基于PIC18F4520的太陽能追蹤系統設計與實現

楊清學

（成都職業技術學院四川 成都610041）

基于PIC18F4520的太陽能追蹤系統設計與實現

楊清學

（成都職業技術學院四川 成都610041）

提出了一種光線采集控制器及其構成的太陽能控制系統，光線采集控制器包括PIC18F單片機，與該PIC18F4520單片機連接的DC-DC轉換模塊、光線采集模塊、限位開關、時鐘模塊，以及同時與DC-DC轉換模塊、PIC18F4520單片機、光線采集模塊、限位開關連接的用于向PIC18F4520單片機提供穩定工作電源的穩壓模塊，太陽能控制系統包括光線采集控制器，與光線采集控制器中的PIC18F4520單片機連接的電機驅動模塊、邏輯控制模塊，所述邏輯控制模塊與電機驅動模塊建立通信，本設計合理，電路結構簡單，穩定性好，制作成本低。

PIC18F4520單片機；光線采集控制器；DC-DC轉換；太陽能

隨著世界工業的發展，人類對環境保護的意識越來越強，各式各樣的新能源漸漸被開發出來，太陽能、風能、地熱能等漸漸取代了石油在各個行業的比重。目前采用的太陽光追蹤系統主要有光電追蹤和視日運動軌跡追蹤兩種方案。本光線采集系統采用的是，依據 4個不同方向的光電傳感器檢測信號進行閾值對比分析，從而找到最大功率點，實現高效的太陽能追蹤與采集的這種方案［1］。

本系統的創新點在于采用低功耗的PIC18F4520系列單片機與L293D 12V直流電機驅動芯片設計一款性能優越、電路簡單、穩定性好、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，讓此產品性價比高，耐用性好。經實踐證明本設計運行性能良好、測量穩定、性價比高。

1 總體設計

主控單元采用美國微芯科技公司的PIC18F4520單片機，具有低功耗，低電壓供電特性，工作電壓范圍寬，可達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位模數轉換模塊（A/D）。具有優化的C編譯器架構，典型的100，000擦/寫周期增強型閃存程序存儲器，典型的1，000，000擦/寫周期數據EEPROM存儲器，8x8單周期硬件乘法器［2］。

顯示單元采用數碼管顯示，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，并經過處理后將信號送給主控單元［3-4］。主控單元控制驅動單元，驅動單元控制轉臺的轉動。轉臺上有四個限位開關，分別限制四個方向的轉動。DC/DC轉換單元將蓄電池的12 V電壓轉換為5 V為單片機提供電源。系統設計圖如圖1所示。

圖1 系統總體結構圖

2 系統硬件設計

2.1 電源電路設計

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

圖2 電源電路設計圖

2.2 光線采集電路設計

由于本設計采集數據對象是光線強弱，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，將電壓信號穩定的輸出到主控單元，如圖3所示。

圖3 采樣電路設計圖

2.3 數據處理電路

本設計使用的單片機是PIC18F4520，工作電壓為2.0～5.5V，使用4M晶振為單片機提供時鐘。單片機使用了RA、RD共2個IO口，RA0-RA3作為數據輸入口，將光線采集電路收集的電信號進行轉換，轉換為數字信號。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，進而控制電機的轉動。RD4-RD7作為限位開關輸入口，如圖4所示。

2.4 電機驅動電路設計

本設計使用的是L293D直流電機驅動芯片，芯片工作電壓為4.5-36V；由單片機RD0-RD3口送控制信號到L293D的1，2，10，15四個輸入引腳，在單片機與L293D連線之間分別接一個10K的上拉電阻，因為太陽能發電板上的直流電機工作電壓為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的正負極，L293D的輸出11，14腳分別接豎直方向控制電機的正負極，如圖5所示。

圖4 數據處理電路設計圖

3 系統軟件設計

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

4 實驗應用

根據本設計制作多個樣品進行測試，將得到的結果與理論值進行比較，測試結果性能良好，通過實際應用發現，該系統運行穩定可靠。元器件價格便宜，其適于推廣應用。

圖5 電機驅動電路設計圖

圖6 軟件設計流程圖

5 結 論

本設計是基于PIC18F4520帶AD轉換的單片機和L293D直流電機驅動芯片設計的光源尋找電路，給出了硬件部分的設計圖和軟件部分的流程圖，并制作了5個樣品進行測試，測試結果性能良好，元器件價格便宜，有良好的適用價值。

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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

四川省教育廳重點科研課題基金項目（15ZA0362）

楊清學（1965—），男，四川青川人，副教授。研究方向：通信技術、光伏發電技術及應用。