一種太陽(yáng)能追蹤器

徐睿遠(yuǎn)++胡大春

摘 要：目前，在利用太陽(yáng)能時(shí)，太陽(yáng)能接收板無(wú)法根據(jù)太陽(yáng)的照射方向，調(diào)整太陽(yáng)能接收板的方向；從而降低了太陽(yáng)能的利用率。本裝置是一個(gè)太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)功能有：（1）光敏電阻檢測(cè)到太陽(yáng)的照射方向，來(lái)調(diào)整太陽(yáng)能接收板的方向，使得太陽(yáng)能接收板接收到較強(qiáng)光線(xiàn)。（2）一個(gè)舵機(jī)根據(jù)太陽(yáng)每天不同時(shí)刻的照射方向東西轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)舵機(jī)根據(jù)四季太陽(yáng)的高度角調(diào)整緯度方向。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；陽(yáng)光跟蹤；能源優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）24-0063-01

1 基本思路

此次介紹的這款太陽(yáng)能追蹤器包括設(shè)置有多個(gè)光敏電阻、AD轉(zhuǎn)換模塊、微處理器、舵機(jī)、太陽(yáng)能接收板，多個(gè)光敏電阻均勻分布在弧形基座上，多個(gè)光敏電阻分別與方案中AD轉(zhuǎn)換模塊電連接。本設(shè)計(jì)的基本思路如下所述：

（1）將多個(gè)光敏電阻均勻分布在弧形基座。

（2）通過(guò)光敏電阻的阻值發(fā)生變化，AD轉(zhuǎn)換模塊將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)發(fā)送給計(jì)算芯片。

（3）計(jì)算芯片分析光敏電阻的阻值變化，從而計(jì)算出舵機(jī)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度。

2 電路設(shè)計(jì)

一種太陽(yáng)能追蹤器包括設(shè)置有多個(gè)光敏電阻R11＼ R12＼R13＼R14＼R15＼R16＼R17＼R18和/或R21＼R22＼ R23＼R24＼R25＼R26＼R27＼R28、AD轉(zhuǎn)換模塊20、微處理器30、舵機(jī)40、太陽(yáng)能接收板，多個(gè)光敏電阻均勻分布在弧形基座11上，多個(gè)光敏電阻分別與方案中AD轉(zhuǎn)換模塊20電連接，方案中AD轉(zhuǎn)換模塊20還與微處理器30相連，方案中微處理器30還與舵機(jī)40相連，方案中太陽(yáng)能接收板安裝在舵機(jī)40上。不同強(qiáng)度光線(xiàn)照射光敏電阻時(shí)，光敏電阻的阻值發(fā)生變化，AD轉(zhuǎn)換模塊20將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)發(fā)送給計(jì)算芯片。計(jì)算芯片分析光敏電阻的阻值變化，從而計(jì)算出舵機(jī)40對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度，使舵機(jī)40（舵機(jī)40上面裝著太陽(yáng)能接收板）跟隨光源調(diào)節(jié)到最合適的角度，接收到最強(qiáng)光源。如圖1所示。

具體的，在每個(gè)光線(xiàn)檢測(cè)單元中，每個(gè)光敏電阻的一端與AD轉(zhuǎn)換模塊20的一個(gè)采集通道相連，每個(gè)光敏電阻的另一端接電源；每個(gè)AD轉(zhuǎn)換模塊20的端口DOUT與計(jì)算芯片的端口MOSI相連；每個(gè)AD轉(zhuǎn)換模塊20的端口DIN與計(jì)算芯片的端口MISO相連；每個(gè)AD轉(zhuǎn)換模塊20的端口CLK與計(jì)算芯片的端口SCLK相連；一個(gè)AD轉(zhuǎn)換模塊20的端口CS與計(jì)算芯片的端口CEO相連；另一個(gè)AD轉(zhuǎn)換模塊20的端口CS與計(jì)算芯片的端口CE1相連。一個(gè)舵機(jī)40的電源端接電源，一個(gè)舵機(jī)40的控制端P與計(jì)算芯片的端口GPIO.1。另一個(gè)舵機(jī)40的電源端接電源，一個(gè)舵機(jī)40的控制端P與計(jì)算芯片的端口GPIO.5。

3 提升光感位置精度方案

方案中每個(gè)光敏電阻的周側(cè)分別設(shè)置有一個(gè)圓柱狀擋光筒，擋光筒的兩端端部（底部和頂部）呈開(kāi)口狀。方案中擋光筒包括多節(jié)擋光筒段，多節(jié)擋光筒段之間可拆卸連接。每個(gè)光敏電阻上照射有擋光筒，可以準(zhǔn)確分辨太陽(yáng)所在的方位；當(dāng)太陽(yáng)在某個(gè)方位時(shí)，太陽(yáng)直射方向的光敏電阻接收到強(qiáng)烈的太陽(yáng)光；太陽(yáng)斜射方向上的光敏電阻因擋光筒而處于陰暗處，從而增大光敏電阻的阻值變化。擋光筒可以根據(jù)安裝地的四季太陽(yáng)角度的參考值，調(diào)節(jié)擋光筒的長(zhǎng)短；當(dāng)擋光筒比較短時(shí)，可以接收較寬范圍的太陽(yáng)光；當(dāng)擋光筒比較長(zhǎng)時(shí)，接收到較窄范圍的太陽(yáng)光。

方案中多個(gè)光敏電阻、一個(gè)AD轉(zhuǎn)換模塊20和一個(gè)弧形基座構(gòu)成一個(gè)光線(xiàn)檢測(cè)單元，光線(xiàn)檢測(cè)單元至少設(shè)置為兩個(gè)。兩個(gè)光線(xiàn)檢測(cè)單元中的弧形基座交叉設(shè)置。兩個(gè)光線(xiàn)檢測(cè)單元中弧形基座所形成的夾角為90°。每個(gè)光線(xiàn)檢測(cè)單元中光敏電阻的個(gè)數(shù)為8～10個(gè)。方案中弧形基座對(duì)應(yīng)的圓心角為180～225°。弧形基座呈180-225度的圓弧形狀（圖中為180度），每個(gè)弧形基座上均勻分布8-10個(gè)，光敏電阻的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際情況需要確定，例如：由ADC轉(zhuǎn)化模塊的讀取精度決定。

4 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案

方案中舵機(jī)40設(shè)置為兩個(gè)，一個(gè)舵機(jī)40設(shè)置在另一個(gè)舵機(jī)上，太陽(yáng)能接收板設(shè)置在位于上側(cè)的舵機(jī)40上；一個(gè)舵機(jī)40的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與兩個(gè)光線(xiàn)檢測(cè)單元中一個(gè)弧形基座11的伸展方向一致；另一個(gè)舵機(jī)40的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與兩個(gè)光線(xiàn)檢測(cè)單元中另一個(gè)弧形基座11的伸展方向一致。一個(gè)弧形基座11位于東西方向上，另一個(gè)弧形基座11位于南北方向上。承載太陽(yáng)能接收板的舵機(jī)是東西方向上轉(zhuǎn)動(dòng)，則承載舵機(jī)的舵機(jī)是南北方向上轉(zhuǎn)動(dòng)；承載太陽(yáng)能接收板的舵機(jī)是南北方向上轉(zhuǎn)動(dòng)；則承載舵機(jī)的舵機(jī)是東西方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。

5 工作原理

16個(gè)光敏電阻用來(lái)感受不同方位的光強(qiáng)，根據(jù)光敏電阻特性（光照愈強(qiáng)，光敏電阻的阻值愈低），MCP3008模塊將接收到的電阻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，發(fā)送給計(jì)算芯片，在計(jì)算芯片中會(huì)將每一個(gè)光敏電阻的阻值信號(hào)進(jìn)行比較，阻值最小的光敏電阻對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)方位光強(qiáng)最強(qiáng)并得出一個(gè)太陽(yáng)方位值，舵機(jī)40程序會(huì)根據(jù)太陽(yáng)方位值計(jì)算出舵機(jī)40旋轉(zhuǎn)角度，這樣舵機(jī)40上面的太陽(yáng)能接收板就能接收到最強(qiáng)光源。

根據(jù)東西方向上8個(gè)光敏電阻，計(jì)算出太陽(yáng)在每天不同時(shí)刻的照射方向，從而調(diào)節(jié)東西方向轉(zhuǎn)動(dòng)的舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至相應(yīng)的方位；根據(jù)南北方向上8個(gè)光敏電阻，計(jì)算出太陽(yáng)在四季中的照射高度，從而調(diào)節(jié)南北方向轉(zhuǎn)動(dòng)的舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至相應(yīng)的方位。

6 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）將光敏電阻放置在弧形基座上能夠接收到大范圍光照。

（2）光敏電阻兩側(cè)設(shè)置有擋光筒，擋光筒有12節(jié)可拆卸，可根據(jù)四季太陽(yáng)角度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（3）通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊將光敏電阻阻值變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳給計(jì)算芯片。

（4）設(shè)置有兩個(gè)舵機(jī)，承載太陽(yáng)能接收板的舵機(jī)是東西方向上轉(zhuǎn)動(dòng)，則承載舵機(jī)的舵機(jī)是南北方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

[1]朱世佳.基于嵌入式的太陽(yáng)能智能追光系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].北京交通大學(xué)，2009.

[2]陶濤.太陽(yáng)能板自動(dòng)追光系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].安徽大學(xué)，2013.endprint