太阳能光源追踪系统的设计

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1、第10页共11页自动追光控制电路的设计太阳能光源追踪系统的设计摘要：本文设计了一款太阳能自动跟踪采集系统，该系统由机械系统，太阳能采集系统，硬件控制系统，软件部分组成。太阳能采集系统由太阳能电池板，蓄电池组成。硬件控制系统以AT89C52单片机为核心构成自动跟踪太阳控制电路。通过光电信息采集电路，信号处理电路，步进电机转动控制电路，结合C语言编程的太阳能采集控制程序，实现了对太阳能采集过程的自动追踪，达到太阳能采集的光电转换最大化，提高太阳能的利用率。关键词：太阳能，采集，单片机，软件，自动跟踪。1引言随着经济发展和社会进

2、步，人类对自然资源的开发程度加剧，面临资源枯竭的困境，人类对自然资源的需求越来越高，因此，寻找可循环利用绿色环保的新能源成为当务之急。太阳能就是符合这一要求的,而且是取之不尽用之不竭的可再生新能源，合理开发并提高太阳能的利用率具有非常重要的意义。目前，太阳能电池板装置安放位置大多是固定不变的。而根据光伏电池原理，只有当阳光与电池板接收面照射角度为直角时，光电转化效率最高，因此目前太阳能电池装置转化效率较低。自动追光控制电路以AT89C51单片机为基础，利用光电二极管检测光信号，步进电机及时控制转盘位置，能够精确追踪太阳，使

3、太阳光在一天当中始终直射到太阳能电池板接收面上，最大限度的提高太阳能转化率。此控制电路利用广泛，可在太阳能发电站、太阳能电池、太阳能路灯、太阳能热水器等方面使用。2.太阳能自动追光系统设计方案图1系统总体原理框图3.太阳能自动追光系统电路原理图如图2所示，该图为整体电路原理图，主要分为三个模块，电路正常工作时，先由光电传感器电路检测到光信号，经过转换电路输出高低电平信号。单片机接收相应电信号，判断出是否检测到光，然后将控制信号输出到步进电机驱动芯片内，最后步进电机会根据相应控制信号驱动步进电机，从而控制步进电机的转速和转角

4、，实现太阳能电池板实时追踪光心。第10页共11页自动追光控制电路的设计图2自动追光控制电路图4.硬件电路模块4.1步进电机控制模块4.1.1步进电机介绍及选择步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。本设计中，因为事先机械设计时加入了轴承，因此选用28B

5、YJ-48，5V4相5线步进电机，减速比1/64，步距角为5.625°/64，牵入转矩达到300gf.cm。故选用这种型号的步进电机可以实现本设计的功能。4.1.2步进电机工作原理（A相通电）（B相通电）（C相通电）图3步进电机工作原理示意图设A相首先通电（B、C两相不通电），产生A-A´轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。这时A、A´极就成为电磁铁的N、S极。在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐A、A´极的位置（图a）；接着B相通电（A、C两相不通电），转了便顺时针方向转过30°，

6、它的齿和C、C´极对齐（图C）。可以看出，当脉冲信号一个一个发来时，如果按A→C→B→A→…第10页共11页自动追光控制电路的设计的顺序通电，则电机转子便逆时针方向转动。这种通电方式称为1相励磁方式。4.1.3步进电机驱动考虑到本课题基本功能和程序的可行性，步进电机驱动芯片选用ULN2003，该芯片是大电流达灵顿管阵列电路，用于驱动大电流功率负载电子电路。图4步进电机引脚RP1与ULN2003连接电路原理图如上图所示步进电机的四相对应RP1的2、3、4、5引脚与ULN2003相连，引脚1接电源VCC。右边引脚为单片机的P1

7、信号输出口，通过软件程序循环输出四组方波，通过P1.0～P1.3分别与ULN2003的四个输入口相接，从而实现实时控制步进电机转速和转角。4.2光电传感器控制模块4.2.1光电传感器介绍光电二极管是工作在反向电压下，基于光照的变化而引起光电二极管输出电流变化的原理，这就可以把光信号转换成相应的电信号，从而成为一种光电传感器件。图5硅光电二极管结构图如上图所示，图（a）为光电二极管的内部结构原理图，当入射光照射到光敏管上时，内部PN结中的空穴——电子流发生变化，从而引起输出电流变化。4.3光电传感器工作原理第10页共11页自

8、动追光控制电路的设计图6硅光电二极管输出特性曲线正如特性曲线所示：没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大（其中E1