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太阳光跟踪储能系统的设计

摘要：本文采用了光电跟踪技术，有两个方向的步进电动机，通过光传感器

对输入的光强度进行检测，并将其输出给微机。采用单片机进行编程，以水平和

俯仰两个自由度的方式调节太阳能面板的角，从而达到对太阳跟踪的目的。利用

微处理器完成的太阳能跟踪装置，可以有效地改善太阳能电池的转换效率，提高

太阳能利用率。

关键词：太阳能；单片机；步进电机

1、引言

太阳能的升级不仅可以改变太阳能电池的制造过程，还可以利用太阳能跟踪

技术来实现太阳直射。通过对比分析，发现使用日光灯跟踪与未使用低中的太阳

能面板相比，两者间的工作效能差距达38%。因此，采用跟踪装置可以大大提高

太阳能的利用效率，因此，太阳能跟踪装置在实践中具有十分重大的应用价值。

2、系统方案设计

本方案采用有光二极体的太阳能追踪蓄能装置；单片机，光照采集模块，启

动模块，步进电机模块等。该器件利用光电二极体将光电转换成电子讯号。通过

A/D变换，它被变换成离散的数位信号。该系统采用微处理器作为控制器，可以

通过运算得到对应的太阳的对应角，并在显示屏上显示输出电压的强弱。

3、系统硬件设计

（1）启动模块电路设计

按下启动按钮后，电源将对整个系统将进行供电。他就会从一端输入出一部分电

流，将其小灯点亮。来证明整个系统开始进行运行。这个电路用于确定整个系统

是否进行工作，电路中的灯是用来证明其是否运行。如果运行了这个灯会亮，表

示正常运行，如果没有运行，这个灯是不会亮的。

（2）步进电机电路设计

步进电动机正常稳定工作状态下的电压是5V，对应芯片的引脚就是9脚。一般工

作状态下只要是单片机引脚上和电阻相连接。工作情况下只要是在引脚输入电平，

ULN2003就输出高电平，不仅如此正反转输入电平有关。步进电机从10口链接到

P1的4口，11口链接到P1的3口，以此类推，并将其P1的5口和步进电机连

接，5，6，7，8管脚接入单片机的P24、P25、P26、P27。步进电机首先是通过

将传感器传给单片机的信号，由单片机进行判断，并由单片机来控制步进电机进

行转动，为了达到单片机所要求的追踪太阳的角度的操作。

（3）充电模块电路设计

用一个USB焊接在电路板上，有一个控制电源的开关，接入电源以后就按

下开关给模块进行充电，由TYN的1口和2口分别链接到充电模块的IN+和IN-，

其充电模块的3口和4口链接，表示电池电压3.7V，其1口输出的电压5伏。

TYN是给充电模块的开关，当TYN启动时，系统进行工作，并将其太阳能转化为

电能，并给充电模块儿进行充电，并将电能储存起来，以实现太阳能储能的效果。

（4）AD转换模块电路设计

PCF8591具有诸多显著优势以及特征，其中尤其是体现在低功耗、单独供电

以及单片集成等。作为8-bitCMOS数据获取器件，PCF8591的模拟输入电路4个，

模拟电路1个，串行I2C总线1个。PCF8591的3个地址针A0、A1、A2可以被用

来对硬件进行程序设计，使得8个PCF8591设备可以通过同一I2C总线进行访问，

而不需要附加的硬件。PCF8591装置的地址、控制及数据的输出均采用两路双路

I2C总线串联传送。

（5）自动追踪模块电路设计

AOUT模块分别引出了4个，分别接入了G1，G2，G3，G4光敏电阻，在一个

输入端口ADC0接收变换晶片。在平面朝上，在两个对称的感光电阻器的入射光

线一致的情况下，得到一个电压，即如果感光电阻器的两对反方向不同的亮度，

则由启动的电机旋转，这时停止收集光线。旋转角度收集光线强度直至发现。当

平面不面对阳光时，两个感光电阻器的亮度不同，穿过电阻器的电流也不同。同

时，该系统还提供了不同的电压，以实现对正日的精确追踪。该系统是光导系统

中的关键部件，它通过调节电机的旋转角来确定其方位。该线路主要应用于定位

和自动追踪的光源。其中的负荷电阻器是一种用来对感光电阻器进行补偿的方法。

确定偏差之后通过反馈进行给单片机，让其单片机控制电机进行转动，重新进行

判定，直到转动至光敏电阻没有偏差的时候。

4、总结

本文以单片微处理器为核心，采用一种新型的太阳光的跟踪系统，将传统的

光电追踪模式与移动路径追踪模式相融合，使得系统工作更为平稳，易于维修与

安装，并能有效地改善追踪的精度、可靠性，降低设备的总体造价。