一種新思路的太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.引言

　　伴隨日益嚴(yán)重的能源危機(jī)，可再生資源的開發(fā)和利用成為人們研究的重點(diǎn)對(duì)象。太陽(yáng)能以其普遍、長(zhǎng)久、安全等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出。目前太陽(yáng)能已被不同程度地用在了多個(gè)領(lǐng)域，如電池領(lǐng)域，但普遍存在利用率不高的問(wèn)題，很多場(chǎng)合下，電池板要么被安裝成固定角度，要么只能按照固定角度偏轉(zhuǎn)，沒(méi)有充分使太陽(yáng)光垂直照射到電池板上，降低了太陽(yáng)能的利用率。

　　為提高利用率，本文設(shè)計(jì)了一種基于Atmega16單片機(jī)的太陽(yáng)能電池板光源跟蹤控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤太陽(yáng)并使太陽(yáng)光充分垂直照射電池板，從而提高了太陽(yáng)能的利用率。

　　2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

　　設(shè)計(jì)采用光強(qiáng)比較法來(lái)跟蹤太陽(yáng)光源。整機(jī)裝置包括：太陽(yáng)能電池板、電源管理電路、光電管、單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)以及機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　系統(tǒng)工作原理如圖2所示，在太陽(yáng)能電池板邊沿的中間位置分別安裝一個(gè)光電管，根據(jù)太陽(yáng)光照射到電池板對(duì)邊兩個(gè)光電管的角度（如圖α、β）不相等，使得光電管1、2感受的光照強(qiáng)度不同從而產(chǎn)生大小不同的光電流，將光流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，通過(guò)比較采集后的電壓信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)向電壓大的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　3.1光強(qiáng)采集電路

　　系統(tǒng)使用靈敏度較高的3DU33光電管作為光強(qiáng)檢測(cè)器件，其光電流大于2mA,發(fā)射極只需串接很小的電阻便可得到可被采集的電壓，而且其響應(yīng)時(shí)間1ms,反應(yīng)速度快。

　　需要注意的是，強(qiáng)光下，光電流較大，此時(shí)光電管發(fā)射極電阻不宜過(guò)大[2],否則各個(gè)光電管輸出電壓均趨于5V,系統(tǒng)不能檢測(cè)出對(duì)邊兩只光電管的輸出電壓差。該設(shè)計(jì)中，R1使用330Ω，在冬天中午陽(yáng)光照射下，測(cè)得輸出電壓已達(dá)到3.6V.

　　3.2 步進(jìn)電機(jī)

　　設(shè)計(jì)使用5線四相減速步進(jìn)電機(jī)28BYJ-48,減速比為1:64,步矩角為5.625°/64=0.087 89°，遠(yuǎn)小于不帶減速比的步進(jìn)電機(jī)，這是提高跟蹤精度的很好選擇。

　　對(duì)于四相步進(jìn)電機(jī)，其工作方式可分為單4拍、雙4拍、8拍三種工作方式。單4拍與雙4拍的步距角相等，但單4拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。8拍工作方式的步距角是單4拍與雙4拍的一半，因此，8拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。設(shè)計(jì)采用8拍工作方式，那么1拍轉(zhuǎn)過(guò)的角度為0.087 89°/2=0.043945°，進(jìn)一步提高了跟蹤精度。