基于单片机的太阳能自动寻光设计

章国宪 赵永诚 徐庆 冀萍

摘 要：自工业革命以来，煤炭、石油成为世界的主要能源，人类对这些资源的依赖越来越大，但煤炭和石油都是不可再生能源且储量有限燃烧后产生大量二氧化碳等有害气体，对环境破坏比较大。在这些因素下我们必须研究和开发新能源如太阳能。太阳能与传统能源相比有很多优势：太阳能储量丰富，在地球的任何角落都有，对交通不发达的地区有很大的利用价值：其次太阳能在开发利用的时候不会产生废气废渣，不会破坏环境。虽然太阳能有如此多的优点，但并不能十全十美依旧存在很多目前还不能快速解决的的问题，太阳能存在的这些问题加大了对太阳能设备性能的要求以至于造成对资源的浪费。进入21世纪，全球一体化，环境与资源成为一项世界性难题，既要推进社会的现代化又要保护好我们赖以生存的环境，大量使用传统能源会对当下环境造成无法估量的破坏，走这条路必将给我们人类带来灾难，因此除了开发清洁能源我们别无选择，而太阳能所具备的各项优点刚好能满足我们的要求，充分利用好了太阳能我们所面对的问题都能迎刃而解。所以设计一套可以提高太阳能的利用率，提高发电效率的太阳能跟踪系统显得尤为重要。本文针对这些问题设计了一套太阳能自动跟踪系统。

关键词：环境与资源;清洁;传感器;光电池

1 太阳能在我国的分布情况

太阳和人类的生活息息相关，日出日落，我们每天都和太阳见面，太阳是我们再熟悉不过的，但是对于太阳能我们却知之甚少。太阳能和其他能源一样向人类不断的提供能量保证人类的正常生产生活，但是它又和其他能源有点不一样，它的产生源于自身的化学能变化，产生的能量纯天然无污染。我们都知道地球绕太阳转，太阳光照射在地球上，地球接受大量的太阳光，地球轨道上接收到的平均太阳辐射强度非常大，而地球又是太阳系中一颗比较大的行星，这样就很容易算出地球接收到的太阳能总量巨大。地球上海洋面积占了约80%，太阳光照射在在海平面上的面积巨大，海洋接收到的能量巨大，如果把这些以其它传统能源换算，相当于有102000TW的能量。如果我们人类把这些能量运用到我们实际的生产生活中去，我们就不会有能源危机，就不会发生历史上那些因为争夺能源产生的战争，避免人类的惨剧。虽然太阳能有如此多的优点，但也存在着的很多缺点，这些缺点加在一起构成了开发太阳能的拦路虎。

2 太阳能与其他常规能源相比有三大优点：

第一，太阳能储量丰富，在太阳漫长的运行历史中，太阳紧消耗了它储藏能量的2%，可以说太阳能是人類能源的未来，是个聚宝盘的。

第二，太阳光存在于地球的任一个角落如果利用起来的话，可以省去一些不必要的成本，对一些地区具有利用价值。

第三，太阳能较其他传统能源不会损害环境更不会影响生态平衡。

3 太阳能的开发的缺点：

第一，分散性，光照区域不集中，不利于设备采集。

第二，不稳定性，光照采集受自然因素影响大。

第三，转化效率低且成本高，太阳能的发展还处于初级阶段，有些技术在理论上已经想当成熟可行，但是脱离实验室的太阳能利用转化装置，光转化效率偏低，造价成本高昂，在市场上与其他的传统能源产品相比价格偏高不具有竞争优势。

4 功能介绍

本跟踪系统的控制电路由两个电压比较器组成，其输入端的组成非常特别，两只光敏电阻为主要元器件然后以串联交错的组合成构成了光敏传感器，且每一组两只光敏电阻的作用互相不同其中的一只担当比较器的上偏置电阻的角色，另一只为担当下偏置电阻的角色。

该电路首先的结构是电压比较器，由双运放LM358与R1、R2构成主题，四个光敏电阻和两个电位器构成的光敏传感电路较其他电路的特殊之处在于它能灵活变通，当光照很弱时会补偿光线达到设备的基本运行要求，减少了自然因素对系统的干扰。根据图2我们就知道，RT1和RT3安装的位置与其他2个光敏电阻的完全不同，2组光敏电阻一组在另一组的相反侧。当四个光敏电阻同时受太阳光的照射时，两个电位器的中心点不受影响更不会影响电压的阻值。如果只有前两个光敏电阻工作接受到太阳光的照射系统的运行会很不一样，首先反应比较快的RT1反应最为激烈它的内阻会减小，其次LM358也会根据光敏电阻的变化做出相应的变化最明显的是它的各电位脚之间产生的微妙变化③脚电位升高，它的另一个电位脚①脚输出一个比较高的电平，各元器件都跟着变化三极管当然不会保持不变VT1也迅速改变状态，饱和导通，紧接着继电器K1也迅速反应导通，其转换触点最明显的变化就是3与触点1闭合。虽然这2个光敏电阻是同一组但是RT3的变化却是相反的内阻没有像它一样反而减小，同样也是LM358的⑤脚发生了不同于其它的变化电位下降，因为这一系列的运行结果不同导致K2不动作，其转换触点开始运行3与静触点2的运行结果是闭合，最后的结果是电机M根据元器件的指令发生正转，反之亦然，整个系统就这样随着太阳的变化变化着。这个系统电路的值得称赞的地方就是，当LM358的③脚发生变化时如电位升高，其它的电位脚如⑤脚电位不升反而降低，反过来的话结果也是反过来的，这样的结果是使电机的正反转干脆可靠。

5总结

本论文先介绍了太阳能在国内外的发展现状及太阳能在我国的分布情况，从中可以发现太阳能作为一种新能源具有很广的发展潜力，利用好了太阳能不仅可以获得巨大的经济利益，而且还能遏制环境污染。在现实环境如此恶劣的情况下，大力发展推广太阳能具有很强的现实意义。

其次文章对太阳能跟踪控制系统的详细介绍，相信大家对太阳能跟踪系统有了进一步的认识，可以清晰的发现本控制系统是一套切实可靠，可以大规模推广的系统。

太阳能是清洁无污染可再生的资源，在现今环境与资源相互矛盾的情况下研究好利用太阳能是我们人类长治久安的唯一出路。

参考文献：

[1]姚福安.电子电路设计与实践.济南：山东科学技术出版社，2005.

[2]何西才，杨静，任力英.实用传感器接口电路实例.北京：中国电力出版社，2007.

[3]刘守义.单片机应用技术.陕西：西安电子科技大学出版社，2007.

[4]李广第.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，2001.