一种基于单片机的太阳能跟踪系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能技术，特别涉及一种基于单片机的太阳能跟踪系统。

背景技术：

能源短缺问题是目前许多国家面临的重要问题，太阳能作为一种清洁无污染的能源，有着巨大的开发前景。我国是一个太阳能资源较为丰富的国家，充分利用太阳能资源，有着深远的能源战略意义。利用太阳能的关键是提高太阳能电池板采集太阳能的效率，太阳能电池板接受太阳光的直射，由此得到太阳最大光照强度，从而最大限度的采集太阳能。

目前太阳能电池板普遍采用半自动单轴跟踪方式和电池板固定朝南安装的方式。这些方法存在的缺点是：转换效率较低、跟踪适应能力弱、跟踪精度低。针对提高太阳能的利用率问题的研究，设计一种基于单片机的光电比较式太阳能自动跟踪控制器该系统能够跟踪太阳的实时位置，精度高，适应性强，有望在光伏发电中使用。

技术实现要素：

本实用新型目的是：提供一种能够提高太阳能的利用率，基于单片机的太阳能跟踪系统。

本实用新型的技术方案是：

一种基于单片机的太阳能跟踪系统，包括单片机、电机驱动器、步进电机，跟踪器和A/D转换器，所述跟踪器包括一表面设有光电式传感器的电路板，所述电路板呈45°倾斜，其下端通过一转轴固定在底座上，所述底座由步进电机控制转动，所述单片机通过电机驱动器驱动步进电机转动，所述跟踪器上的光电式传感器将采集的光照强度信号通过A/D转换器发送到单片机，单片机分析处理数据，并控制跟踪器旋转，跟踪最强光照方向。

优选的，所述光电式传感器采用光敏电阻，所述光敏电阻与一定值电阻串联在电源与地之间，光敏电阻输出电压经过运算放大电路进行信号放大，放大输出连接A/D转换器。

优选的，所述电机驱动器采用ULN2003A集成芯片，用于驱动步进电机。

优选的，所述的单片机采用STC89C51芯片。

优选的，所述的运算放大电路采用LM358集成运算放大器，通过光敏电阻采集到的信号通过运算放大电路转化成适合单片机处理的信号。

优选的，还包括为各模块供电的电源模块，所述电源模块通过7805稳压芯片和电容的滤波作用组成5V稳压电路。

优选的，所述的A/D转换器采用TLC1543模数转换器。

本实用新型的优点是：

本实用新型所提供的基于单片机的太阳能跟踪系统，通过单片机控制整个系统，使得该系统能够跟踪太阳的实时位置，精度高，适应性强，有望在光伏发电中使用。该系统具有低成本的优点，且具有较好的抗干扰能力，提高了对太阳光能的利用率。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1是实施例中基于单片机的太阳能跟踪系统的总体框图；

图2是实施例中电源模块的原理图；

图3是实施例中跟踪器原理图；

图4是实施例中A/D采集电路原理图；

图5是实施例中ULN2003A驱动步进电机模块原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型描述的是一种基于单片机的太阳能跟踪系统，采用STC89C52芯片作为单片机主控系统，包括驱动器，步进电机，跟踪器，A/D转换器。其中跟踪器由一个光敏电阻组成的电路板搭成45度结构，并由步进电机控制底座转动，步进电机采用ULN2003A集成芯片来驱动。通过将光敏电阻采集到的信号经过运算放大电路和A/D转换器，将比较结果输出至单片机，由单片机分析处理数据并输出至ULN2003A从而控制五线四相步进电机来实现对太阳位置的跟踪。

STC89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,STC89C52是一种高效微控制器。STC89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

如图2所示，单片机的电源模块是通过7805稳压芯片和电容的滤波作用组成5V稳压电路主要给单片机供电。

如图3所示，所述的跟踪器设计采用一个光敏电阻R1搭成45度的跟踪结构，光敏电阻将光强大小转换为电阻大小，再通过惠斯通电桥将电阻的变化转化为电压的变化，通过运放电路转化成适合的A/D模拟输入量。本实用新型中跟踪器设计采用CDS光敏电阻GL3537，其暗阻是10K。通过光敏电阻采集到的信号需要通过运算放大电路转化成适合单片机处理的信号，因此用到集成运算放大器。本实例选择LM358运算放大器。

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组、音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。

如图4所示，所述的A/D转换器TLC1543三个控制输入端CS，I/O，CLOCK，ADDRESS和一个数据输入端DATAOUT遵循串行外设接口SPI协议，要求微处理器具有SPI接口。本实用新型采用51系列单片机中未置SPI接口，需要通过软件模拟SPI协议以便和TLC2543接口。本实例中P1.0与CLOCK相连，P1.1与ADDR相连，P1.3CS与相连，P1.4与DATAOUT相连。

本实例只使用两个通道，即A1和A2，因此通道地址为0000B和0001B。REF+接5V电源，REF-接地。

如图5所示，步进电机模块中使用的驱动芯片为ULN2003A，它是由七对达林顿管组成的，是集电极开路输出的功率反相器，并且每个输出端都有一个连接到共同端（COM）的二极管，为断电后的电机绕组提供一个放电回路，起放电保护作用。因此，ULN2003A非常适合驱动小功率的步进电机。

单片机可以使复杂的控制过程实现自动控制和精确控制，避免了失步、振荡等对控制精度的影响；用软件代替环形分配器，通过对单片机的设定，用同一种电路实现了多相步进电机的控制和驱动，大大提高了接口电路的灵活性和通用性；单片机的强大功能使显示电路、键盘电路、复位电路等外围电路有机的组合，大大提高系统的交互性。

单片机的P2.0-P2.3输出的脉冲信号送到ULN2003A的IN1-IN4输入端，经ULN2003A放大和倒相后的输出脉冲信号驱动步进电机作相应的动作。ULN2003A的COM端和步进电机的COM1、COM2连接到VCC。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。