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太阳能自动跟随控制系统的设计

作　者: 喻龙昌
导　师: 余厉阳
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 视日跟踪无线通信嵌入式Web服务器精简TCP/IP协议栈
分类号: TM615
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 3次
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内容摘要

在世界经济飞快发展的今天，人类对能源的需求日益增加，致使传统资源日趋枯竭。能源危机已成为人类不得不面对的问题。不少国家已将目光转向了寻找可再生资源上，而太阳能以其独特的优点脱颖而出。目前太阳能已被不同程度地用在了多个领域，如太阳能发电。然而目前大多数太阳能发电跟踪装置在跟踪精度和智能控制方面存在一些不足。尤其在智能控制方面，依然使用跟踪装置自身独立控制的方式，这种方式既不利于系统的功能扩展，也不利于大规模集群化控制。此外，也没有充分利用互联网的优势，实现远程监控系统的功能。通过分析目前现有的控制方案存在的缺陷，本设计使用NRF905无线收发芯片实现一主节点控制多个从节点，实现跟随器的大规模集群化控制。此外，将主节点设计成为Web服务器并连入因特网，实现对系统的远程控制和监测。归纳起来，设计主要分为三部分：1、太阳能跟踪方案的研究通过比较目前的太阳能跟踪方法，确定抗干扰较强的视日跟踪法为本设计跟踪方案，以及对跟踪坐标系的研究，确定了太阳位置的计算方法。2、无线通信的设计基于点对多点的通信要求，设计了一个小型的无线数据通信网络。并根据实际的应用需要，确定了整个系统的网络拓扑结构、无线通信节点间的通信协议设计、无线数据帧格式的设计以及数据碰撞问题的解决。3、嵌入式Web服务器的设计根据嵌入式系统的特征，对原始TCP/IP协议栈进行相应的精简。将主控制器与网络进行连接，用户可以通过浏览器与服务器进行数据交互，从而达到对被控对象实现远程控制的功能。对上述几部分进一步的完善和丰富后对系统进行测试，测试结果表明系统可以精确地跟踪太阳，并且证明了在单片机上实现Web服务器的可行性以及整个系统的稳定性和实用性，在智能家居应用中具有可推广性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-14
  1.1 课题背景和研究意义  10
  1.2 太阳能跟踪技术的发展状况  10-12
  1.3 本文的主要工作以及章节安排  12-14
第2章系统总体设计  14-19
  2.1 系统设计目标  14
  2.2 系统设计框架  14-15
    2.2.1 主控制部分  15
    2.2.2 从控制部分  15
  2.3 系统通信协议  15-18
    2.3.1 通信网络拓扑结构的选择  16
    2.3.2 MAC 协议  16-18
  2.4 本章小结  18-19
第3章太阳能跟踪方案的研究  19-24
  3.1 太阳能跟踪的两种常用方法  19-22
    3.1.1 光电跟踪  19
    3.1.2 视日跟踪  19-22
  3.2 坐标系的选择  22-23
  3.3 本章小结  23-24
第4章系统及硬件设计  24-36
  4.1 处理器的选择  24
  4.2 无线通信模块  24-27
    4.2.1 nRF905 介绍  24-25
    4.2.2 nRF905 工作模式  25
    4.2.3 nRF905 的寄存器及 SPI 指令  25-26
    4.2.4 nRF905 收发流程  26-27
    4.2.5 处理器和 nRF905 模块的接口电路  27
  4.3 TFT 液晶显示  27-30
    4.3.1 ILI9320 驱动控制芯片  27-28
    4.3.2 FSMC 机制  28-30
  4.4 以太网控制器  30-32
    4.4.1 ENC28J60 介绍  30
    4.4.2 以太网数据包格式  30-32
    4.4.3 模块电路  32
  4.5 步进电机控制单元  32-34
    4.5.1 步进电机介绍  32-33
    4.5.2 步进电机驱动电路  33-34
  4.6 主从控制器总电路  34-35
  4.7 本章小结  35-36
第5章系统软件设计  36-66
  5.1 uC/OS-II 的移植与任务创建  36-42
    5.1.1 uC/OS 介绍  36-37
    5.1.2 移植步骤  37-40
    5.1.3 系统任务的创建  40-42
  5.2 uC/GUI 移植  42-44
    5.2.1 uC/GUI 介绍  42
    5.2.2 移植步骤  42-44
  5.3 无线通信程序设计  44-52
    5.3.1 nRF905 驱动程序设计  44-47
    5.3.2 隐藏终端问题及解决办法  47-48
    5.3.3 通信数据帧设计  48-50
    5.3.4 主机和从机通信流程  50-52
  5.4 嵌入式 TCP/IP 协议栈的精简设计  52-65
    5.4.1 嵌入式 TCP/IP 协议栈  52-53
    5.4.2 主程序流程  53-54
    5.4.3 以太网驱动程序的设计  54-58
    5.4.4 嵌入式 TCP/IP 协议的实现  58-62
    5.4.5 嵌入式 WEB 服务器的实现  62-65
  5.5 本章小结  65-66
第6章系统测试  66-75
  6.1 跟踪精度测试  66-68
  6.2 主从控制器  68-69
  6.3 无线通信负载量测试  69-70
  6.4 网络控制测试  70-74
    6.4.1 网络连通性测试  70-71
    6.4.2 WEB 登录和控制页面  71-74
  6.5 本章小结  74-75
第7章总结与展望  75-77
  7.1 工作总结  75
  7.2 工作展望  75-77
致谢  77-78
参考文献  78-81
附录  81

太阳能自动跟随控制系统的设计

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