一種新思路的太陽能自動跟蹤系統(tǒng)設計

　　1.引言

　　伴隨日益嚴重的能源危機，可再生資源的開發(fā)和利用成為人們研究的重點對象。太陽能以其普遍、長久、安全等優(yōu)點脫穎而出。目前太陽能已被不同程度地用在了多個領域，如電池領域，但普遍存在利用率不高的問題，很多場合下，電池板要么被安裝成固定角度，要么只能按照固定角度偏轉，沒有充分使太陽光垂直照射到電池板上，降低了太陽能的利用率。

　　為提高利用率，本文設計了一種基于Atmega16單片機的太陽能電池板光源跟蹤控制系統(tǒng)，能夠實時跟蹤太陽并使太陽光充分垂直照射電池板，從而提高了太陽能的利用率。

　　2.系統(tǒng)設計原理

　　設計采用光強比較法來跟蹤太陽光源。整機裝置包括：太陽能電池板、電源管理電路、光電管、單片機、電機驅動電路、步進電機以及機械轉動平臺。系統(tǒng)結構如圖1所示。

　　系統(tǒng)工作原理如圖2所示，在太陽能電池板邊沿的中間位置分別安裝一個光電管，根據太陽光照射到電池板對邊兩個光電管的角度（如圖α、β）不相等，使得光電管1、2感受的光照強度不同從而產生大小不同的光電流，將光流轉換成電壓信號，通過比較采集后的電壓信號，控制步進電機向電壓大的方向轉動。

　　3.系統(tǒng)硬件設計

　　3.1光強采集電路

　　系統(tǒng)使用靈敏度較高的3DU33光電管作為光強檢測器件，其光電流大于2mA,發(fā)射極只需串接很小的電阻便可得到可被采集的電壓，而且其響應時間1ms,反應速度快。

　　需要注意的是，強光下，光電流較大，此時光電管發(fā)射極電阻不宜過大[2],否則各個光電管輸出電壓均趨于5V,系統(tǒng)不能檢測出對邊兩只光電管的輸出電壓差。該設計中，R1使用330Ω，在冬天中午陽光照射下，測得輸出電壓已達到3.6V.

　　3.2 步進電機

　　設計使用5線四相減速步進電機28BYJ-48,減速比為1:64,步矩角為5.625°/64=0.087 89°，遠小于不帶減速比的步進電機，這是提高跟蹤精度的很好選擇。

　　對于四相步進電機，其工作方式可分為單4拍、雙4拍、8拍三種工作方式。單4拍與雙4拍的步距角相等，但單4拍的轉動力矩小。8拍工作方式的步距角是單4拍與雙4拍的一半，因此，8拍工作方式既可以保持較高的轉動力矩又可以提高控制精度。設計采用8拍工作方式，那么1拍轉過的角度為0.087 89°/2=0.043945°，進一步提高了跟蹤精度。