基于單片機的太陽能電池板自動對光跟蹤系統

高雨虹 徐照勝

摘要：要想很好的解決環境保護和世界能源短缺問題，就必須開始著手進行太陽能利用的研究。只有如此，才能達成能源節約和環境保護的目的，實現人類的可持續發展。

關鍵詞：單片機;太陽能電池板;自動對光跟蹤系統

從環境保護與世界能源短缺這威脅人類的兩大問題出發，本篇文章主要是為了研究能夠實現對太陽能進行充分利用，進而促進太陽能利用效率大大提升的目的，著手開發和研究太陽自動追蹤系統。加之可以提升開發屬于清潔能源的太陽能的力度，這在能源節約和環境保護兩方面都具有極其重大的現實價值。

一、 單片機選擇

單片機一般是由等電路集成電路芯片、微處理器、存儲器、I/O接口、計數器/定時器、串行接口以及中斷系統這幾個重要部件共同構建而形成的一個微型計算機，因而也可以叫做單片微型計算機單片機。其能夠被大范圍應用于很多種分布式系統及控制系統中，主要是因為其具有低能耗、小體積、強抗干擾力、強適應性、高產品化等優點。現如今，可以看到大眾生活的幾乎每一個領域都可見單片機的身影，可以想見單片機的應用范圍是多么的廣了。往大了說，導彈上裝置的導航系統、飛機上控制的多種儀表以及工業自動化全程和計算機數據傳輸與通訊網絡的數據處理和實時控制。往小了說，大眾生活中經常使用的多種智能化的IC卡，出行駕駛小轎車上的安全保障系統，攝像機、自動洗衣機、攝像機的控制以及電子寵物、程控玩具等。此外，還有現如今科技的前沿領域，以醫療器械、機器人、智能儀表為標志的自動控制領域，都可見單片機的身影，其在這些領域中都發揮著極其重要的作用。基于此，本篇文章中從實際出發，設計選擇將性能高、電壓低的AT89C52單片機作為整個自動對光跟蹤系統的系統控制器，該系統的構成就不再贅述。

二、 光電轉換裝置

光敏二極管光強比較法是本篇文章研究的自動對光跟蹤系統所采用的方法，利用該方法可以通過設置出一種以前沒有的光電轉化裝置非常出色的完成光電轉化的難題。該裝置利用上述提到的方法可以很好的達成全方位追蹤太陽垂直方向和水平方向的目的，在夜間還會自動化的恢復位置。如果太陽在水平方向或者是垂直方向上出現偏移的時候，在四個光電管D1、D2、D3、D4中一定會有一個接受到陽光的照射，此時就可以對太陽的運動方向進行明確的判斷了。應用處于太陽直射下的光敏二極管，會發生電流的變化現象的原理，在傳感器東邊、西邊這兩個方向上分別放置兩個光敏二極管D1、D2。當太陽能電池板處于太陽直射下，此時設置于東西兩邊的光敏二極管所接收的太陽光照強度沒有差異，因而具有完全相等的采樣電壓，這時電動機不會轉動。假如太陽能電池板和太陽光照方向在垂直方向上有夾角存在時，此時有一個光敏二極管接受的光照強度比較大，因而其隨著增大的電流值，電動機會開始轉動，直到兩個都接受相同的光照強度。此外放置D3，同一原理，假如太陽光照垂直，電動機則不會轉動，有夾角存在時，則會轉動，直至D1、D2、D3這三個所放置的光敏二極管所接收的太陽光照強度沒有差異。再將D4放置于太陽能電池板的背部，當太陽能電池板接受到太陽光的垂直照射時，此時位于該處的D4所接受的光照強度遠大于D1、D2、D3。因而通過相應的具有精確控制、實現難度小特點的程序對太陽能電池板的方位角進行調控，電動機轉動直至D1、D2、D3所接收的太陽光照強度都超過D4，設置D4的初衷是為了能達成每天太陽能電池板可以自動化恢復位置的目的。

三、 時鐘電路系統

本篇文章的設計中所選擇的是將性能高、電壓低的AT89C52單片機作為整個自動對光跟蹤系統的系統控制器，該類單片機通過中斷時鐘，可以產生頻率為三百千赫的時鐘脈沖。與自十千赫到一千二百八十千赫的ADC0808時鐘頻率要求標準。三態鎖是ADC0809所具備的功能，把ADC0809輸入端和四個信號的端子相加，之后選擇控制地址線有三個單片機的I/O接口來進行。如此方可實現利用AT89C52單片機控制ADC0809的任何一個轉換通道。如果要轉化某一個通道，一般是當轉化上一個通道的狀態結束后，讀取到單片機所傳出的指令后，才可以進行下一通道的轉化。因為本文中所選擇使用的單片機的時鐘脈沖為十二兆赫，因而轉化時間不是特別長。與此同時，還能夠實時性的采集每一個電路中的電壓變化狀況，這一設計完全滿足了太陽能的跟蹤實時性需要及要求。

四、 基本工作原理

在本篇文章的太陽能跟蹤傳感器設計中，因為光敏二極管具有完全相同的光電特性，因而當太陽光垂直照射傳感器的時候，接受太陽光線照射的三個設置于太陽能電池板上的光敏二極管D1、D2、D3的光影長度都被認為是零。這主要是由于太陽光斑直徑的大小要遠超過D1、D2、D3間距離的最大值。當偏移量存在于傳感器和太陽光照時，此時二者間的偏移量越大，傳感器上的光影也就越大。這個時候因為被太陽光照射的D1、D2、D3的特性不同于光影區域的特性，因而系統就會對空間姿態進行調整，直至光線和傳感器垂直為止。打個比喻，就好像向日葵永遠圍著太陽轉動一樣。

五、 結束語

本篇文章主要從單片機選擇、光電轉化裝置、時鐘電路系統、基本工作原理這四個方面對基于單片機的太陽能電池板自動對光跟蹤系統進行系統性的闡述。現如今，為了尋求解決能源危機的辦法，基于太陽能的優點，太陽自動追蹤系統已然是現下最火熱的話題和研究。筆者極其相信在不久的將來，世界能源的主體一定是太陽能。基于此，要想很好的解決能源危機，就必須進行深入的研究。雖然當前的研究還不夠成熟，但是也取得了一定的成績。因而筆者希望研究隊伍能夠越來越壯大，早日達成具有低成本、高精度、優良性能的太陽自動追蹤系統的研究目的。

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作者簡介：

高雨虹，徐照勝，江西省新余市，新余學院。