單片機在光伏系統中的應用

余 丹

(江西工業職業技術學院，江西 南昌 330096)

1 光伏系統

光伏系統運用太陽能電池板，硬件電路構建，在光源照射下，自動進行發電。可以在荒山荒坡、農村地區農業大棚建設光伏發電站，緩解電力負荷。根據地區地域特點，經濟發展，統籌規劃，建立分布式光伏發電設備，實現可再生能源的應用。光伏發電即環保又可持續，發展光伏技術顯得尤為重要，要使得光伏系統易于實施，并創造出有效的應用價值。本文通過探究跟蹤光源變化，設計光伏逐日系統，光伏電池板及時跟蹤光照的角度，由單片機控制舵機運動，跟隨光照位置的變化而運動。

2 單片機

隨著計算機技術的不斷發展，微電子產品集成化、體積微小化，功能更加集成化，單片機產品也在不斷發展。由于芯片集成度越高，功能就越強大，單片機在自動控制領域應用很廣，廣泛應用于工業控制、智能化儀器儀表、家用電器、電子玩具等領域[1]。

單片機價格低廉、系統集成、體積小、質量輕、功能強大，編程語言可用C語言開發，利于學習掌握。在沒有硬件的情況下，可以用編程軟件和硬件仿真軟件進行學習和仿真看運行效果，利于感興趣者學習，達到節約成本，提高應用單片機進行設計的能力。單片機有多個IO端口，每個引腳輸出電平可以驅動負載，根據要求搭建硬件電路，實現不同的功能要求。本文采用AT89C51型號單片機進行電路設計，感應光照強度采用光敏傳感器，開發逐日系統跟蹤程序，利用Proteus仿真軟件查看舵機的脈沖。

3 系統控制要求

本文采用Keil C51軟件進行程序設計，編寫控制舵機的脈沖，使得2個舵機分別能在東西方向、南北方向可運動的角度達到180°，硬件電路按實際要求設計，這里主要是介紹軟件設計部分。在調試實際硬件電路時，先在Proteus軟件上進行仿真，調試程序，這樣方便隨時隨地能調試程序，節省開發調試時間，也使得在沒有硬件情況下也能設計程序，調試程序。在Keil C51軟件上編好程序后，下載到Proteus仿真軟件的電路中，通過仿真查看與分析舵機的脈沖波形，不斷調試程序，直到達到控制要求。

4 系統設計與實現

這里主要介紹舵機運動的程序設計。跟隨光源運動，有東西方向和南北方向兩個舵機，哪邊光照強，舵機往哪邊運動。每一個舵機由51單片機I/O端口某引腳來控制，這里采用P1.0和P1.1引腳來輸出舵機脈沖。舵機的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，控制舵機運動的角度，與該脈沖的高電平維持的時間有對應關系，也就是脈沖的高電平寬度不一樣，舵機運動的角度就不一樣。舵機運行到某個角度，需要對應的脈沖。本文舵機運行的角度范圍是0～180°，對應的脈沖高電平部分一般為0.5～2.5ms，對應的控制關系為：

0.5ms——0°；

1.0ms——45°；

1.5ms——90°；

2.0ms——135°；

2.5ms——180°。

單片機通過光敏傳感器接收到光照的方向，編寫程序實現對應的舵機脈沖輸出。單片機編程采用定時器中斷函數，脈沖周期約為20ms，根據舵機運動的角度，來確定脈沖的高電平時間，重新給定時器賦初值。采用T0定時器中斷，T0初始化函數是設置TMOD模式，選定的是T0定時器，工作在模式1，16位定時器，根據要定時的時間，計算出初值，給TH0、TL0賦初值，打開總中斷EA，T0中斷ET0，啟動T0定時器中斷TR0。中斷函數實現的是定時時間到，就跳轉到T0中斷函數，給P1.0和P1.1引腳賦值，同時重新給T0定時器賦初值。通過每次中斷響應后，重新給T0賦初值，改變定時時間，使得P1.0和P1.1引腳的電平不斷改變，這樣就確定了2個引腳高、低電平維持的時間，但2個引腳的脈沖周期為20ms不變，每次改變的是高電平時間，也就是PWM脈沖調制方法。若要使兩個舵機分別偏離東90°，偏離南30°，在編程軟件Keil C51中編寫程序，脈沖輸出的主要程序如圖1所示。

圖1 脈沖輸出程序

在Keil C51軟件中編寫好程序后，形成HEX文件，將其下載至51單片機，可用示波器測量P1.0和P1.1引腳的波形，也可以通過Proteus仿真軟件搭建硬件電路，運行后查看仿真波形。每個脈沖的周期約為20ms，根據舵機要運行的角度，計算出對應的脈沖高電平，在單片機程序中設計出來。每一個脈沖控制一個舵機，脈沖的高電平部分確定了舵機運行的角度。圖2為Proteus軟件仿真的兩個舵機引腳的脈沖波形，如P1.0引腳高電平為1.5ms，對應控制了舵機的運動角度為90°，P1.1引腳高電平為0.83ms，對應控制了舵機的運動角度為30°，達到了系統控制的要求。在光伏系統中，用單片機來控制舵機運動，可以追蹤光源的變化。

圖2 Proteus軟件仿真效果圖

5 結語

本文介紹了單片機在光伏逐日系統中的應用，以單片機實現舵機運動為例，采用單片機編程產生舵機所需的脈沖，在Proteus仿真軟件中查看脈沖波形，達到了逐日系統的要求，舵機能追蹤光源的變化。從而可以應用光伏逐日系統，充分利用太陽能發電為農業生產提供光照和熱能，達到節能、降耗、環保的目的。