基于PIC18F4520的太陽能追蹤系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

楊清學(xué)

（成都職業(yè)技術(shù)學(xué)院四川 成都610041）

基于PIC18F4520的太陽能追蹤系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

楊清學(xué)

（成都職業(yè)技術(shù)學(xué)院四川 成都610041）

提出了一種光線采集控制器及其構(gòu)成的太陽能控制系統(tǒng)，光線采集控制器包括PIC18F單片機(jī)，與該P(yáng)IC18F4520單片機(jī)連接的DC-DC轉(zhuǎn)換模塊、光線采集模塊、限位開關(guān)、時鐘模塊，以及同時與DC-DC轉(zhuǎn)換模塊、PIC18F4520單片機(jī)、光線采集模塊、限位開關(guān)連接的用于向PIC18F4520單片機(jī)提供穩(wěn)定工作電源的穩(wěn)壓模塊，太陽能控制系統(tǒng)包括光線采集控制器，與光線采集控制器中的PIC18F4520單片機(jī)連接的電機(jī)驅(qū)動模塊、邏輯控制模塊，所述邏輯控制模塊與電機(jī)驅(qū)動模塊建立通信，本設(shè)計合理，電路結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，制作成本低。

PIC18F4520單片機(jī)；光線采集控制器；DC-DC轉(zhuǎn)換；太陽能

隨著世界工業(yè)的發(fā)展，人類對環(huán)境保護(hù)的意識越來越強(qiáng)，各式各樣的新能源漸漸被開發(fā)出來，太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿葷u漸取代了石油在各個行業(yè)的比重。目前采用的太陽光追蹤系統(tǒng)主要有光電追蹤和視日運(yùn)動軌跡追蹤兩種方案。本光線采集系統(tǒng)采用的是，依據(jù) 4個不同方向的光電傳感器檢測信號進(jìn)行閾值對比分析，從而找到最大功率點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高效的太陽能追蹤與采集的這種方案［1］。

本系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)在于采用低功耗的PIC18F4520系列單片機(jī)與L293D 12V直流電機(jī)驅(qū)動芯片設(shè)計一款性能優(yōu)越、電路簡單、穩(wěn)定性好、精度高的太陽能自動尋光器。利用MC34063直流變壓芯片將12V直流電壓降壓到5V直流電壓，并提供給電路中的工作電壓為5V的芯片，使整個電路只需要輸入12 V直流電壓即可正常工作，讓此產(chǎn)品性價比高，耐用性好。經(jīng)實(shí)踐證明本設(shè)計運(yùn)行性能良好、測量穩(wěn)定、性價比高。

1 總體設(shè)計

主控單元采用美國微芯科技公司的PIC18F4520單片機(jī)，具有低功耗，低電壓供電特性，工作電壓范圍寬，可達(dá)2.0 V到5.5 V。高灌/拉電流25mA/25mA，3個可編程外部中斷，4個輸入電平變化中斷，2個捕捉/比較/PWM（CCP）模塊，支持RS-485、RS-232和LIN 1.2，最多13路通道的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（A/D）。具有優(yōu)化的C編譯器架構(gòu)，典型的100，000擦/寫周期增強(qiáng)型閃存程序存儲器，典型的1，000，000擦/寫周期數(shù)據(jù)EEPROM存儲器，8x8單周期硬件乘法器［2］。

顯示單元采用數(shù)碼管顯示，主要顯示太陽能電池板組件電壓。光線采集單元是通過光電傳感器檢測信號，并經(jīng)過處理后將信號送給主控單元［3-4］。主控單元控制驅(qū)動單元，驅(qū)動單元控制轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)臺上有四個限位開關(guān)，分別限制四個方向的轉(zhuǎn)動。DC/DC轉(zhuǎn)換單元將蓄電池的12 V電壓轉(zhuǎn)換為5 V為單片機(jī)提供電源。系統(tǒng)設(shè)計圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 電源電路設(shè)計

本系統(tǒng)采用12V蓄電池直流電壓輸入，通過MC34063降壓電路降到5V，再通過TL431穩(wěn)定輸出電壓為5 V，如圖2所示。

圖2 電源電路設(shè)計圖

2.2 光線采集電路設(shè)計

由于本設(shè)計采集數(shù)據(jù)對象是光線強(qiáng)弱，所以我們將光線分為四個方向，分別為東、西、南、北。此電路中，通過光線傳感器將四個方向的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再通過電阻的分壓，電容的濾波電路，將電壓信號穩(wěn)定的輸出到主控單元，如圖3所示。

圖3 采樣電路設(shè)計圖

2.3 數(shù)據(jù)處理電路

本設(shè)計使用的單片機(jī)是PIC18F4520，工作電壓為2.0～5.5V，使用4M晶振為單片機(jī)提供時鐘。單片機(jī)使用了RA、RD共2個IO口，RA0-RA3作為數(shù)據(jù)輸入口，將光線采集電路收集的電信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。RA6-RA7作為晶振輸入口。RD0-RD3作為控制電平輸出口，控制L293D芯片電壓的輸出，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動。RD4-RD7作為限位開關(guān)輸入口，如圖4所示。

2.4 電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計

本設(shè)計使用的是L293D直流電機(jī)驅(qū)動芯片，芯片工作電壓為4.5-36V；由單片機(jī)RD0-RD3口送控制信號到L293D的1，2，10，15四個輸入引腳，在單片機(jī)與L293D連線之間分別接一個10K的上拉電阻，因?yàn)樘柲馨l(fā)電板上的直流電機(jī)工作電壓為12V，所以L293D的VS腳接12V直流，L293D的輸出3，6腳分別接水平方向控制電機(jī)的正負(fù)極，L293D的輸出11，14腳分別接豎直方向控制電機(jī)的正負(fù)極，如圖5所示。

圖4 數(shù)據(jù)處理電路設(shè)計圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本設(shè)計使用了PIC18F4520單片機(jī)，除了硬件電路的設(shè)計外，還需要軟件部分的支持［2］。軟件設(shè)計流程圖如圖6所示。

4 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

根據(jù)本設(shè)計制作多個樣品進(jìn)行測試，將得到的結(jié)果與理論值進(jìn)行比較，測試結(jié)果性能良好，通過實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。元器件價格便宜，其適于推廣應(yīng)用。

圖5 電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計圖

圖6 軟件設(shè)計流程圖

5 結(jié) 論

本設(shè)計是基于PIC18F4520帶AD轉(zhuǎn)換的單片機(jī)和L293D直流電機(jī)驅(qū)動芯片設(shè)計的光源尋找電路，給出了硬件部分的設(shè)計圖和軟件部分的流程圖，并制作了5個樣品進(jìn)行測試，測試結(jié)果性能良好，元器件價格便宜，有良好的適用價值。

［1］張曉霞，殷盼盼，張國，等.基于C805 1F的太陽能電池自動追蹤系統(tǒng)［J］.沈陽建筑大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，25（4）：767-771.

［2］PIC18F4520手冊［EB/OL］.http://www.microchip.com/downloads/cn/DeviceDoc/39631a_cn.pdf.

［3］王宏云，劉振棟，穆劍玲，等.全天候太陽能自動跟蹤系統(tǒng)的研制［J］.科技傳播，2011（19）：89，74.

［4］鄭鋒，王煒靈，陳健強(qiáng)，等.全天候太陽能自動跟蹤系統(tǒng)裝置的研究［J］.科技視界，2014（23）:176-177.

［5］馬正華，姚劉君.一種高精度雙軸太陽能自動跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計［J］.低壓電器，2011（16）:35-38.

［6］張興磊，楊麗麗，張東鳳.一種太陽自動跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計［J］.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008（25）:315-318.

［7］袁志國，闕沛文，黃作英.一種太陽跟蹤裝置的設(shè)計 ［J］.自動化與儀表，2007（2）:30-33.

［8］宋戈，51單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)范例大全［M］.北京:人民郵電出版社，2012.

［9］雷建龍，郭小軍.單片機(jī)C語言實(shí)踐教程［M］北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［10］陳子堅，楊華棟.基于不同控制器的太陽能追蹤系統(tǒng)介紹與比較［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2014（5）：55-57.

［11］倪玉峰，閆闈，劉建成，行鴻彥.一種新穎的太陽能追蹤采集系統(tǒng)設(shè)計［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（3）:201-204.

［12］胡海燕，翟永前，李春鵬.基于MSP430FL49的智能太陽能追蹤系統(tǒng)［J］.自動化應(yīng)用，2014（10）:73-75.

［13］王東江，劉亞軍.太陽跟蹤自動化控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2010（7）:19-26.

［14］王瑜，傅明星.太陽能光伏追蹤控制系統(tǒng)的研究［J］.機(jī)械工程與自動化，2015（5）:159-161.

［15］余濤，馬立新，陳國平，等.太陽追蹤系統(tǒng)控制器的設(shè)計與應(yīng)用［J］.電機(jī)與控制應(yīng)用，2010，37（3）:22-25.

Design and implementation of solar tracking system based on PIC18F4520

YANGQing-xue
（Chengdu Polytechnic，Chengdu 610041，China）

This system is composed of PIC18F microcontroller，DC-DC conversion module，conversion module，PIC18F module，module，DC-DC module，PIC18F module，PIC18F converter module，PIC18F microcontroller，light collection module，limited switch connection.The solar control system includes light acquisition controller，and the controller of light collection.The logic controlmodule andmotor drivemodule are designed.

PIC18F4520；lightacquisition controller；DC-DC conversion；solar ener

TN492

A

1674－6236（2016）20-0137-03

2016-01-15 稿件編號：201601111

四川省教育廳重點(diǎn)科研課題基金項目（15ZA0362）

楊清學(xué)（1965—），男，四川青川人，副教授。研究方向：通信技術(shù)、光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用。