基于單片機(jī)的太陽能自動(dòng)尋光設(shè)計(jì)

章國憲 趙永誠 徐慶 冀萍

摘 要：自工業(yè)革命以來，煤炭、石油成為世界的主要能源，人類對(duì)這些資源的依賴越來越大，但煤炭和石油都是不可再生能源且儲(chǔ)量有限燃燒后產(chǎn)生大量二氧化碳等有害氣體，對(duì)環(huán)境破壞比較大。在這些因素下我們必須研究和開發(fā)新能源如太陽能。太陽能與傳統(tǒng)能源相比有很多優(yōu)勢：太陽能儲(chǔ)量豐富，在地球的任何角落都有，對(duì)交通不發(fā)達(dá)的地區(qū)有很大的利用價(jià)值：其次太陽能在開發(fā)利用的時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生廢氣廢渣，不會(huì)破壞環(huán)境。雖然太陽能有如此多的優(yōu)點(diǎn)，但并不能十全十美依舊存在很多目前還不能快速解決的的問題，太陽能存在的這些問題加大了對(duì)太陽能設(shè)備性能的要求以至于造成對(duì)資源的浪費(fèi)。進(jìn)入21世紀(jì)，全球一體化，環(huán)境與資源成為一項(xiàng)世界性難題，既要推進(jìn)社會(huì)的現(xiàn)代化又要保護(hù)好我們賴以生存的環(huán)境，大量使用傳統(tǒng)能源會(huì)對(duì)當(dāng)下環(huán)境造成無法估量的破壞，走這條路必將給我們?nèi)祟悗頌?zāi)難，因此除了開發(fā)清潔能源我們別無選擇，而太陽能所具備的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)剛好能滿足我們的要求，充分利用好了太陽能我們所面對(duì)的問題都能迎刃而解。所以設(shè)計(jì)一套可以提高太陽能的利用率，提高發(fā)電效率的太陽能跟蹤系統(tǒng)顯得尤為重要。本文針對(duì)這些問題設(shè)計(jì)了一套太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境與資源;清潔;傳感器;光電池

1 太陽能在我國的分布情況

太陽和人類的生活息息相關(guān)，日出日落，我們每天都和太陽見面，太陽是我們?cè)偈煜げ贿^的，但是對(duì)于太陽能我們卻知之甚少。太陽能和其他能源一樣向人類不斷的提供能量保證人類的正常生產(chǎn)生活，但是它又和其他能源有點(diǎn)不一樣，它的產(chǎn)生源于自身的化學(xué)能變化，產(chǎn)生的能量純天然無污染。我們都知道地球繞太陽轉(zhuǎn)，太陽光照射在地球上，地球接受大量的太陽光，地球軌道上接收到的平均太陽輻射強(qiáng)度非常大，而地球又是太陽系中一顆比較大的行星，這樣就很容易算出地球接收到的太陽能總量巨大。地球上海洋面積占了約80%，太陽光照射在在海平面上的面積巨大，海洋接收到的能量巨大，如果把這些以其它傳統(tǒng)能源換算，相當(dāng)于有102000TW的能量。如果我們?nèi)祟惏堰@些能量運(yùn)用到我們實(shí)際的生產(chǎn)生活中去，我們就不會(huì)有能源危機(jī)，就不會(huì)發(fā)生歷史上那些因?yàn)闋帄Z能源產(chǎn)生的戰(zhàn)爭，避免人類的慘劇。雖然太陽能有如此多的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著的很多缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)加在一起構(gòu)成了開發(fā)太陽能的攔路虎。

2 太陽能與其他常規(guī)能源相比有三大優(yōu)點(diǎn)：

第一，太陽能儲(chǔ)量豐富，在太陽漫長的運(yùn)行歷史中，太陽緊消耗了它儲(chǔ)藏能量的2%，可以說太陽能是人類能源的未來，是個(gè)聚寶盤的。

第二，太陽光存在于地球的任一個(gè)角落如果利用起來的話，可以省去一些不必要的成本，對(duì)一些地區(qū)具有利用價(jià)值。

第三，太陽能較其他傳統(tǒng)能源不會(huì)損害環(huán)境更不會(huì)影響生態(tài)平衡。

3 太陽能的開發(fā)的缺點(diǎn)：

第一，分散性，光照區(qū)域不集中，不利于設(shè)備采集。

第二，不穩(wěn)定性，光照采集受自然因素影響大。

第三，轉(zhuǎn)化效率低且成本高，太陽能的發(fā)展還處于初級(jí)階段，有些技術(shù)在理論上已經(jīng)想當(dāng)成熟可行，但是脫離實(shí)驗(yàn)室的太陽能利用轉(zhuǎn)化裝置，光轉(zhuǎn)化效率偏低，造價(jià)成本高昂，在市場上與其他的傳統(tǒng)能源產(chǎn)品相比價(jià)格偏高不具有競爭優(yōu)勢。

4 功能介紹

本跟蹤系統(tǒng)的控制電路由兩個(gè)電壓比較器組成，其輸入端的組成非常特別，兩只光敏電阻為主要元器件然后以串聯(lián)交錯(cuò)的組合成構(gòu)成了光敏傳感器，且每一組兩只光敏電阻的作用互相不同其中的一只擔(dān)當(dāng)比較器的上偏置電阻的角色，另一只為擔(dān)當(dāng)下偏置電阻的角色。

該電路首先的結(jié)構(gòu)是電壓比較器，由雙運(yùn)放LM358與R1、R2構(gòu)成主題，四個(gè)光敏電阻和兩個(gè)電位器構(gòu)成的光敏傳感電路較其他電路的特殊之處在于它能靈活變通，當(dāng)光照很弱時(shí)會(huì)補(bǔ)償光線達(dá)到設(shè)備的基本運(yùn)行要求，減少了自然因素對(duì)系統(tǒng)的干擾。根據(jù)圖2我們就知道，RT1和RT3安裝的位置與其他2個(gè)光敏電阻的完全不同，2組光敏電阻一組在另一組的相反側(cè)。當(dāng)四個(gè)光敏電阻同時(shí)受太陽光的照射時(shí)，兩個(gè)電位器的中心點(diǎn)不受影響更不會(huì)影響電壓的阻值。如果只有前兩個(gè)光敏電阻工作接受到太陽光的照射系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)很不一樣，首先反應(yīng)比較快的RT1反應(yīng)最為激烈它的內(nèi)阻會(huì)減小，其次LM358也會(huì)根據(jù)光敏電阻的變化做出相應(yīng)的變化最明顯的是它的各電位腳之間產(chǎn)生的微妙變化③腳電位升高，它的另一個(gè)電位腳①腳輸出一個(gè)比較高的電平，各元器件都跟著變化三極管當(dāng)然不會(huì)保持不變VT1也迅速改變狀態(tài)，飽和導(dǎo)通，緊接著繼電器K1也迅速反應(yīng)導(dǎo)通，其轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)最明顯的變化就是3與觸點(diǎn)1閉合。雖然這2個(gè)光敏電阻是同一組但是RT3的變化卻是相反的內(nèi)阻沒有像它一樣反而減小，同樣也是LM358的⑤腳發(fā)生了不同于其它的變化電位下降，因?yàn)檫@一系列的運(yùn)行結(jié)果不同導(dǎo)致K2不動(dòng)作，其轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)開始運(yùn)行3與靜觸點(diǎn)2的運(yùn)行結(jié)果是閉合，最后的結(jié)果是電機(jī)M根據(jù)元器件的指令發(fā)生正轉(zhuǎn)，反之亦然，整個(gè)系統(tǒng)就這樣隨著太陽的變化變化著。這個(gè)系統(tǒng)電路的值得稱贊的地方就是，當(dāng)LM358的③腳發(fā)生變化時(shí)如電位升高，其它的電位腳如⑤腳電位不升反而降低，反過來的話結(jié)果也是反過來的，這樣的結(jié)果是使電機(jī)的正反轉(zhuǎn)干脆可靠。

5總結(jié)

本論文先介紹了太陽能在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及太陽能在我國的分布情況，從中可以發(fā)現(xiàn)太陽能作為一種新能源具有很廣的發(fā)展?jié)摿?，利用好了太陽能不僅可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)利益，而且還能遏制環(huán)境污染。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境如此惡劣的情況下，大力發(fā)展推廣太陽能具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

其次文章對(duì)太陽能跟蹤控制系統(tǒng)的詳細(xì)介紹，相信大家對(duì)太陽能跟蹤系統(tǒng)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，可以清晰的發(fā)現(xiàn)本控制系統(tǒng)是一套切實(shí)可靠，可以大規(guī)模推廣的系統(tǒng)。

太陽能是清潔無污染可再生的資源，在現(xiàn)今環(huán)境與資源相互矛盾的情況下研究好利用太陽能是我們?nèi)祟愰L治久安的唯一出路。

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