太阳能自动追踪系统设计

2022-01-10黄振勇

无线互联科技 2021年21期

关键词：光敏电阻电池板光源

张龙，黄振勇

（南京理工大学泰州科技学院，江苏泰州 225300）

0 引言

太阳能作为一种新型绿色可再生能源备受人们的重视，提高光电转换效率成为亟待解决的难题[1]。本文设计了一种太阳能自动追踪系统，通过单片机控制系统追踪光源，能实现上下左右地追踪，使得太阳光线随时垂直照射太阳能电池板，显著提高光电转换效率。

1 系统的总设计方案

本文所设计的系统是以51单片机为核心，由光电传感器、电机控制电路、I/O接口、键盘、显示电路等器件组成。利用4个光敏电阻来接受光照，将收集到的模拟信号经过AD转换传送给单片机，由单片机来运算并判断光源的轨迹，从而控制一个双轴电机来实现自动跟踪光源。系统如图1所示。

图1 系统结构

2 系统硬件设计

2.1 核心控制器

核心控制器采用STC89C51单片机。该单片机具有功耗较低、稳定性高、性价比高等特点[2]。同时该单片机与标准MCS-51指令系统和80C51引脚结构兼容，集成了通用8位中央处理器和ISP闪存存储单元，并具有系统内可编程（ISP）功能，单片机最小系统如图2所示。

图2 单片机最小系统

2.2 光电转换模块

光电转换装置用来接收太阳光照射，将光信号转换为电信号，并根据采集的信号，通过单片机对最终受控的步进电机旋转和转向进行控制[2]。光电转换电路如图3所示，光敏电阻G3和G4检测光源水平方向的变化，当光敏电阻G3测到光源向左移动并且逐渐远离，会向单片机发出信号，则控制步进电机1在水平方向向左移动；光敏电阻器G1和G2则检测光源的在垂直角度上的变化，光敏电阻器G1和G2接收光源照射后将信号发给单片机，控制步进电机2在垂直角度上下旋转。

图3 光电转换电路

2.3 步进电机驱动模块

本文采用的是5V-4相-5线的28BYJ-48-5V步进电机，该步进电机单靠交流供电或直流电源无法运动，必须与驱动电路同时使用时才能发挥其功能[3]。步进电机驱动电路如图4所示。本文采用的是ULN2803芯片为驱动芯片，其输入端I1～I8接单片机的P2.0～ P2.7，其输出端O1～O8接步进电机1和步进电机2，控制步进电机的正反转。

图4 步进电机驱动电路

3 系统软件设计

本设计能够实时判定光线方向的细微改变，系统主程序如图5所示。当光线与太阳能电池板面不垂直时，传感器失衡，引起系统输出信号产生偏差，驱动电机开始进行纠正，使得光电传感器重新达到平衡，即太阳能面板与光线构成90°角时停止转动，而完成一次调整周期，如此不断地调整。

图5 系统主程序

4 实验结果

本系统由4个光敏电阻、单片机、双轴电机，驱动芯片、电源等组成，实物如图6所示。本系统可以实现手动控制模式和自动控制模式。当红色指示灯亮时，系统处于手动控制模式，此时需要手动控制上下左右4个按键来追踪光源；当绿色指示灯亮时，系统处于自动控制模式，此时整个系统能够自动识别光源并且驱动双轴步进电机来跟踪光源。在自动控制模式下，施加光源并将光源向左远离，则步进电机左转追踪光源，直到垂直于光源时停止转动。