF（-）=0V。
Vcc：电源端子，接+5V。 GND：接地端。
由于ADC0809 设计时考虑到若干模/数变换技术的长处而且成本低，所以该芯片广泛应用于过程控制、微处理器输入通道控制的接口电路等。在太阳能自动跟踪控制器中选用这个芯片，几乎可以同时转换8 路采集信号，并把信号送入单片机处理。
ADC0809各功能脚除Vcc、REF（+）、GND、模拟信号输入端以外均由单片机I/0口管脚直接控制，例如ADC0809的数字输出端D7D0由单片机P1口控制。ADC0809的模拟信号输入端经10K电阻接针JP2上，这样方便传感器电路与ADC0809连接，10K电阻起限流作用防止电流将ADC0809的模拟信号输入端击穿。电路图部分如图3-7所示。
图3-7 模数转换连接图
3.6 步进电机及驱动
3.6.1 驱动电路
驱动芯片采用的是ULN2003，ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN 达林顿管组成该电路的特点如下：
(1)ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻，在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。
(2)ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。
(3)ULN2003内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。它是双列16脚封装，NPN晶体管矩阵，最大驱动电压=50V，电流=500mA，输入电压=5V，适用于TTL COMS，由达林顿管组成驱动电路。ULN2003是集成达林顿管IC，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，它的输出端允许通过电流为200mA，饱和压降VCE 约1V左右，耐压BVCEO 约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大。故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K的电阻较为合适，同时，COM引脚应该悬空或接电源。
ULN2003是双列16脚封装，引脚功能如下： 1~7：输入端子 8：接地端子 10~16：输出端子
9：该脚是内部7个续流二极管负极的公共端，各二极管的正极分别接各达林顿管的集电极。用于感性负载时，该脚接负载电源正极，实现续流作用。
ULN2003与单片机以及步进电机的电路原理图如图3-8所示，由于使用的步进电机为5相4线电机，所以只使用了ULN2003的4个输入端子和4个输出端子，JP8为排针方便与步进电机连接。
3.6.2 步进电机
步进电机其功用是将脉冲电信号转换为角位移或线性位移的开环的控制元。电机的转速取决于脉冲信号的频率，电机停止的位置取决于脉冲信号的数量。而不受负载的影响。通俗一点就是当步进驱动器接收一个脉冲信号，步进电机就按设定的方向转动一个固定的角度。它可以通过控制脉冲数量来控制电机的角位移，从而达到精确定位的目的。因此非常适合单片机控制，推动了步进电动机的发展，步进电动机的应用开辟了广阔的前景。
[24]
按励磁方式分类，步进电动机可分为3大类：
图3-8 ULN2003APG与单片机的连接原理图
(1)反应式步进电动机又称为磁阻式步进电动机。它的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。它结构简单，成本低，步距角可以做得很小，但动态性能较差。
(2)永磁式步进电功机
永磁式步进电动机的转子是用永磁材料制成的。转子本身就是一个磁源。它的输出转矩大，动态性好。转子的极数与定子的极数相同，所以步距角一般较大。需供给正负脉冲信号。又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。移或直线位移，即给一个冲信。
(3)混合式步进电动机
混合式步进电动机也称为感应式步进电动机。它综合了反应式和永磁式两者的优点，它的输出转矩，动态性能好，步距角小，是一种很有发展前途的步进电动机。
步进电机的主要特性 （1）步距角
步距角指每给一个电脉冲信号电机转子所应转过的角度。步进电机的步距角是由转子齿。数和电机的相数所决定。典型的混合式步进电机是四相200步的电机，步距角为1.9选择步进电机时，步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度。电机的步距角应等于或小于此角度。 （2）矩角特性
矩角特性是指不改变各相绕组的通电状态，即一相或几相绕组同时通以直流电流时，电磁转矩与失调角的关系。 （3）响应频率
在某一频率范围内步进电机可以任意运行而不会丢失一步，则这一最大频率称为响应频率。通常用启动频率f作为衡量的指标。它是指在一定负载下直接启动而不失步的极限频率，称为极限启动频率或突跳频率。 （4）启动矩频特性
在给定的驱动条件下，负载惯量一定时，启动频率与负载转矩之间的关系称为启动矩频特性，又称牵入特性。 （5）运行矩频特性
在负载惯量不变时，运行频率与负载转矩之间的关系称为运行矩频特性，又称牵出特性。 （6）惯频特性
在负载力矩一定时，频率和负载惯量之间的关系，称为惯频特性。惯频特性分为启动惯频特性和运行惯频特性。 步进电机选择
因为蓄电压为12V所以选择35BYJ45步进电机，电机参数表3-2所示，电机外形图3-9所示
表3-2 35BYJ46步进电机
型号 电压（V） 电流(A) 电阻 (Ω) 35BYJ46 12V 0.92 130 步进角 (度) 7.5º 4 相数 额定转机身长 轴直径(mm) 5 重量 (g) 60 矩（NM） (mm) 78.4 42
图3-9 步进电机
第4章 系统软件设计
4.1 A/D转换部分
使用AT89C52单片机的时钟中断产生时钟脉冲，其频率控制在300kHZ。符合ADC0808时钟频率从10-1280KHZ的要求。ADC0809具有三态锁功能。将信号采集的4个端子与ADC0809的输入端相加，然后由单片机的3个I/O接口控制地址线的选择。这样就可以使用单片机对ADC0809 的任一转换通道进行控制。ADC0809 的转换时序如图4-1 所示。
图4-1 ADC0809转换时序图
ADC0809的模数转器每通道的转换是等待上一通道转换结束并由单片机发出读取指令以后再进行。由于单片机时钟是12MHZ所以，转换时间非常短，同时能扑采集各路采集电路电压的实时变化，这个设计，能实现太阳能实时跟踪的需要。
由图4-1可知ADC0809的操作时序为：
（1） 设置地址线选择A/B/C状态，选通对应通道，通道选择如表4-1所示， （2） ALE设置为高电平，对地址信号进行锁存，经译码后选通对应通道，被选中通道
的模拟量进入转换器进行转换。
（3） 设置ST信号：ST为启动转换信号。ST上跳沿清零所有寄存器，下跳沿开始A/D
转换；转换期间ST保持低电平。ST启动过程中，ALE信号与其保持一致。
（4） EOC：转换结束信号。当AD转换结束时，EOC变为高电平，表明转换结束。EOC
为低电平时，表示转换正在进行。故通常用EOC的状态判断转换是否结束，EOC
在ST信号下降沿10us后才变为无效的低电平，所以查询EOC状态的程序必须等到EOC无效后才开始查询。
（5） OE：输出允许信号。高电平有效，OE=1：输出转换得到的数据；OE=0：输出数
据线呈现高阻态。
（6） 读取数字信号。
表4-1 ADC0809通道选择表
A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 对应通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 4.2 光敏二极管比较法 系统采用光敏二极管光强比较法，设计出一种全新的光电转换装置，很好的实现了光电转换。它能够利用光敏二极管比较法实现对太阳水平、垂直方向的全方位跟踪，晚上便自动复位。当太阳的水平或垂直位置发生偏移时，D1、D2、D3、D4四个光电管中必有一个受阳光照射，这样就可确认太阳运动的方向了。D1、D2、D3、放置见图4-2，别外一光敏二极管D4放置于电池板背面。
传感器示意图如图4-2所示，利用光敏二极管在光照时电流发生变化的原理，将两个完全相同的光敏二极管分别放置于传感器东西方向如D1、D2所示。如果太阳光垂直照射太阳能电池板时，两个光敏二极管接收到的光照强度相同，所以它们的采样电压完全相等，此时电动机不转动。当太阳光方向与电池板垂直方向有夹角时，接收光强多的光敏二极管电流值减大，驱动电动机转动，直至两个光敏二极管的光照强度相同。另外一个放置一个光敏二极管D3，如果太阳垂直，同理电机不转动。如果太阳光方向与传感器有夹角，驱动电机转动，直到三个光敏二极管的光照强度相同。再放置一个光敏二极管D4在电池板背后，当太阳光线垂直于太阳能电池板背面时由于光敏二极管D4的接受的光照强度大于光敏二极管D1、D2、D3接受的光照强度通过程序控制调整电池板方位角的电机转动直到光敏二极管D1、D2、D3的光照强度大于光敏二极管D4的光照强度，光敏二极管D4的设置主要是为了方便每天太阳能电池板能自动复位。
这部分的程序设计很简单，只需要单片机检测4个光敏电阻所对应的单片机的4个引脚的电位的高低，就可以判断当时太阳的朝向，并对电动机发出相应的命令，程序流程图如图
3-3所示：
有其优点在于控制较精确，且电路也比较容易实现。
[24]
其控制主要由以下三部分来完成（1）信号采集部分
:
用光敏电阻实现信号采集的电路原理为桥式电路，电路的输出信号只与照射在两个光敏电阻上光强的相对值有关，不受外界环境的影响，增加了装置的抗干扰能力。
图4-2 传感器示意图
（2）数据处理部分
数据处理部分主要是由ADC0809是含8位A/D转换器、8路多路开关，以及与微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件，其转换方法为逐次逼近型，精度是1LSB。在A/D转换器内部有一个高阻斩波稳定比较器，一个带模拟开关树组的256电阻分压器，以及一个逐次逼近型寄存器。8路的模拟开关的通/断由地址锁存器和译码器控制，可以在8个通道中任意访问一个单边的模拟信号。
（3）控制单元
控制器由AT89C52及其相关电路组成，AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据
存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
4.3 系统流程图
开机之后，上电复位，系统进行初始化，初始化之后，系统进入光电追踪模式。系统主流程图如图4-4所示
N Y
N Y
N Y
图4-3 光敏二极管比较法程序流程图
图3-10 系统主流程图
第5章 总结
5.1 结论
本文的主要研究内容是太阳自动系统。本系统是基于单片机的自动控制系统，采用光影检测追踪模式，提高了系统的追踪精度。
（1）详细分析了国内外目前的太阳追踪方式，比较之后，选择了以单片机为控制核心的自动控制系统，由于天文日立法，主动追踪模式和光影追踪都有各自的优缺点，因此，经过比较采用光影踪模式。
（2）选择AT89C52单片机，通过比较选择了光敏二极管作为光电传感器，用4个光敏二极管连接成2组比较电路，实现判断太阳所在位置的功能，这样可以大大简化电路。 （3）按照各部分电路的设计将电路元件焊接到电路板上。联合硬件、软件、调试电路。
5.2 展望
由于本系统的实现技术要求比较高，而且课题研究的时间仓促，以及本人能力有限，因此还有很多地方存在着不足之处：
（1）系统稳定性需要加强：复位电路有时会出现不能自动复位的情况，尽管这种情况不常发生，但是一旦发生就影响系统的运行。
（2）在功能上需要更加完善：本系统没有设置报警装置，如果系统发生故障，系统不能做出报警动作，这样也会影响系统的追踪质量。 （3）在机械装置由于知识欠缺没有完成设计和制作。 （4）阴天情况下不能准确追踪的问题。
为了解决能源危机，太阳自动追踪系统已经成为世界范围内的研究热点。本人在经过研究之后，对其有了充分的了解，并相信太阳能必将成为世界能源的主体。因此，太阳自动追踪系统的研究对解决能源危机具有重大的意义。尽管，目前的太阳追踪系统还尚未成熟，但也有了很大的进步。希望有更多的人参与到这项研究中来，性能好、精度高、低成本的太阳自动追踪系统是我们的目标。
致谢
大学生活一晃而过，回首走过的岁月有收获也有遗憾。毕业论文已经接近尾声，在毕业设计这段历程中感概良多。
诚挚感谢我的毕业设计指导老师程浩老师，他在忙碌的教学工作中抽时间来指导我的毕业设计、修改我的论文。从选题、定题开始到论文的反复修改，程老师认真负责地给予我深刻而细致的指导，帮助我开拓思路、精心点拨、热忱鼓励。正是由于程老师的无私帮助和热忱鼓励我的论文才能顺利完成，谢谢程老师
我要感谢曾教过我们课程的老师,是他们拓展了思维开阔了视野。他们不但教会了我们专业知识还教会了我们为人处事的原则。是你们严谨的教学态度、悉心的教导指引着我们大学生活的道路。
我要感谢我们的班主任谷纯玉老师，虽然她并示跟我们有过课程上接触但是大学期间她对班级同学生活、学习无微不至的关怀让同学们纷纷称道。谷老师一直教育我们要脚踏实地要做小事做起、严格要求自己，我们将受益终身。
我要感谢身边的同学，他们积极帮助我查资料提出一些有利于我论文写作的意见，设计才得以不断完善。同时在大学生活中，我们一起学习相互鼓励。也是他们在我沮丧的时候安慰我，迷茫的时候开导我。
通过此次的设计，我学到了很多知识。在设计过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过毕业设计，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。
总之，此次毕业设计的过程，我收获了很多，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。
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附录1 系统硬件电路图
附录2 程序清单
#include unsigned char channel[]={0x01,0x02,0x03,0x04}; //通道选择编码 unsigned char R1_rotation[]={0x01,0x02,0x04,0x08}; // 电机1反转 unsigned char R2_rotation[]={0x10,0x20,0x40,0x80};//电机2正转 sbit ST=P3^6; sbit ALE=P3^3; sbit OE=P3^4; sbit EOC=P3^5; sbit CLK=P3^7; unsigned int East,West,North,Behind,count,i,j,k,a; void init(); void main() { init(); while(1) { P2=channel[i]; ALE=0;ST=0; ALE=1;ST=1; while(EOC==1); OE=1; East=P1; i++; //转换下一个通道 if(i==4) i=0; OE=0; ALE=0;ST=0; /*----------------------------------------------------------- 完成一次AD转换并读取 -------------------------------------------------------------*/ P2=channel[i]; ALE=1;ST=1; while(EOC==1); OE=1; West=P1; i++; //转换下一个通道 if(i==4) i=0; OE=0; ALE=0;ST=0; /*----------------------------------------------------------- 完成一次AD转换并读取 -------------------------------------------------------------*/ P2=channel[i]; ALE=1;ST=1; while(EOC==1); OE=1; North=P1; i++; //转换下一个通道 if(i==4) i=0; OE=0; ALE=0;ST=0; /*----------------------------------------------------------- 完成一次AD转换并读取 -------------------------------------------------------------*/ P2=channel[i]; ALE=1;ST=1; while(EOC==1); OE=1; Behind=P1; i++; //转换下一个通道 if(i==4) i=0; OE=0; ALE=0;ST=0; } } void init() { i=0; j=0; k=0; a=0; count=0; CLK=0; TMOD=0x02; //定时器初始化 TH0=0xD8;TL0=0xD8; EA=1;ET0=1; TR0=1; } void timer0() interrupt 1 { CLK=~CLK; 设定ADC0809的时钟频率为300K count++; if(count==20) { count=0; if(West>East) { } //如果东边光照强度更强向东转动 P0=R1_rotation[j]; j++; if(j==4) { } j=0; //如果西边光照强度更强向西转动 else if(West P0=R1_rotation[j]; j--; if(j==-1) { } j=3; if(West>North&&East>North) //如果北边光照强度大于南边向南边转动 { P0=R2_rotation[k]; k++; if(k==4) { } k=0; } if(West } if(Behind j++; if(j==4) { j=0; } } } } } 如果太阳光垂直于传感器 // 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 指导教师评阅书 指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 指导教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 评阅教师评阅书 评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 评阅教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年 月 日 教学系意见： 系主任： （签名） 年 月 日 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者（本人签名）： 年 月 日 学位论文出版授权书 本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。 论文密级： □公开 □保密（___年__月至__年__月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 作者签名：_______ 导师签名：_______ _______年_____月_____日 _______年_____月_____日 独 创 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二〇一〇年九月二十日 毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名: 二〇一〇年九月二十日 致 谢 时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。 首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。 首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。 其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。 另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。 最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。 四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。 回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。 学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。 在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。 最后，我要特别感谢我的导师赵达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容