一种新思路的太阳能自动跟踪系统设计

　　1.引言

　　伴随日益严重的能源危机，可再生资源的开发和利用成为人们研究的重点对象。太阳能以其普遍、长久、安全等优点脱颖而出。目前太阳能已被不同程度地用在了多个领域，如电池领域，但普遍存在利用率不高的问题，很多场合下，电池板要么被安装成固定角度，要么只能按照固定角度偏转，没有充分使太阳光垂直照射到电池板上，降低了太阳能的利用率。

　　为提高利用率，本文设计了一种基于Atmega16单片机的太阳能电池板光源跟踪控制系统，能够实时跟踪太阳并使太阳光充分垂直照射电池板，从而提高了太阳能的利用率。

　　2.系统设计原理

　　设计采用光强比较法来跟踪太阳光源。整机装置包括：太阳能电池板、电源管理电路、光电管、单片机、电机驱动电路、步进电机以及机械转动平台。系统结构如图1所示。

　　系统工作原理如图2所示，在太阳能电池板边沿的中间位置分别安装一个光电管，根据太阳光照射到电池板对边两个光电管的角度（如图α、β）不相等，使得光电管1、2感受的光照强度不同从而产生大小不同的光电流，将光流转换成电压信号，通过比较采集后的电压信号，控制步进电机向电压大的方向转动。

　　3.系统硬件设计

　　3.1光强采集电路

　　系统使用灵敏度较高的3DU33光电管作为光强检测器件，其光电流大于2mA,发射极只需串接很小的电阻便可得到可被采集的电压，而且其响应时间1ms,反应速度快。

　　需要注意的是，强光下，光电流较大，此时光电管发射极电阻不宜过大[2],否则各个光电管输出电压均趋于5V,系统不能检测出对边两只光电管的输出电压差。该设计中，R1使用330Ω，在冬天中午阳光照射下，测得输出电压已达到3.6V.

　　3.2 步进电机

　　设计使用5线四相减速步进电机28BYJ-48,减速比为1:64,步矩角为5.625°/64=0.087 89°，远小于不带减速比的步进电机，这是提高跟踪精度的很好选择。

　　对于四相步进电机，其工作方式可分为单4拍、双4拍、8拍三种工作方式。单4拍与双4拍的步距角相等，但单4拍的转动力矩小。8拍工作方式的步距角是单4拍与双4拍的一半，因此，8拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。设计采用8拍工作方式，那么1拍转过的角度为0.087 89°/2=0.043945°，进一步提高了跟踪精度。