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      基于LM3S811的太陽能電池用太陽光跟蹤系統(tǒng)

      2015-05-30 16:17:07夏雨磊
      中國新通信 2015年9期
      關(guān)鍵詞:光敏電阻感光太陽光

      夏雨磊

      【摘要】 介紹了一種基于LM3S811超低功耗單片機(jī)為控制核心的太陽光跟蹤系統(tǒng)。利用光敏電阻組成感光陣列,通過LM3S811判斷后驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)對準(zhǔn)太陽光,可有效的提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

      【關(guān)鍵詞】 LM3S811 太陽光跟蹤

      一、引言

      太陽能電池作為綠色能源得到越來越多的應(yīng)用,太陽能電池的發(fā)光效率與太陽光的入射角度有關(guān),當(dāng)入射光垂直時效率最高,通過太陽光跟蹤系統(tǒng),可有效的提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。本文設(shè)計一個光源追蹤系統(tǒng),該系統(tǒng)是以LM3S811超低功耗單片機(jī)為控制核心,通過五個光敏電阻模塊來檢測光照,依據(jù)光照度的變化、大小來判斷出光源的位置與運(yùn)動趨勢,并將光源運(yùn)動分解為水平和豎直方向的三維運(yùn)動,借以來控制水平電機(jī)與豎直電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。當(dāng)水平方向上的兩傳感器的測量數(shù)值相對接近,同時豎直方向上的兩傳感器的測量數(shù)值也相對接近時,感光平面朝向太陽。

      二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計

      本設(shè)計硬件部分主要由以下幾個部分組成:感光模塊,AD轉(zhuǎn)換部分,LM3S811單片機(jī)最小系統(tǒng),細(xì)分驅(qū)動,混合式步進(jìn)電機(jī),太陽能電池板。感光模塊接收光照,感應(yīng)光照變化,使電壓改變信號通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)生送給單片機(jī)LM3S811,兩兩為一組進(jìn)行比較,比較后LM3S811產(chǎn)生PWM波,并發(fā)出高低電平,控制上下左右方向;PWM波送入驅(qū)動模塊,驅(qū)動模塊經(jīng)細(xì)分后驅(qū)動左右控制電機(jī)和上下控制電機(jī)轉(zhuǎn)動,同時高低電平控制電機(jī)方向,對準(zhǔn)太陽光源。

      感光模塊利用光敏電阻在不同光照強(qiáng)度下電阻阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小的原理來取信號。光敏電阻比較穩(wěn)定,能夠很好的把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?,而且?jīng)濟(jì)適用。

      AD轉(zhuǎn)換部分采用TLC2543芯片。TLC2543是采用CMOS技術(shù)的12位開關(guān)電容逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器,依靠初始的電荷在容器間重新分配的原理來進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。它有11個模擬量輸入通道,帶自動采樣保護(hù),轉(zhuǎn)換時間為lOus。它有3個輸入控制端,即片選cs、串行輸入/輸出時鐘及串行數(shù)據(jù)輸入端,還有一個三態(tài)數(shù)據(jù)輸出端。不需要其他元器件,可直接與LM3S811連接。

      采用細(xì)分器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī),一個原因是通過細(xì)分器,單片機(jī)只要產(chǎn)生簡單的PWM就可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度,和轉(zhuǎn)動速度。一個原因是通過細(xì)分器單片機(jī)可以精確控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的角度,而且細(xì)分之后每一步角度可調(diào)。電機(jī)的速度也可根據(jù)需要調(diào)整。配合感光部分的信號,系統(tǒng)精確度達(dá)到最大化。

      三、光線采集電路的設(shè)計

      如圖所示,5個同一型號的感光模塊按陣列排布,其中感光模塊5居中,并且它的方向垂直于平面,而感光模塊l和2直線對稱排列,其中模塊1方向向上偏,模塊2方向向下偏;光模塊3和4直線對稱排列,其中模塊4方向向左偏,模塊3方向向右偏,再太陽光對準(zhǔn)模塊陣列時,感光模塊5的光強(qiáng)最強(qiáng),當(dāng)太陽光偏離垂直位置時,假設(shè)偏上,這樣模塊1的信號強(qiáng)度將比5強(qiáng),2將比5弱,偏下則相反,這樣由模塊1、模塊5、模塊2信號的偏差可以判斷太陽光上下偏離方向,這時單片機(jī)控制上下偏轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)消除上下方向的偏差;同理由模塊4、模塊5、模塊3信號的偏差可以判斷太陽光左右偏離方向,然后由單片機(jī)控制左右步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度消除左右偏離方向。這樣,單片機(jī)根據(jù)偏離方向通過控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度來調(diào)整使得模塊5的信號最強(qiáng),這時太陽光正對準(zhǔn)陣列。

      四、軟件設(shè)計

      軟件編程比較簡單,LM3S811采用掃描方式不斷訪問A/D轉(zhuǎn)換集成電路TLC2543讀取各個感光探頭收集到的光照信號強(qiáng)度,并通過光照信號判斷要轉(zhuǎn)動的方位,然后產(chǎn)生兩路步進(jìn)電機(jī)方向控制電平,控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向,同時產(chǎn)生兩路PWM波形通過細(xì)分器控制兩個步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動角度,最后尋找到光照平衡點(diǎn),然后電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),直到再次失去平衡再次啟動電機(jī)尋找平衡點(diǎn),這樣反復(fù)控制實(shí)現(xiàn)對光源的跟蹤。

      五、結(jié)束語

      利用A/D轉(zhuǎn)換把傳感器產(chǎn)生的光照信息送給LM3S811數(shù)據(jù)處理,方便實(shí)現(xiàn)光照方向的判斷,細(xì)分器配合步進(jìn)電機(jī)的使用提高了系統(tǒng)的精度,控制系統(tǒng)給電機(jī)信號后,在水平和豎直方向兩個步進(jìn)電機(jī)迅速反應(yīng),快速精確實(shí)現(xiàn)對光照方向的定位,可有效的應(yīng)用于對光照方向有苛刻要求的場合。

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