基于LM3S811的太阳能电池用太阳光跟踪系统

夏雨磊

【摘要】 介绍了一种基于LM3S811超低功耗单片机为控制核心的太阳光跟踪系统。利用光敏电阻组成感光阵列，通过LM3S811判断后驱动步进电机控制系统对准太阳光，可有效的提高太阳能电池的光电转换效率。

【关键词】 LM3S811 太阳光跟踪

一、引言

太阳能电池作为绿色能源得到越来越多的应用，太阳能电池的发光效率与太阳光的入射角度有关，当入射光垂直时效率最高，通过太阳光跟踪系统，可有效的提高太阳能电池的光电转换效率。本文设计一个光源追踪系统，该系统是以LM3S811超低功耗单片机为控制核心，通过五个光敏电阻模块来检测光照，依据光照度的变化、大小来判断出光源的位置与运动趋势，并将光源运动分解为水平和竖直方向的三维运动，借以来控制水平电机与竖直电机的旋转角度。当水平方向上的两传感器的测量数值相对接近，同时竖直方向上的两传感器的测量数值也相对接近时，感光平面朝向太阳。

二、系统总体方案设计

本设计硬件部分主要由以下几个部分组成：感光模块，AD转换部分，LM3S811单片机最小系统，细分驱动，混合式步进电机，太阳能电池板。感光模块接收光照，感应光照变化，使电压改变信号通过A/D转换成数字信号发生送给单片机LM3S811，两两为一组进行比较，比较后LM3S811产生PWM波，并发出高低电平，控制上下左右方向；PWM波送入驱动模块，驱动模块经细分后驱动左右控制电机和上下控制电机转动，同时高低电平控制电机方向，对准太阳光源。

感光模块利用光敏电阻在不同光照强度下电阻阻值随光照强度的增强而减小的原理来取信号。光敏电阻比较稳定，能够很好的把光信号转变为电信号，而且经济适用。

AD转换部分采用TLC2543芯片。TLC2543是采用CMOS技术的12位开关电容逐次逼近式A/D转换器，依靠初始的电荷在容器间重新分配的原理来进行A/D转换。它有11个模拟量输入通道，带自动采样保护，转换时间为lOus。它有3个输入控制端，即片选cs、串行输入/输出时钟及串行数据输入端，还有一个三态数据输出端。不需要其他元器件，可直接与LM3S811连接。

采用细分器驱动步进电机，一个原因是通过细分器，单片机只要产生简单的PWM就可以控制步进电机的转动角度，和转动速度。一个原因是通过细分器单片机可以精确控制步进电机转动的角度，而且细分之后每一步角度可调。电机的速度也可根据需要调整。配合感光部分的信号，系统精确度达到最大化。

三、光线采集电路的设计

如图所示，5个同一型号的感光模块按阵列排布，其中感光模块5居中，并且它的方向垂直于平面，而感光模块l和2直线对称排列，其中模块1方向向上偏，模块2方向向下偏；光模块3和4直线对称排列，其中模块4方向向左偏，模块3方向向右偏，再太阳光对准模块阵列时，感光模块5的光强最强，当太阳光偏离垂直位置时，假设偏上，这样模块1的信号强度将比5强，2将比5弱，偏下则相反，这样由模块1、模块5、模块2信号的偏差可以判断太阳光上下偏离方向，这时单片机控制上下偏转步进电机旋转消除上下方向的偏差；同理由模块4、模块5、模块3信号的偏差可以判断太阳光左右偏离方向，然后由单片机控制左右步进电机旋转角度消除左右偏离方向。这样，单片机根据偏离方向通过控制步进电机旋转角度来调整使得模块5的信号最强，这时太阳光正对准阵列。

四、软件设计

软件编程比较简单，LM3S811采用扫描方式不断访问A/D转换集成电路TLC2543读取各个感光探头收集到的光照信号强度，并通过光照信号判断要转动的方位，然后产生两路步进电机方向控制电平，控制步进电机旋转方向，同时产生两路PWM波形通过细分器控制两个步进电机转动角度，最后寻找到光照平衡点，然后电机停止运转，直到再次失去平衡再次启动电机寻找平衡点，这样反复控制实现对光源的跟踪。

五、结束语

利用A/D转换把传感器产生的光照信息送给LM3S811数据处理，方便实现光照方向的判断，细分器配合步进电机的使用提高了系统的精度，控制系统给电机信号后，在水平和竖直方向两个步进电机迅速反应，快速精确实现对光照方向的定位，可有效的应用于对光照方向有苛刻要求的场合。