基于单片机的太阳能自动跟踪控制系统设计.pdf

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1、第２期（总第２０１期）机械工程与自动化No．２２０１７年４月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONApr．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０２‐０１７８‐０２基于单片机的太阳能自动跟踪控制系统设计张焕梅，郭芸俊（太原工业学院，山西太原０３０００８）摘要：采用AT８９C５１单片机搭建控制系统。控制系统包括实时时钟模块、显示模块和光照检测模块等。用预设函数进行太阳角度计算，通过单片机时间控制方式实现自动跟踪，以达到对太阳能电路板的定位，使太阳能电路板始终保持与太阳光垂直，大大提高太阳能的利用率，系统在夜晚、阴天或太阳光幅照度低于工作照度时将自动

2、关机。关键词：AT８９C５１；太阳能；自动跟踪；控制系统中图分类号：TP２７３文献标识码：A0引言系统上电运行后，首先进行初始化，然后判断光照在当今能源短缺的情况下，对新型可再生能源的条件是否符合太阳能发电的条件，若不符合，系统将继开发是各国迫在眉睫的工作，而太阳能作为一种储量续休眠待机；若符合，系统将复位，然后开始追日。追极其丰富，具有普遍性、经济性且清洁无污染的能源，日时，首先计算当前太阳角度，将太阳能电池板调整到［１－２］在能源利用方面具有独特的优势。我国疆土辽位，考虑到太阳光线变化缓慢，为节省电量和保证系统阔，资源丰富，尤其是太阳能资源极其丰富，充分利用稳定运行，本

3、系统以１０min为周期进行角度计算并调［６］太阳能的优势，对于解决我国能源短缺问题有着非常整太阳能电池板的偏转角和俯仰角。与此同时，光［３］重要的意义。照检测模块以中断方式进行后台监控，一旦天色暗淡各种太阳能自动跟踪控制系统的设计及完善是充或低于光强设定值，系统便进入待机休眠状态。单片分利用太阳能必不可少的重要组成部分，考虑到太阳机休眠前会自动将电池板恢复到预设的初始位置，以资源具有光照间断性和光强度随时间不断变化等特保证再次唤醒时的正确跟踪。同时其他电路也都将被［４］点，本文采用AT８９C５１单片机搭建太阳能自动跟关闭，直到单片机被激活。系统的电力供应由小型蓄踪控制系统。

4、自动跟踪控制系统能够使太阳能板跟随电池提供，晴天发电时电池板可对其进行充电，保证系太阳光照射方向的变化而变化，使其始终正对太阳光统稳定运行。显示部分由按键控制其开或关，使用方的投入方向，最大限度地采集太阳能，从而有效提高太便灵活。太阳能自动跟踪控制系统流程如图１所示。阳能的利用率。1太阳能自动跟踪控制系统总体设计１．１跟踪方式选择常用的基于单片机的太阳能跟踪方式有两种：①太阳角度跟踪（也称视日运动轨迹跟踪），即根据系统时钟获取实时时间，然后通过预先设定的函数计算出太阳的高度角和方位角；②光电检测跟踪，即通过实时检测入射太阳光来进行跟踪。光电检测系统结构比较简单，跟踪灵敏度较

5、高，但易受天气变化的影响，从而造成跟踪失灵或误判，且实时跟踪耗电量比较大；太阳图１太阳能自动跟踪控制系统流程角度跟踪稳定度比较高，控制过程简单，不受天气及其2控制系统硬件设计他光源的干扰，但可能会累积一定误差。综合比较两本系统硬件由光照检测电路、实时时钟电路、显示种跟踪方式，从产品可靠性及性价比角度考虑，本设计电路、驱动控制电路及外围辅助电路等组成。采用太阳角度跟踪，以追求更加稳定、可靠的系统，进２．１实时时钟电路设计［５］而提高太阳能利用的效率。在本系统中需要根据实时时间进行太阳角度的计１．２系统开发流程算，因此需要外接时钟电路。本系统的时钟芯片选用收稿日期：２０１７‐０

6、１‐１６；修订日期：２０１７‐０２‐０９作者简介：张焕梅（１９７２‐），女，山西定襄人，讲师，硕士，研究方向：机械系统计算机控制。２０１７年第２期张焕梅，等：基于单片机的太阳能自动跟踪控制系统设计·１７９·DS１３０２，时钟芯片连接图如图２所示。实际工作时，强阈值可通过光敏二极管参数和透光片的透光度设定。单片机通过接口电路读取DS１３０２的时间信息，计算出太阳实时的高度角和方位角，通过步进电机调整电池板方位，使太阳能电池板始终垂直于太阳光。２．２显示模块电路设计在单片机系统中，数码管是应用最广泛的一种显示方式，其与单片机的接口方法也很简单。在本系统运行过程中，由于需要显示时

7、间，即时、分、秒，而显示内容只是数码，故选用６位一体数码管作为显示器，采用MAX７２１９作为驱动芯片。显示模块电路图如图３所示。２．３光照检测电路设计由于需要跟随昼夜等变化来使系统休眠待机或唤醒，因此系统需设计光照检测电路。本系统选择光敏二极管作为传感器，通过光敏二极管电路接收装置来检测光照强度，将光信号转换为电信号，以供单片机处理、判断光照条件，从而决定是否开机跟踪或继续休眠，光图２时钟芯片连接图图３显示模块电路图２．４外围辅助电路的设计同方法再计算角度偏差，继续跟踪，延时时间的设置可单片机的外围辅助电路主要由复