基于單片機太陽能自動跟蹤系統的研究與設計

肖健新 遼寧錦州渤海大學工學院

基于單片機太陽能自動跟蹤系統的研究與設計

肖健新 遼寧錦州渤海大學工學院

本文設計的系統的核心是單片機，實現的功能具體包括了檢測光電二極管，高度角比較以及方位角比較的自動定位跟蹤，同時該自動跟蹤系統的太陽光和太陽能電池板之間的方向是相互垂直的。在當天氣是萬里晴空，進行檢測的時候是自動跟蹤，然后進行數據的存儲，這種方式可以避免由于季節性的因素，從而導致的數據誤差，當天氣是陰天的時候系統就會自動啟用晴天時候的數據位置，而且有著極高的控制精度，同時應用潛力也比較強，能夠很好地進行太陽的追蹤，進而達到發電效率提高的目的。

單片機 自動跟蹤 太陽跟蹤

太陽能是高效無污染的能源中的一種典型的代表，而且具有廣闊的發展前景，目前全球具有最快發展速度的技術是太陽能。但是太陽能的特點是會隨意時間的改變，太陽的光照方向，間歇性以及強度都會發生改變，從而在收集以及利用太陽能方面有了更高的需求。

現今大部分的太陽能電池板陣列的存在形式是固定的，所以使得太陽能資源無法得到充分地利用，而且發電的效率也比較低。相同條件下，當太陽能進行光發電的時候，如果選擇的是自動跟蹤發電設備，那么其發電量相比較于固定發電設備要高出35%，所以當利用太陽能的時候，非常有必要進行跟蹤。

本文設計的方案是基于單片機的太陽光自動跟蹤，本系統的結構設計簡單，投入的成本比較低，同時太陽能的方向的調整可以以太陽的光線為依據，另外在自動跟蹤的時候可以自動地進行記憶以不同時間段中的坐標位置更改，這個過程完全是自動的，非人為因素。尤其是當沒有人監督或者是天氣變化很復雜的時候，可以很好地實現太陽能利用率的提高，而且十分有必要進行廣泛地普及。

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1 自動跟蹤系統的組成和結構

自動跟蹤系統的組成部分主要包括了雙軸機械跟蹤定位系統、光電檢測電路、單片機控制系統以及時鐘電路等。

1.1 光電檢測電路

系統的機械組成部分包括了電池板底座、支架以及直流電機和兩轉動軸等。電池板面和二極管的檢測面是相互平行的。該系統自能夠在高度角以及方位角上進行跟蹤。機械裝置的驅動是電機，能夠保持電池板360°方向以及和0到90°垂直方向進行自由地旋轉。將軸承安裝在轉動軸間，從而減小了摩擦力，進而實現了高度角以及方位角的功率調整。將一個大點的齒輪固定在轉動軸上，電機連接小齒輪是借助了傳送帶，同時調整了轉速比，進而達到了大齒輪轉速以及電機調整功率的降低。將2塊小磁鐵安裝在兩個小齒輪相互的對稱位置，將一個干簧管安置在小齒輪的附件地方，同時對位置進行調整，進而實現當通過干簧管的時候，干簧管可以閉合。把這個信號發送給單片機判斷，就可以檢測出所轉動的角度。單片機送出高度角以及方位角電機的正反轉進行信號的控制，在方位角上安置兩路三級管以及在高度角上安裝繼電器。從而就可以形成高度角以及方位角的跟蹤機構。除此之外，將鎖定裝置安裝在2個大齒輪邊，當沒有調整方位角以及高度角的時候，這個鎖定裝置是會經過彈簧上的鐵片的，齒輪鎖定，進而避免由于系統自重或者是其他的外在因素從而造成了方位角與高度角出現自行移動的現象。當正反轉調整信號從單片機發出的時候，電磁閥也會被驅動接通，將鐵片拉動，鎖定就解除。

在太陽能光電池板中安裝上光電檢測裝置，保持電池板和光電二極管的檢測面是相互平行的。在沒有被遮住的地方安置用于環境光度檢測的光電二極管，同時和圓柱體中的所有光電二級管以及運算放大器形成一個比較電路，電路圖如圖2所示。

1.3 時鐘電路

鄉村家庭父母和城市家庭父母相比，文化知識程度總體不高，導致在教育兒童方面缺乏現代的先進教育理念和方法。在家庭教養方式上，鄉村家庭也更多地呈現出溺愛型或專制型。具體表現為要么對孩子過度溺愛，百依百順，要么表現為要求孩子絕對服從家長的意志，孩子一旦犯錯，非打即罵。還有一種常見的類型表現為，父母對孩子不管不顧，任其發展。不論是以上哪種家庭教養形式，父母都缺乏與子女正確的親子關系，缺乏正確的教育和溝通。鄉村父母文化程度總體不高，不僅影響民主交流家庭教養關系的形成，還影響兒童對未來的期待和發展。許多父母認為讀書的目的就是為了能夠在城市找到一份穩定的工作，也以此作為離農的重要途徑，讀書無用論也易形成。

圖2 電路圖

1.2 雙軸機械跟蹤定位系統

圖3 結果圖

將圖中的電阻值進行適當地調整，從而當圓柱體中的光電二極管在不受光線照射的時候，運算放大器輸出的是低電平。該電平能夠檢測輸入端，在圓柱體中所有的光電二級管都各自對應著一個單片機的輸入端，一共有9個輸入端。從而能夠對太陽光線朝向進行檢測，進而判斷出需要轉到哪個電機以及轉到的方向。另一方面，光電二極管的檢測范圍的擴大，可以根據具體的情況而改變，也能夠增加一圈和內圈并聯的光電二極管。結果如圖3所示。

當觀測時間以及觀測位置不同的時候，太陽的方位會發生對應的改變，所以，進行跟蹤定位太陽能是很有必要的。太陽光自動跟蹤系統中的光電檢測電路俯視簡圖如圖1所示。

在那以后的日子里，我天天如驚弓之鳥，惶惶不可終日。我從短裙子女孩想到劉偉，想到黑背心、泰森，最后又回到錄像廳里的那張神秘紙條。我總覺得在我的身邊還有一雙無形的眼睛。因為在錄像廳里給我紙條的那個人一定不是短裙子女孩，因為我們從未謀面，她也不知道我叫陳小飛，一定是一個認識我的人把我推薦給短裙子女孩或者是劉偉的，這個認識我的人那天也一定跟蹤了我。我甚至認為這個藏在我身后的熟悉的人一定是這個兇殺案件的主謀，我、黑背心、泰森，甚至短裙子女孩和劉偉，都不過是他運籌帷幄的一個棋子而已。

該電路中所包括的組成部分光電三極管有9個，分別位于正中央，另外的8個是圍成一圈的。該檢測板是被一個圓柱體遮住了，該圓柱體的直徑是比圖1中的外圓要大一些。在圓柱體的上方中央留有一個洞，直徑是和檢測過程中的光電二極管是一樣的。

2.2.4 定期宣教 按計劃定期講課，一次講課時間不宜過長，控制在1 h以內，內容不宜過多、過深。我院神經外科每個月開展1次健康宣教日活動，包括醫師、護士對專科知識的講解及專家答疑，該活動受到廣大患者及家屬的好評。每個月2次由本病區的主任醫師、床位醫師、護士共同組織病區內患者及家屬進行互動交流，提高患者及家屬的主動參與意識，積極進行發言、提問，由醫師和護士對顱腦損傷的相關知識、飲食、休息、康復、心理等進行應答，通過醫、護、患之間的溝通，從而及時解決患者遇到的問題。

因為在系統中需要完成一些和時間相關的控制，所以這個過程就要用到實時時鐘。如果計時的時候用到了單片機，那么時間如果太久的話，就很容易產生較大的誤差，所以所選擇的芯片是來自DALLAS公司的DS1302時鐘芯片，該芯片是串行實時的。特點是有著實時時鐘以及靜態RAM是31個字節，選擇串行通訊，能夠很好地和進行單片機接口。DS1302時鐘芯片能夠顯示出時、分、秒、日、月、星期以及年，計時方式可以是12h也可以是24h，供電方式是雙電源。將單片機AT89C52和DS1302的引腳進行相互地連接。DS1302的引腳具體包括了：X1，X2。其中GND指的是電源地，RST代表復位，用于操作芯片操作。I O指的是數據的輸入，引腳的輸出。SCLK指的是串行時鐘輸入。VCC1指的是主電源，VCC2指的是后備電源。

2 工作原理

首先是當開機后完成時間的校正，系統就會調用子程序，開機后進行第一次的調整，如果天氣比較復雜，位置數據正確地存儲，那么程序就不可以完成定位，這個時候需要采用手電筒進行太陽定位的模擬。當得到了初始數據后，程序就會自動調整。當光線是正常的時候，程序就會每20分鐘完成一次校正，從而確保了高效的發電效率，另外還能夠節省電能消耗。當晴天正確校正后，時間的顯示是時分秒的形式，其中采用的是24時的方式以及1，2，3分別對應著0，20，40分，方位角與高度角的字節數目是2個，水平方位角占據了9位，而高度角占據了7位，其中最大值能夠是512與128，所以精度十分高。系統的自動調整子程序框圖如圖4所示。

圖4 系統的自動調整子程序

結論：本文設計的自動跟蹤系統可以對晝夜進行自動檢測，同時比較了環境亮度以及太陽輻射，所實現的自動跟蹤系統有著高度的準確性以及高度的可靠性，當處于晴天的時候可以實現時間數據以及角度數據的實時存儲，可以避免由于季節的改變從而造成誤差積累。當陰天的時候可以自動切換到晴天時位置。所以盡管天氣因素對系統的運行不會產生很大的影響，在一定程度上大大地實現了太陽能利用效率的增強。對于太陽能電池板，當沒有輸入能量時，電能的獲取能夠直接來源于電池板。

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