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基于STC89C52单片机的太阳光追踪系统研究

【摘要】本文设计了一种以STC89C52单片机为核心的太阳光追踪系统。我

们设计了光电追踪与太阳入射角度计算相结合的追踪方式，实现高精度的追踪控

制。为了实现光电跟踪，设计了一种由光敏电阻搭建而成的太阳位置传感器，实

现了以STC89C52单片机为控制器的太阳光追踪控制系统的硬件设计，包括系统

框架、光电传感器信号处理模块、步进电机模块、外部时钟模块、液晶显示等模

块设计以及软件设计。

【关键词】单片机;光电传感器;太阳光追踪

自然光是取之不尽用之不竭的绿色能源。自然光照明既节约大量照明用电，

又保护环境，因此如何充分利用自然光进行照明已经成为现在绿色照明的一项重

要研究内容。其中，如何提高太阳光利用率，并且实时跟踪太阳的位置以实现光

线直射是技术关键。现在光能的应用成为新的研究领域。很多大型建筑中应用太

阳光进行“室内采光”已经越来越受到建筑师们的关注，即采集太阳光并利用光缆

把它传输到需要的地方，比如会议室、教室、矿井、人防工程、地下商场等。但

是，目前太阳能利用效率低的问题一直阻碍着太阳能技术更好的普及。而太阳光

自动跟踪装置的研究是提高太阳能效率的重要途径。研究高精度太阳光追踪装

置，可以使日光采集的接收效率大幅度提高，从而提高太阳能的利用效率。本文

所设计的太阳光自动跟踪装置能够使太阳光保持与太阳光采集器垂直，保证最

大的接收效率，实现高跟踪精度，具有一定的实用价值。

一、太阳能追踪系统发展现状

1.国内发展现状

目前，我国太阳能自动跟踪主要有控放式、压差式、比较控制式、时钟式太

阳跟踪器。一般时钟式的机电跟踪器和纯机械式的跟踪器精度偏低，因此本设计

采用了精度较高的光敏电阻控制的双轴太阳跟踪的控制方式使光伏电池始终面

向太阳，并且在日落后能使电池板重新面向东方，以实现日循环运行。

2.国外发展现状

美国在1997年研制成功了单轴二维空间内转动的太阳能追踪装置，此装置

安装在低纬度地区的东西朝向上，确实提升了太阳光接收效率，甚至只需设计使

其随时间转动即可。但是，随着季节的变化不同地区应用此装置就只能手动调节

了，即便如此系统也能提高约15%的太阳光接收效率。1998年出现了双轴的追

踪系统。2002年美国研制出了全方位的太阳能追踪系统。

二、控制器以及元器件选择

1.控制方式的选择

太阳能光伏发电技术是利用光学聚光组件，提高入射到太阳能电池表面的光

能量密度，因此可以减少系统中太阳能电池的使用成本。目前，太阳能光伏发电

技术整体转换效率为31%～40.7%，它是提高发电效率、降低发电成本的有效途

径。因为采用了光学聚光组件，因此聚光装置必须以高控制精度实时地对太阳光

进行跟踪。

追日系统一般采用光电追踪和太阳角度计算追踪两种方式：

1）光电追踪是一种闭环追踪方式。这种追踪方式是根据太阳光的入射角度

的变化来确定追踪方向。光电追踪系统主要应用CMOS图像传感器或者光敏器

件来接收太阳光，并且将接收到太阳光转换为电信号，再经过处理放大后传送给

单片机，劲儿由单片机分析判断是否改变电池板的接收角度，同时发送指令控制

电机运行，使电池板相应地转动到合适的角度。虽然光电追踪灵敏度较高、结构

设计较简单，但容易受天气变化的影响。如果在一定时间里出现阴天、乌云遮日

或者其它光源的干扰，将会导致追踪装置无法对准太阳，甚至会引起追踪装置的

误动。

2）太阳角度计算追踪是一种开环追踪方式。这种追踪方式根据当地的经纬

度以及时间计算太阳光的入射角度，以此数据来修正太阳能电池板的角度，即控

制二轴电机转动的角度。与光电追踪相比，太阳角度计算追踪方法的优点是不受

天气和其它光源的干扰。但是，由于计算太阳角度所采用的数值不是非常准确，

而且时钟存在积累误差和跟踪装置的机械结构误差，以及其它不利因素产生的误

差等产生的叠加误差也是不可忽视的。

2.传感器的选择

光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的电阻值随入射光的强弱而变化

的电阻器;特点是入射光强时电阻减小，入射光弱时电阻增大。光敏电阻器一般

制成薄片结构以吸收更多的光能。当光敏电阻器受到光的照射时，半导体片内就

激发出电子空穴对，参与导电并使电路中电流增强。光敏电阻的电极常采用梳状

图案以获得高的灵敏度。

3.控制器的选择

51系列单片机