汽车可折叠式太阳能板追光系统的设计与研究

作     者：孟宝 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏畅

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：新能源汽车 折叠系统 追光系统 太阳能 单片机控制 

摘      要：随着中国城镇化的进行,城镇中的人口迅速增加,这必将导致城市中的车辆的迅速增加。城市中车辆的迅速增加又会对城市的基础设施带来严重的挑战,同时也会造成城市的交通拥堵和环境污染。为了响应可持续发展战略、建设资源型社会的要求,政府鼓励新能源汽车发展。本课题中所研究的汽车可折叠式太阳能板追光系统便是新能源汽车的一种太阳能汽车的应用,该车所使用的能源来自太阳能。因为太阳能在使用的过程中安全、清洁、无污染且成本相对较低,而且太阳能技术目前也比较成熟。但是太阳的能量密度低且太阳能板转化效率也不高,因此怎样在有限的车顶面积上获取更多能量提高太阳能板的太阳转化效率显得尤为重要,这是太阳能汽车能否普及的关键性问题。本课题所提出的可折叠式太阳能板追光系统是解决此问题的有效途径之一。本文分析了目前太阳能板的折叠方式和追光方式,然后通过对比每种方式的优缺点并进行组合之后,提出了一种新的太阳能板折叠追光系统,该折叠追光系统可使车顶面积展开为原来的4倍,并且能够实现全天候、全方位、稳定、高精度的太阳追光,时刻保持太阳能板与太阳光线垂直。本系统采用C52单片机为控制核心并采用三总线的设计思想扩展单片机的I/O端口;采用平行重叠式的折叠方式,判断各折叠太阳能板组件是否完全展开是通过折叠限位开关的通断来确定;采用光电追光和太阳位置追光的综合式追光策略,即在晴天的时候系统进入光电追光模式,阴天时则切换为太阳位置追光模式。用光敏二极管来检测昼夜和阴晴,在光电追光模式下,使用四象限探测器作为光电检测传感器,然后经过信号处理电路和显示电路,最终通过显示电路的数值来确定太阳的方位,配合机械装置和驱动装置来最终使显示的数值为0V达到追光的目的。在太阳角度追光模式下,首先是系统读取时钟时间和日期计算出当地太阳的具体方位,然后系统分别读取太阳能板上和车身上的三维角度传感器的姿态角,通过角度修正得出太阳能板组件的方位与太阳方位的角度差,最后通过配合机械装置和驱动装置使太阳能板组件的方位与太阳的方位重合来实现追光目的。本文给出了折叠追光系统的整体设计、机械结构设计、硬件设计和软件设计,其中硬件和软件的设计是通过结构化和模块化思想来进行设计和研究的。在设计和研究的过程中,使用CATIA进行三维建模和装配,使用绘图助手进行绘制电路图,使用C语言进行编程,使用Keil4进行编译,最终通过整体调试完成系统的设计并进行相关研究。