太陽能作為一種可再生資源,它具有清潔、環(huán)保、可循環(huán)利用等優(yōu)勢,在世界各國被積極開發(fā)和利用。太陽能的應(yīng)用方式之一就是太陽光室內(nèi)照明。雖然國內(nèi)外對于太陽光導(dǎo)入室內(nèi)照明技術(shù)已有一定研究,但開發(fā)出的應(yīng)用設(shè)備造價(jià)昂貴、效率較低、穩(wěn)定性較差,這些因素都成為設(shè)備進(jìn)入市場、商業(yè)化的瓶頸。因此,開發(fā)出適合在我國應(yīng)用的廉價(jià)、高效、穩(wěn)定的太陽光室內(nèi)照明系統(tǒng)具有重要意義和研究價(jià)值。本文對太陽跟蹤及室內(nèi)導(dǎo)入系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了深入研究,在對當(dāng)前國內(nèi)外太陽跟蹤、太陽光采集及室內(nèi)照明技術(shù)分析、研究的基礎(chǔ)上,研制出了一套太陽光自動(dòng)跟蹤、采集的室內(nèi)照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對太陽光線的跟蹤、聚焦、傳輸及照明。為了提高太陽光的利用率,設(shè)計(jì)制作了一套雙軸跟蹤平臺及自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)能夠確保跟蹤平臺始終處于最大光強(qiáng)位置對日光進(jìn)行采集,再將采集聚焦后的日光耦合進(jìn)光纖并傳入室內(nèi),實(shí)現(xiàn)了太陽光到室內(nèi)照明的轉(zhuǎn)化。太陽跟蹤及導(dǎo)光系統(tǒng)由聚光器裝置、導(dǎo)光裝置、二維跟蹤平臺、微控制器系統(tǒng)、光纖及步進(jìn)電機(jī)六部分構(gòu)成。該系統(tǒng)選用菲涅爾透鏡作為聚光器實(shí)現(xiàn)對光線的聚焦,利用微控制器控制二維跟蹤平臺的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及角度,然后通過耦合將聚焦后的太陽光導(dǎo)入... 

【文章來源】：西安電子科技大學(xué)陜西省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：99 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題背景
        1.1.1 世界面臨的能源危機(jī)
        1.1.2 太陽能的特點(diǎn)和發(fā)展優(yōu)勢
        1.1.3 太陽能利用的方式
    1.2 太陽能利用和跟蹤系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 太陽能利用的國內(nèi)外現(xiàn)狀
        1.2.2 太陽跟蹤系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本課題的研究目的和主要內(nèi)容
    1.4 本章小結(jié)
第二章 聚光器及光纖的光學(xué)性能分析
    2.1 聚光比
    2.2 典型聚光器的性能分析
        2.2.1 透射式系統(tǒng)—菲涅爾透鏡聚光性能
        2.2.2 反射式系統(tǒng)—拋物面反射鏡的聚光性能
        2.2.3 反射式系統(tǒng)—復(fù)合拋物面（CPC）聚光性能
    2.3 聚光器的選擇和設(shè)計(jì)
        2.3.1 聚光器的選擇
        2.3.2 菲涅爾聚光器的設(shè)計(jì)
    2.4 光纖導(dǎo)光性能
        2.4.1 光纖發(fā)展簡史
        2.4.2 光纖的基本結(jié)構(gòu)和導(dǎo)光原理
    2.5 光源與光纖的耦合
        2.5.1 光源的分類
        2.5.2 光源與光纖的耦合方式
        2.5.3 聚焦光源與光纖的耦合分析
    2.6 本章小結(jié)
第三章 太陽自動(dòng)跟蹤及導(dǎo)光系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    3.1 太陽運(yùn)行規(guī)律和跟蹤策略
        3.1.1 太陽與地球的位置
        3.1.2 太陽運(yùn)動(dòng)的相關(guān)角度
        3.1.3 太陽跟蹤角度計(jì)算舉例
    3.2 跟蹤方案的確定
    3.3 光電檢測單元的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        3.3.1 光敏傳感器的選擇
        3.3.2 光電檢測單元設(shè)計(jì)
        3.3.3 檢測單元精度分析
    3.4 聚光導(dǎo)光與傳光裝置設(shè)計(jì)
    3.5 跟蹤控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
        3.5.1 微控制器的選擇
        3.5.2 MSP430單片機(jī)外部接口
    3.6 跟蹤控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
        3.6.1 軟件開發(fā)平臺
        3.6.2 系統(tǒng)主程序結(jié)構(gòu)
        3.6.3 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤程序設(shè)計(jì)
        3.6.4 光電檢測單元程序設(shè)計(jì)
    3.7 本章小結(jié)
第四章 機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)和動(dòng)力單元
    4.1 跟蹤裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)概述
        4.1.1 跟蹤角度范圍
        4.1.2 總體結(jié)構(gòu)構(gòu)思和設(shè)計(jì)
    4.2 方位角設(shè)計(jì)
    4.3 高度角設(shè)計(jì)
    4.4 跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)分析
        4.4.1 Pro/E/MECHNICA/Structure應(yīng)用介紹
        4.4.2 跟蹤裝置的靜力分析
        4.4.3 跟蹤裝置的模態(tài)分析
    4.5 動(dòng)力系統(tǒng)單元設(shè)計(jì)
        4.5.1 步進(jìn)電機(jī)概述
        4.5.2 步進(jìn)電機(jī)工作原理
        4.5.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇
    4.6 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與細(xì)分
        4.6.1 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式
        4.6.2 步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)
    4.7 步進(jìn)電機(jī)控制
        4.7.1 步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
        4.7.2 系統(tǒng)仿真與控制優(yōu)化
        4.7.3 步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)計(jì)算
        4.7.4 電機(jī)控制系統(tǒng)連接圖
    4.8 本章小結(jié)
第五章 系統(tǒng)調(diào)試和實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    5.1 系統(tǒng)裝置調(diào)試與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和準(zhǔn)備
    5.2 太陽跟蹤及導(dǎo)光系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
        5.2.1 二維跟蹤裝置實(shí)驗(yàn)平臺介紹
        5.2.2 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤模式實(shí)驗(yàn)
        5.2.3 實(shí)際跟蹤實(shí)物測試
        5.2.4 光傳輸及耦合效率測試
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)和展望
    6.1 全文工作總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者在讀期間科研成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]基于光纖導(dǎo)入技術(shù)的太陽敏感器設(shè)計(jì)與研究[J]. 李丹,周望,李燁.  光電工程. 2011(04)
[4]一種基于GPS的新型太陽光全自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 李紅艷,李建鵬,姬志飛,馮德軍.  工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置. 2011(02)
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博士論文
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碩士論文
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[2]菲涅爾透鏡及復(fù)合拋物面聚光器的設(shè)計(jì)與研究[D]. 姜磊.吉林大學(xué) 2011
[3]太陽光室內(nèi)照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D]. 李建鵬.山東大學(xué) 2011
[4]微波暗室性能測試支架及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 朱濤.華中科技大學(xué) 2011
[5]太陽能自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D]. 宿劍鋒.哈爾濱工程大學(xué) 2011
[6]精密光纖耦合系統(tǒng)研究[D]. 胡博宇.長春理工大學(xué) 2010
[7]指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具偏置機(jī)構(gòu)位置測控系統(tǒng)的研究[D]. 屠言輝.中國地質(zhì)大學(xué)（北京） 2009
[8]太陽光照明的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李敏.重慶大學(xué) 2008
[9]日光室內(nèi)導(dǎo)入系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 王玉玲.大連海事大學(xué) 2008
[10]光電跟蹤伺服系統(tǒng)智能控制研究[D]. 黃立新.哈爾濱工程大學(xué) 2008



本文編號：3027681