陈明毅

摘 要：随着人类社会的不断发展，对能源的需求量也越来越大，太阳能作为一种可再生取之不尽、用之不竭的天然能源，是新能源的发展方向之一，太阳能的广泛应用，使太阳能产业发展迅速。但是纵观市场，大多数太阳能装置在采光时，面板基本是面向南方，固定不动的。而一个既符合人们简洁实用的要求，又满足绿色能源高效利用理念的自动追踪太阳能装置很少见。本设计的目的是使太阳能电池板自动朝向太阳光充分利用太阳能光照，提高转换效率。并在环保、节能方面有巨大的优势，有很大的推广前景。本设计是基于STC89C52单片机的太阳能自动转向系统，利用四个光敏电阻把接收到的光信号转换成电信号，经过AD转换成数字信号传给单片机进行处理后，输出控制信号驱动两个步进电机进行跟踪。利用实体按键对两个步进电机进行上下左右调节。本装置还有温度实时显示模块，由DS18B20温度传感器和LCD1602液晶显示屏组成，是一款可以对太阳光进行自动跟踪和实时温度检测的装置。

关键词：STC89C52单片机；步进电机；光敏电阻

1、研究内容

本课题主要是利用单片机知识设计一个太阳能跟踪系统，要求系统能够自动实时跟踪太阳光，使用电机驱动跟踪，太阳能可以始终垂直照射太阳能电池板，具有复位功能和校正功能，同时可以进行温度显示。其研究内容主要包括分析光电传感器的工作原理、光电转换电路的设计、步进电机动作指令系统的设计、实时温度显示系统的设计、复位和校正功能系统的设计以及实物的焊接设计。

2、总体方案构思

本设计的选用STC89C52单片机作为电路的主控芯片、各模块电路分别为按键控制电路、温度检测电路、光电转换电路、电机驱动电路。以下是各个模块硬件电路和软件设计方面的研究。

硬件部分：使用双轴跟踪系统，原理是把两个步进电机组合成的双轴转动系统可以全方位的转动，光电传感器采集光信号并进行光电转换，再进行AD转换送给主控芯片处理后发出相应的控制信号驱动两个步进电机进行上下左右方向调整。软件部分：把光电传感器采集到的信号转换成电压值，通过C语言程序编程比较各个光敏电阻的电压差，一旦到达了一定的电压差值就发出指令驱动步进电机进行相应的转动。

综和上述，本设计采取的总体方案为：太阳光照射在光电传感器上进行光电转换成电压值，并输入AD转换电路转换成数字信号送给单片机处理完成后发送控制信号给驱动芯片从而控制步进电机的正反转进行跟踪。并利用按键对太阳能电池板的方向进行手动调节。温度传感器采集温度信号经过AD 转换送给液晶显示器显示。图1为系統的总体设计方框图。

3、总体设计

硬件部分：本设计的机械部分主要由电池板支架、转轴、底座和步进电机组成。机械装置由电机驱动，使面板在水平360度和垂直方向0至80度之间自由旋转。控制部分主要由STC89C52单片机系统组成。跟踪系统机械结构大致为用螺丝把一个控制方位的步进电机控制在底座上，然后在步进电机上安装转动轴，上面连接水平方向步进电机的底座。水平步进电机也被用螺丝控制在垂直方向的底座上，也安装了转动轴，并且连接着太阳板和光敏电阻等部件。

机械结构的工作原理是用2台步进电机控制高度角和方位角两个方向。跟踪器的方位轴垂直于地面，控制水平方向。另一轴和方位轴垂直称俯仰轴，控制垂直方向，最后两步电机分别连接单片机控制系统。具体地说，芯片连接到驱动芯片ULN 2803，又连接到AD转换芯片以控制步进电机。在工作时，太阳跟踪器根据太阳运动的位置改变水平方向，通过方位轴改变方位角。通过俯仰轴改变接收平台的倾斜角，以改变垂直方向，从而使太阳跟踪器能够改变垂直方向。太阳光线垂直于太阳板以达到跟踪的目的。总体电路原理图如图2所示。

软件部分：单片机软件的设计，需要两个软件，一个是编程软件，一个是下载软件。编程软件为KEILC51，KEILC 51是许多单片机应用开发的优秀软件之一。它集编程、编译、仿真于一体，支持汇编语言PLM和C语言的编程，界面友好，易学易用。下载软件使用STC-ISP软件。本设计采用的是51单片机，它是控制这个系统的核心部分，软件部分也由单片机来操作，其最终目的就是正确控制电机的正反转。本部分以单片机为核心部件将各个电路模块都连接起来，使我们更清楚设计本意。可设上下左右四个方向的光敏电阻的电压值分别为U1、U2、U3、U4。软件流程图如图3所示。

4、总结

本设计采取了传统的硬件和软件相结合的开发方法，使用了STC89C52单片机作为整个系统的控制处理芯片，它具有硬件设计方便，资源丰富，软件部分程序指令快速简单，驱动能力强等优点，保证了该系统反应的快速性和灵敏性，利用四个光敏电阻对当前环境光线强度进行感应，并把模拟信号转换成数字信号传给单片机处理后，发出指令驱动步进电机进行跟踪。利用实体按键实现对步进电机的调节。本装置还有实时温度显示模块，由DS18B20温度传感器和LCD1602液晶显示屏组成，是一款可以对太阳光进行自动跟踪和实时温度检测的装置。系统分成光电转换模块，AD转换模块，步进电机驱动模块，温度显示模块，按键校正模块进行设计。整个装置用一张万用板做成底座把各模块焊接在一起。最终实现了太阳光的自动跟踪，实时的温度检测和按键校正等功能。

参考文献

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