基于Atmega16的太陽(yáng)能電池板光源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2 步進(jìn)電機(jī)

設(shè)計(jì)使用5線四相減速步進(jìn)電機(jī)28BYJ-48,減速比為1:64,步矩角為5.625°/64=0.087 89°，遠(yuǎn)小于不帶減速比的步進(jìn)電機(jī)，這是提高跟蹤精度的很好選擇。

對(duì)于四相步進(jìn)電機(jī)，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(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。設(shè)計(jì)采用8拍工作方式，那么1拍轉(zhuǎn)過(guò)的角度為0.087 89°/2=0.043945°，進(jìn)一步提高了跟蹤精度。

3.3 電源管理電路

為了使系統(tǒng)能夠在室外正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)采用太陽(yáng)能電池板和鋰電池合理給系統(tǒng)供電。當(dāng)太陽(yáng)能電池板輸出功率不夠時(shí)，由鋰電池給系統(tǒng)供電;當(dāng)鋰電池電壓低于3.5V的時(shí)候，太陽(yáng)能電池板給鋰電池充電;否則由太陽(yáng)能電池板給系統(tǒng)供電。

測(cè)試知，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)輸入功率接近2.5W(5V/480mA)。考慮到天氣和季節(jié)因素，一般要求電池板的最大輸出功率要3W以上，故設(shè)計(jì)采用8片太陽(yáng)能電池片(0.5V/1.2A)串聯(lián)，得到4V/1.2A(最大輸出4.8W)的輸出，經(jīng)DC-DC升壓電路給系統(tǒng)供電。

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件流程圖如圖3所示，系統(tǒng)一上電先進(jìn)行粗調(diào)來(lái)確定太陽(yáng)光源的大概位置。其思想是：將水平面平均分成12個(gè)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域中對(duì)光照強(qiáng)度采樣8次，并累加保存。進(jìn)入下一個(gè)區(qū)域，同樣采樣8次并累加，比較相鄰區(qū)域累加值的大小，并讓電機(jī)向累加值大的區(qū)域方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到找到累加值最大的區(qū)域，這時(shí)說(shuō)明太陽(yáng)位置在這個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)。

粗調(diào)完成后，對(duì)系統(tǒng)電源進(jìn)行管理，分別對(duì)太陽(yáng)能電池板電壓和鋰電池電壓采樣，經(jīng)單片機(jī)分析，正確的對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作以合理地為系統(tǒng)配備電能。

微調(diào)思想：先對(duì)X方向調(diào)整，完成后，再對(duì)Y方向調(diào)整。為得到較平滑的采樣數(shù)據(jù)，先使光電管采樣64次，再求和取平均，通過(guò)比較對(duì)邊光電管的平均值，決定步進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。直到X方向和Y方向的兩個(gè)光電管采樣值都相等，則調(diào)整完成，此時(shí)光源處于電池板中心處。

5.運(yùn)行測(cè)試

測(cè)試條件：光源距離激光筆105cm,激光筆安裝在電池板的中心，Y方向上，激光筆在偏離光源±30°范圍內(nèi)。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

6.結(jié)束語(yǔ)

測(cè)試結(jié)果表明，在偏離光源±45°范圍內(nèi)，系統(tǒng)均能在9s內(nèi)定位光源，并且偏差不大于4cm.實(shí)際應(yīng)用時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)緊跟太陽(yáng)，不會(huì)出現(xiàn)太陽(yáng)突然偏轉(zhuǎn)電池板一個(gè)較大角度的情況，因此激光筆偏離光源距離是所關(guān)心的，而本設(shè)計(jì)測(cè)得的偏離距離不超過(guò)4cm,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。