基于单片机太阳能自动跟踪系统的研究与设计

肖健新 辽宁锦州渤海大学工学院

基于单片机太阳能自动跟踪系统的研究与设计

肖健新 辽宁锦州渤海大学工学院

本文设计的系统的核心是单片机，实现的功能具体包括了检测光电二极管，高度角比较以及方位角比较的自动定位跟踪，同时该自动跟踪系统的太阳光和太阳能电池板之间的方向是相互垂直的。在当天气是万里晴空，进行检测的时候是自动跟踪，然后进行数据的存储，这种方式可以避免由于季节性的因素，从而导致的数据误差，当天气是阴天的时候系统就会自动启用晴天时候的数据位置，而且有着极高的控制精度，同时应用潜力也比较强，能够很好地进行太阳的追踪，进而达到发电效率提高的目的。

单片机 自动跟踪 太阳跟踪

太阳能是高效无污染的能源中的一种典型的代表，而且具有广阔的发展前景，目前全球具有最快发展速度的技术是太阳能。但是太阳能的特点是会随意时间的改变，太阳的光照方向，间歇性以及强度都会发生改变，从而在收集以及利用太阳能方面有了更高的需求。

现今大部分的太阳能电池板阵列的存在形式是固定的，所以使得太阳能资源无法得到充分地利用，而且发电的效率也比较低。相同条件下，当太阳能进行光发电的时候，如果选择的是自动跟踪发电设备，那么其发电量相比较于固定发电设备要高出35%，所以当利用太阳能的时候，非常有必要进行跟踪。

本文设计的方案是基于单片机的太阳光自动跟踪，本系统的结构设计简单，投入的成本比较低，同时太阳能的方向的调整可以以太阳的光线为依据，另外在自动跟踪的时候可以自动地进行记忆以不同时间段中的坐标位置更改，这个过程完全是自动的，非人为因素。尤其是当没有人监督或者是天气变化很复杂的时候，可以很好地实现太阳能利用率的提高，而且十分有必要进行广泛地普及。

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1 自动跟踪系统的组成和结构

自动跟踪系统的组成部分主要包括了双轴机械跟踪定位系统、光电检测电路、单片机控制系统以及时钟电路等。

1.1 光电检测电路

系统的机械组成部分包括了电池板底座、支架以及直流电机和两转动轴等。电池板面和二极管的检测面是相互平行的。该系统自能够在高度角以及方位角上进行跟踪。机械装置的驱动是电机，能够保持电池板360°方向以及和0到90°垂直方向进行自由地旋转。将轴承安装在转动轴间，从而减小了摩擦力，进而实现了高度角以及方位角的功率调整。将一个大点的齿轮固定在转动轴上，电机连接小齿轮是借助了传送带，同时调整了转速比，进而达到了大齿轮转速以及电机调整功率的降低。将2块小磁铁安装在两个小齿轮相互的对称位置，将一个干簧管安置在小齿轮的附件地方，同时对位置进行调整，进而实现当通过干簧管的时候，干簧管可以闭合。把这个信号发送给单片机判断，就可以检测出所转动的角度。单片机送出高度角以及方位角电机的正反转进行信号的控制，在方位角上安置两路三级管以及在高度角上安装继电器。从而就可以形成高度角以及方位角的跟踪机构。除此之外，将锁定装置安装在2个大齿轮边，当没有调整方位角以及高度角的时候，这个锁定装置是会经过弹簧上的铁片的，齿轮锁定，进而避免由于系统自重或者是其他的外在因素从而造成了方位角与高度角出现自行移动的现象。当正反转调整信号从单片机发出的时候，电磁阀也会被驱动接通，将铁片拉动，锁定就解除。

在太阳能光电池板中安装上光电检测装置，保持电池板和光电二极管的检测面是相互平行的。在没有被遮住的地方安置用于环境光度检测的光电二极管，同时和圆柱体中的所有光电二级管以及运算放大器形成一个比较电路，电路图如图2所示。

1.3 时钟电路

乡村家庭父母和城市家庭父母相比，文化知识程度总体不高，导致在教育儿童方面缺乏现代的先进教育理念和方法。在家庭教养方式上，乡村家庭也更多地呈现出溺爱型或专制型。具体表现为要么对孩子过度溺爱，百依百顺，要么表现为要求孩子绝对服从家长的意志，孩子一旦犯错，非打即骂。还有一种常见的类型表现为，父母对孩子不管不顾，任其发展。不论是以上哪种家庭教养形式，父母都缺乏与子女正确的亲子关系，缺乏正确的教育和沟通。乡村父母文化程度总体不高，不仅影响民主交流家庭教养关系的形成，还影响儿童对未来的期待和发展。许多父母认为读书的目的就是为了能够在城市找到一份稳定的工作，也以此作为离农的重要途径，读书无用论也易形成。

图2 电路图

1.2 双轴机械跟踪定位系统

图3 结果图

将图中的电阻值进行适当地调整，从而当圆柱体中的光电二极管在不受光线照射的时候，运算放大器输出的是低电平。该电平能够检测输入端，在圆柱体中所有的光电二级管都各自对应着一个单片机的输入端，一共有9个输入端。从而能够对太阳光线朝向进行检测，进而判断出需要转到哪个电机以及转到的方向。另一方面，光电二极管的检测范围的扩大，可以根据具体的情况而改变，也能够增加一圈和内圈并联的光电二极管。结果如图3所示。

当观测时间以及观测位置不同的时候，太阳的方位会发生对应的改变，所以，进行跟踪定位太阳能是很有必要的。太阳光自动跟踪系统中的光电检测电路俯视简图如图1所示。

在那以后的日子里，我天天如惊弓之鸟，惶惶不可终日。我从短裙子女孩想到刘伟，想到黑背心、泰森，最后又回到录像厅里的那张神秘纸条。我总觉得在我的身边还有一双无形的眼睛。因为在录像厅里给我纸条的那个人一定不是短裙子女孩，因为我们从未谋面，她也不知道我叫陈小飞，一定是一个认识我的人把我推荐给短裙子女孩或者是刘伟的，这个认识我的人那天也一定跟踪了我。我甚至认为这个藏在我身后的熟悉的人一定是这个凶杀案件的主谋，我、黑背心、泰森，甚至短裙子女孩和刘伟，都不过是他运筹帷幄的一个棋子而已。

该电路中所包括的组成部分光电三极管有9个，分别位于正中央，另外的8个是围成一圈的。该检测板是被一个圆柱体遮住了，该圆柱体的直径是比图1中的外圆要大一些。在圆柱体的上方中央留有一个洞，直径是和检测过程中的光电二极管是一样的。

2.2.4 定期宣教 按计划定期讲课，一次讲课时间不宜过长，控制在1 h以内，内容不宜过多、过深。我院神经外科每个月开展1次健康宣教日活动，包括医师、护士对专科知识的讲解及专家答疑，该活动受到广大患者及家属的好评。每个月2次由本病区的主任医师、床位医师、护士共同组织病区内患者及家属进行互动交流，提高患者及家属的主动参与意识，积极进行发言、提问，由医师和护士对颅脑损伤的相关知识、饮食、休息、康复、心理等进行应答，通过医、护、患之间的沟通，从而及时解决患者遇到的问题。

因为在系统中需要完成一些和时间相关的控制，所以这个过程就要用到实时时钟。如果计时的时候用到了单片机，那么时间如果太久的话，就很容易产生较大的误差，所以所选择的芯片是来自DALLAS公司的DS1302时钟芯片，该芯片是串行实时的。特点是有着实时时钟以及静态RAM是31个字节，选择串行通讯，能够很好地和进行单片机接口。DS1302时钟芯片能够显示出时、分、秒、日、月、星期以及年，计时方式可以是12h也可以是24h，供电方式是双电源。将单片机AT89C52和DS1302的引脚进行相互地连接。DS1302的引脚具体包括了：X1，X2。其中GND指的是电源地，RST代表复位，用于操作芯片操作。I O指的是数据的输入，引脚的输出。SCLK指的是串行时钟输入。VCC1指的是主电源，VCC2指的是后备电源。

2 工作原理

首先是当开机后完成时间的校正，系统就会调用子程序，开机后进行第一次的调整，如果天气比较复杂，位置数据正确地存储，那么程序就不可以完成定位，这个时候需要采用手电筒进行太阳定位的模拟。当得到了初始数据后，程序就会自动调整。当光线是正常的时候，程序就会每20分钟完成一次校正，从而确保了高效的发电效率，另外还能够节省电能消耗。当晴天正确校正后，时间的显示是时分秒的形式，其中采用的是24时的方式以及1，2，3分别对应着0，20，40分，方位角与高度角的字节数目是2个，水平方位角占据了9位，而高度角占据了7位，其中最大值能够是512与128，所以精度十分高。系统的自动调整子程序框图如图4所示。

图4 系统的自动调整子程序

结论：本文设计的自动跟踪系统可以对昼夜进行自动检测，同时比较了环境亮度以及太阳辐射，所实现的自动跟踪系统有着高度的准确性以及高度的可靠性，当处于晴天的时候可以实现时间数据以及角度数据的实时存储，可以避免由于季节的改变从而造成误差积累。当阴天的时候可以自动切换到晴天时位置。所以尽管天气因素对系统的运行不会产生很大的影响，在一定程度上大大地实现了太阳能利用效率的增强。对于太阳能电池板，当没有输入能量时，电能的获取能够直接来源于电池板。

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