基于單片機(jī)的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)對(duì)光跟蹤系統(tǒng)

高雨虹 徐照勝

摘要：要想很好的解決環(huán)境保護(hù)和世界能源短缺問(wèn)題，就必須開(kāi)始著手進(jìn)行太陽(yáng)能利用的研究。只有如此，才能達(dá)成能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的目的，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);太陽(yáng)能電池板;自動(dòng)對(duì)光跟蹤系統(tǒng)

從環(huán)境保護(hù)與世界能源短缺這威脅人類(lèi)的兩大問(wèn)題出發(fā)，本篇文章主要是為了研究能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行充分利用，進(jìn)而促進(jìn)太陽(yáng)能利用效率大大提升的目的，著手開(kāi)發(fā)和研究太陽(yáng)自動(dòng)追蹤系統(tǒng)。加之可以提升開(kāi)發(fā)屬于清潔能源的太陽(yáng)能的力度，這在能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)兩方面都具有極其重大的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

一、 單片機(jī)選擇

單片機(jī)一般是由等電路集成電路芯片、微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、串行接口以及中斷系統(tǒng)這幾個(gè)重要部件共同構(gòu)建而形成的一個(gè)微型計(jì)算機(jī)，因而也可以叫做單片微型計(jì)算機(jī)單片機(jī)。其能夠被大范圍應(yīng)用于很多種分布式系統(tǒng)及控制系統(tǒng)中，主要是因?yàn)槠渚哂械湍芎摹⑿◇w積、強(qiáng)抗干擾力、強(qiáng)適應(yīng)性、高產(chǎn)品化等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)如今，可以看到大眾生活的幾乎每一個(gè)領(lǐng)域都可見(jiàn)單片機(jī)的身影，可以想見(jiàn)單片機(jī)的應(yīng)用范圍是多么的廣了。往大了說(shuō)，導(dǎo)彈上裝置的導(dǎo)航系統(tǒng)、飛機(jī)上控制的多種儀表以及工業(yè)自動(dòng)化全程和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸與通訊網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制。往小了說(shuō)，大眾生活中經(jīng)常使用的多種智能化的IC卡，出行駕駛小轎車(chē)上的安全保障系統(tǒng)，攝像機(jī)、自動(dòng)洗衣機(jī)、攝像機(jī)的控制以及電子寵物、程控玩具等。此外，還有現(xiàn)如今科技的前沿領(lǐng)域，以醫(yī)療器械、機(jī)器人、智能儀表為標(biāo)志的自動(dòng)控制領(lǐng)域，都可見(jiàn)單片機(jī)的身影，其在這些領(lǐng)域中都發(fā)揮著極其重要的作用?；诖?，本篇文章中從實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)選擇將性能高、電壓低的AT89C52單片機(jī)作為整個(gè)自動(dòng)對(duì)光跟蹤系統(tǒng)的系統(tǒng)控制器，該系統(tǒng)的構(gòu)成就不再贅述。

二、 光電轉(zhuǎn)換裝置

光敏二極管光強(qiáng)比較法是本篇文章研究的自動(dòng)對(duì)光跟蹤系統(tǒng)所采用的方法，利用該方法可以通過(guò)設(shè)置出一種以前沒(méi)有的光電轉(zhuǎn)化裝置非常出色的完成光電轉(zhuǎn)化的難題。該裝置利用上述提到的方法可以很好的達(dá)成全方位追蹤太陽(yáng)垂直方向和水平方向的目的，在夜間還會(huì)自動(dòng)化的恢復(fù)位置。如果太陽(yáng)在水平方向或者是垂直方向上出現(xiàn)偏移的時(shí)候，在四個(gè)光電管D1、D2、D3、D4中一定會(huì)有一個(gè)接受到陽(yáng)光的照射，此時(shí)就可以對(duì)太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行明確的判斷了。應(yīng)用處于太陽(yáng)直射下的光敏二極管，會(huì)發(fā)生電流的變化現(xiàn)象的原理，在傳感器東邊、西邊這兩個(gè)方向上分別放置兩個(gè)光敏二極管D1、D2。當(dāng)太陽(yáng)能電池板處于太陽(yáng)直射下，此時(shí)設(shè)置于東西兩邊的光敏二極管所接收的太陽(yáng)光照強(qiáng)度沒(méi)有差異，因而具有完全相等的采樣電壓，這時(shí)電動(dòng)機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。假如太陽(yáng)能電池板和太陽(yáng)光照方向在垂直方向上有夾角存在時(shí)，此時(shí)有一個(gè)光敏二極管接受的光照強(qiáng)度比較大，因而其隨著增大的電流值，電動(dòng)機(jī)會(huì)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，直到兩個(gè)都接受相同的光照強(qiáng)度。此外放置D3，同一原理，假如太陽(yáng)光照垂直，電動(dòng)機(jī)則不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，有夾角存在時(shí)，則會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至D1、D2、D3這三個(gè)所放置的光敏二極管所接收的太陽(yáng)光照強(qiáng)度沒(méi)有差異。再將D4放置于太陽(yáng)能電池板的背部，當(dāng)太陽(yáng)能電池板接受到太陽(yáng)光的垂直照射時(shí)，此時(shí)位于該處的D4所接受的光照強(qiáng)度遠(yuǎn)大于D1、D2、D3。因而通過(guò)相應(yīng)的具有精確控制、實(shí)現(xiàn)難度小特點(diǎn)的程序?qū)μ?yáng)能電池板的方位角進(jìn)行調(diào)控，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)直至D1、D2、D3所接收的太陽(yáng)光照強(qiáng)度都超過(guò)D4，設(shè)置D4的初衷是為了能達(dá)成每天太陽(yáng)能電池板可以自動(dòng)化恢復(fù)位置的目的。

三、 時(shí)鐘電路系統(tǒng)

本篇文章的設(shè)計(jì)中所選擇的是將性能高、電壓低的AT89C52單片機(jī)作為整個(gè)自動(dòng)對(duì)光跟蹤系統(tǒng)的系統(tǒng)控制器，該類(lèi)單片機(jī)通過(guò)中斷時(shí)鐘，可以產(chǎn)生頻率為三百千赫的時(shí)鐘脈沖。與自十千赫到一千二百八十千赫的ADC0808時(shí)鐘頻率要求標(biāo)準(zhǔn)。三態(tài)鎖是ADC0809所具備的功能，把ADC0809輸入端和四個(gè)信號(hào)的端子相加，之后選擇控制地址線(xiàn)有三個(gè)單片機(jī)的I/O接口來(lái)進(jìn)行。如此方可實(shí)現(xiàn)利用AT89C52單片機(jī)控制ADC0809的任何一個(gè)轉(zhuǎn)換通道。如果要轉(zhuǎn)化某一個(gè)通道，一般是當(dāng)轉(zhuǎn)化上一個(gè)通道的狀態(tài)結(jié)束后，讀取到單片機(jī)所傳出的指令后，才可以進(jìn)行下一通道的轉(zhuǎn)化。因?yàn)楸疚闹兴x擇使用的單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖為十二兆赫，因而轉(zhuǎn)化時(shí)間不是特別長(zhǎng)。與此同時(shí)，還能夠?qū)崟r(shí)性的采集每一個(gè)電路中的電壓變化狀況，這一設(shè)計(jì)完全滿(mǎn)足了太陽(yáng)能的跟蹤實(shí)時(shí)性需要及要求。

四、 基本工作原理

在本篇文章的太陽(yáng)能跟蹤傳感器設(shè)計(jì)中，因?yàn)楣饷舳O管具有完全相同的光電特性，因而當(dāng)太陽(yáng)光垂直照射傳感器的時(shí)候，接受太陽(yáng)光線(xiàn)照射的三個(gè)設(shè)置于太陽(yáng)能電池板上的光敏二極管D1、D2、D3的光影長(zhǎng)度都被認(rèn)為是零。這主要是由于太陽(yáng)光斑直徑的大小要遠(yuǎn)超過(guò)D1、D2、D3間距離的最大值。當(dāng)偏移量存在于傳感器和太陽(yáng)光照時(shí)，此時(shí)二者間的偏移量越大，傳感器上的光影也就越大。這個(gè)時(shí)候因?yàn)楸惶?yáng)光照射的D1、D2、D3的特性不同于光影區(qū)域的特性，因而系統(tǒng)就會(huì)對(duì)空間姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，直至光線(xiàn)和傳感器垂直為止。打個(gè)比喻，就好像向日葵永遠(yuǎn)圍著太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)一樣。

五、 結(jié)束語(yǔ)

本篇文章主要從單片機(jī)選擇、光電轉(zhuǎn)化裝置、時(shí)鐘電路系統(tǒng)、基本工作原理這四個(gè)方面對(duì)基于單片機(jī)的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)對(duì)光跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性的闡述?，F(xiàn)如今，為了尋求解決能源危機(jī)的辦法，基于太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)，太陽(yáng)自動(dòng)追蹤系統(tǒng)已然是現(xiàn)下最火熱的話(huà)題和研究。筆者極其相信在不久的將來(lái)，世界能源的主體一定是太陽(yáng)能?；诖?，要想很好的解決能源危機(jī)，就必須進(jìn)行深入的研究。雖然當(dāng)前的研究還不夠成熟，但是也取得了一定的成績(jī)。因而筆者希望研究隊(duì)伍能夠越來(lái)越壯大，早日達(dá)成具有低成本、高精度、優(yōu)良性能的太陽(yáng)自動(dòng)追蹤系統(tǒng)的研究目的。

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作者簡(jiǎn)介：

高雨虹，徐照勝，江西省新余市，新余學(xué)院。