基于ATmega8的雙軸太陽(yáng)跟蹤器設(shè)計(jì)策略

太陽(yáng)能作為一種清潔能源，倍受人們重視，因此提高太陽(yáng)能的利用率已成為研究熱點(diǎn)。理論分析表明：精確跟蹤與非跟蹤太陽(yáng)，其能量的接收效率相差37．7％。因此精確跟蹤太陽(yáng)，對(duì)其利用率的提高是很顯著的。

跟蹤太陽(yáng)的方式主要有光電跟蹤和視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤。前者是閉環(huán)的隨機(jī)系統(tǒng)，跟蹤靈敏度高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為方便，易于實(shí)現(xiàn)，但受天氣影響大，如果長(zhǎng)時(shí)間烏云遮住太陽(yáng)，太陽(yáng)光線往往不能照到感光元件，導(dǎo)致跟蹤裝置無(wú)法對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，甚至?xí)霈F(xiàn)誤動(dòng)作；后者是開環(huán)的程控系統(tǒng)。在任何天氣下都可正常工作，但在跟蹤過程中不能消除累積誤差。該太陽(yáng)跟蹤器設(shè)計(jì)采用一種互補(bǔ)跟蹤控制方式，在晴天時(shí)，選擇跟蹤靈敏度高的光電跟蹤方式，而在天氣狀況不太好時(shí)。則切換到視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤。

1 太陽(yáng)跟蹤器硬件設(shè)計(jì)

圖1為整個(gè)跟蹤控制器的具體原理框圖。單片機(jī)循環(huán)檢測(cè)，通過光電檢測(cè)模塊所采集的信號(hào)判斷工作模式。陰天時(shí)選擇視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤，通過讀取時(shí)鐘模塊的日歷時(shí)間信息計(jì)算此時(shí)本地太陽(yáng)的高度角與方位角，進(jìn)而通過單片機(jī)發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤；晴天時(shí)選擇光電跟蹤模式，通過光電檢測(cè)模塊檢測(cè)到的信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)跟蹤。

1．1 ATmega8單片機(jī)

這里選擇性價(jià)比較高的ATmega8單片機(jī)為控制核心，ATmega8是一款具有RISC結(jié)構(gòu)的高性能、低功耗的8位AVR微處理器。它具有130條指令(大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期)，3個(gè)定時(shí)器，3通道PWM，10位A／D轉(zhuǎn)換器，2個(gè)可編程的串行USART，SPI串行接口，I2C接口等功能模塊。該太陽(yáng)跟蹤器可采用單片機(jī)內(nèi)部的A／D采樣、PWM通道、I2C接口等功能模塊，從而簡(jiǎn)化程序編程。

1．2 光電檢測(cè)模塊

利用光敏電阻在光照時(shí)阻值發(fā)生變化的原理，將4只完全相同的光敏電阻分別放置于太陽(yáng)光接收器的東南西北方向，負(fù)責(zé)偵測(cè)這4個(gè)方向的光源強(qiáng)度。如果太陽(yáng)光垂直照射太陽(yáng)能電池板，東西(南北)2只光敏電阻接收到的光照強(qiáng)度相同。其阻值完全相等，此時(shí)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)太陽(yáng)光方向與電池板的法線有夾角時(shí)，接收光強(qiáng)多的光敏電阻阻值減小，信號(hào)采集電路采集到光敏電阻的信號(hào)差值，控制電路將其差值轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至2只光敏電阻上的光照強(qiáng)度相同。

圖2是光電檢測(cè)模塊的俯視簡(jiǎn)圖，共由5只光敏電阻組成。正中央1只，旁邊4只圍成一圈。左右2只光敏電阻(A、B)檢測(cè)太陽(yáng)方位角的變化，上下2只(C、D)檢測(cè)太陽(yáng)高度角的變化。中間1只用于檢測(cè)環(huán)境亮度判斷白天還是晚上，晴天還是陰天。圖3是5路光敏電阻與ATmega8的連接電路，電源電壓經(jīng)光敏電阻和定值電阻的分壓后送入ADCx引腳。