基于LM3S811的太陽能電池用太陽光跟蹤系統(tǒng)

夏雨磊

【摘要】 介紹了一種基于LM3S811超低功耗單片機為控制核心的太陽光跟蹤系統(tǒng)。利用光敏電阻組成感光陣列，通過LM3S811判斷后驅(qū)動步進電機控制系統(tǒng)對準(zhǔn)太陽光，可有效的提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

【關(guān)鍵詞】 LM3S811 太陽光跟蹤

一、引言

太陽能電池作為綠色能源得到越來越多的應(yīng)用，太陽能電池的發(fā)光效率與太陽光的入射角度有關(guān)，當(dāng)入射光垂直時效率最高，通過太陽光跟蹤系統(tǒng)，可有效的提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。本文設(shè)計一個光源追蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以LM3S811超低功耗單片機為控制核心，通過五個光敏電阻模塊來檢測光照，依據(jù)光照度的變化、大小來判斷出光源的位置與運動趨勢，并將光源運動分解為水平和豎直方向的三維運動，借以來控制水平電機與豎直電機的旋轉(zhuǎn)角度。當(dāng)水平方向上的兩傳感器的測量數(shù)值相對接近，同時豎直方向上的兩傳感器的測量數(shù)值也相對接近時，感光平面朝向太陽。

二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計

本設(shè)計硬件部分主要由以下幾個部分組成：感光模塊，AD轉(zhuǎn)換部分，LM3S811單片機最小系統(tǒng)，細(xì)分驅(qū)動，混合式步進電機，太陽能電池板。感光模塊接收光照，感應(yīng)光照變化，使電壓改變信號通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)生送給單片機LM3S811，兩兩為一組進行比較，比較后LM3S811產(chǎn)生PWM波，并發(fā)出高低電平，控制上下左右方向；PWM波送入驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊經(jīng)細(xì)分后驅(qū)動左右控制電機和上下控制電機轉(zhuǎn)動，同時高低電平控制電機方向，對準(zhǔn)太陽光源。

感光模塊利用光敏電阻在不同光照強度下電阻阻值隨光照強度的增強而減小的原理來取信號。光敏電阻比較穩(wěn)定，能夠很好的把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺医?jīng)濟適用。

AD轉(zhuǎn)換部分采用TLC2543芯片。TLC2543是采用CMOS技術(shù)的12位開關(guān)電容逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，依靠初始的電荷在容器間重新分配的原理來進行A/D轉(zhuǎn)換。它有11個模擬量輸入通道，帶自動采樣保護，轉(zhuǎn)換時間為lOus。它有3個輸入控制端，即片選cs、串行輸入/輸出時鐘及串行數(shù)據(jù)輸入端，還有一個三態(tài)數(shù)據(jù)輸出端。不需要其他元器件，可直接與LM3S811連接。

采用細(xì)分器驅(qū)動步進電機，一個原因是通過細(xì)分器，單片機只要產(chǎn)生簡單的PWM就可以控制步進電機的轉(zhuǎn)動角度，和轉(zhuǎn)動速度。一個原因是通過細(xì)分器單片機可以精確控制步進電機轉(zhuǎn)動的角度，而且細(xì)分之后每一步角度可調(diào)。電機的速度也可根據(jù)需要調(diào)整。配合感光部分的信號，系統(tǒng)精確度達到最大化。

三、光線采集電路的設(shè)計

如圖所示，5個同一型號的感光模塊按陣列排布，其中感光模塊5居中，并且它的方向垂直于平面，而感光模塊l和2直線對稱排列，其中模塊1方向向上偏，模塊2方向向下偏；光模塊3和4直線對稱排列，其中模塊4方向向左偏，模塊3方向向右偏，再太陽光對準(zhǔn)模塊陣列時，感光模塊5的光強最強，當(dāng)太陽光偏離垂直位置時，假設(shè)偏上，這樣模塊1的信號強度將比5強，2將比5弱，偏下則相反，這樣由模塊1、模塊5、模塊2信號的偏差可以判斷太陽光上下偏離方向，這時單片機控制上下偏轉(zhuǎn)步進電機旋轉(zhuǎn)消除上下方向的偏差；同理由模塊4、模塊5、模塊3信號的偏差可以判斷太陽光左右偏離方向，然后由單片機控制左右步進電機旋轉(zhuǎn)角度消除左右偏離方向。這樣，單片機根據(jù)偏離方向通過控制步進電機旋轉(zhuǎn)角度來調(diào)整使得模塊5的信號最強，這時太陽光正對準(zhǔn)陣列。

四、軟件設(shè)計

軟件編程比較簡單，LM3S811采用掃描方式不斷訪問A/D轉(zhuǎn)換集成電路TLC2543讀取各個感光探頭收集到的光照信號強度，并通過光照信號判斷要轉(zhuǎn)動的方位，然后產(chǎn)生兩路步進電機方向控制電平，控制步進電機旋轉(zhuǎn)方向，同時產(chǎn)生兩路PWM波形通過細(xì)分器控制兩個步進電機轉(zhuǎn)動角度，最后尋找到光照平衡點，然后電機停止運轉(zhuǎn)，直到再次失去平衡再次啟動電機尋找平衡點，這樣反復(fù)控制實現(xiàn)對光源的跟蹤。

五、結(jié)束語

利用A/D轉(zhuǎn)換把傳感器產(chǎn)生的光照信息送給LM3S811數(shù)據(jù)處理，方便實現(xiàn)光照方向的判斷，細(xì)分器配合步進電機的使用提高了系統(tǒng)的精度，控制系統(tǒng)給電機信號后，在水平和豎直方向兩個步進電機迅速反應(yīng)，快速精確實現(xiàn)對光照方向的定位，可有效的應(yīng)用于對光照方向有苛刻要求的場合。