一种太阳能追踪器

徐睿远++胡大春

摘 要：目前，在利用太阳能时，太阳能接收板无法根据太阳的照射方向，调整太阳能接收板的方向；从而降低了太阳能的利用率。本装置是一个太阳能追踪系统，主要实现功能有：（1）光敏电阻检测到太阳的照射方向，来调整太阳能接收板的方向，使得太阳能接收板接收到较强光线。（2）一个舵机根据太阳每天不同时刻的照射方向东西转动，一个舵机根据四季太阳的高度角调整纬度方向。

关键词：太阳能；阳光跟踪；能源优化

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）24-0063-01

1 基本思路

此次介绍的这款太阳能追踪器包括设置有多个光敏电阻、AD转换模块、微处理器、舵機、太阳能接收板，多个光敏电阻均匀分布在弧形基座上，多个光敏电阻分别与方案中AD转换模块电连接。本设计的基本思路如下所述：

（1）将多个光敏电阻均匀分布在弧形基座。

（2）通过光敏电阻的阻值发生变化，AD转换模块将接收到的模拟信号转换成数字信号发送给计算芯片。

（3）计算芯片分析光敏电阻的阻值变化，从而计算出舵机对应的旋转角度。

2 电路设计

一种太阳能追踪器包括设置有多个光敏电阻R11＼ R12＼R13＼R14＼R15＼R16＼R17＼R18和/或R21＼R22＼ R23＼R24＼R25＼R26＼R27＼R28、AD转换模块20、微处理器30、舵机40、太阳能接收板，多个光敏电阻均匀分布在弧形基座11上，多个光敏电阻分别与方案中AD转换模块20电连接，方案中AD转换模块20还与微处理器30相连，方案中微处理器30还与舵机40相连，方案中太阳能接收板安装在舵机40上。不同强度光线照射光敏电阻时，光敏电阻的阻值发生变化，AD转换模块20将接收到的模拟信号转换成数字信号发送给计算芯片。计算芯片分析光敏电阻的阻值变化，从而计算出舵机40对应的旋转角度，使舵机40（舵机40上面装着太阳能接收板）跟随光源调节到最合适的角度，接收到最强光源。如图1所示。

具体的，在每个光线检测单元中，每个光敏电阻的一端与AD转换模块20的一个采集通道相连，每个光敏电阻的另一端接电源；每个AD转换模块20的端口DOUT与计算芯片的端口MOSI相连；每个AD转换模块20的端口DIN与计算芯片的端口MISO相连；每个AD转换模块20的端口CLK与计算芯片的端口SCLK相连；一个AD转换模块20的端口CS与计算芯片的端口CEO相连；另一个AD转换模块20的端口CS与计算芯片的端口CE1相连。一个舵机40的电源端接电源，一个舵机40的控制端P与计算芯片的端口GPIO.1。另一个舵机40的电源端接电源，一个舵机40的控制端P与计算芯片的端口GPIO.5。

3 提升光感位置精度方案

方案中每个光敏电阻的周侧分别设置有一个圆柱状挡光筒，挡光筒的两端端部（底部和顶部）呈开口状。方案中挡光筒包括多节挡光筒段，多节挡光筒段之间可拆卸连接。每个光敏电阻上照射有挡光筒，可以准确分辨太阳所在的方位；当太阳在某个方位时，太阳直射方向的光敏电阻接收到强烈的太阳光；太阳斜射方向上的光敏电阻因挡光筒而处于阴暗处，从而增大光敏电阻的阻值变化。挡光筒可以根据安装地的四季太阳角度的参考值，调节挡光筒的长短；当挡光筒比较短时，可以接收较宽范围的太阳光；当挡光筒比较长时，接收到较窄范围的太阳光。

方案中多个光敏电阻、一个AD转换模块20和一个弧形基座构成一个光线检测单元，光线检测单元至少设置为两个。两个光线检测单元中的弧形基座交叉设置。两个光线检测单元中弧形基座所形成的夹角为90°。每个光线检测单元中光敏电阻的个数为8～10个。方案中弧形基座对应的圆心角为180～225°。弧形基座呈180-225度的圆弧形状（图中为180度），每个弧形基座上均匀分布8-10个，光敏电阻的数量可以根据实际情况需要确定，例如：由ADC转化模块的读取精度决定。

4 运动机构方案

方案中舵机40设置为两个，一个舵机40设置在另一个舵机上，太阳能接收板设置在位于上侧的舵机40上；一个舵机40的转动方向与两个光线检测单元中一个弧形基座11的伸展方向一致；另一个舵机40的转动方向与两个光线检测单元中另一个弧形基座11的伸展方向一致。一个弧形基座11位于东西方向上，另一个弧形基座11位于南北方向上。承载太阳能接收板的舵机是东西方向上转动，则承载舵机的舵机是南北方向上转动；承载太阳能接收板的舵机是南北方向上转动；则承载舵机的舵机是东西方向上转动。

5 工作原理

16个光敏电阻用来感受不同方位的光强，根据光敏电阻特性（光照愈强，光敏电阻的阻值愈低），MCP3008模块将接收到的电阻模拟信号转换成数字信号，发送给计算芯片，在计算芯片中会将每一个光敏电阻的阻值信号进行比较，阻值最小的光敏电阻对应的太阳方位光强最强并得出一个太阳方位值，舵机40程序会根据太阳方位值计算出舵机40旋转角度，这样舵机40上面的太阳能接收板就能接收到最强光源。

根据东西方向上8个光敏电阻，计算出太阳在每天不同时刻的照射方向，从而调节东西方向转动的舵机转动至相应的方位；根据南北方向上8个光敏电阻，计算出太阳在四季中的照射高度，从而调节南北方向转动的舵机转动至相应的方位。

6 创新点

（1）将光敏电阻放置在弧形基座上能够接收到大范围光照。

（2）光敏电阻两侧设置有挡光筒，挡光筒有12节可拆卸，可根据四季太阳角度进行调节。

（3）通过AD转换模块将光敏电阻阻值变化的模拟信号转换成数字信号传给计算芯片。

（4）设置有两个舵机，承载太阳能接收板的舵机是东西方向上转动，则承载舵机的舵机是南北方向上转动。

参考文献

[1]朱世佳.基于嵌入式的太阳能智能追光系统设计[D].北京交通大学，2009.

[2]陶涛.太阳能板自动追光系统设计与实现[D].安徽大学，2013.endprint