光源追踪系统设计硬件设计
太阳能是一种新型无污染的能源，具有广阔的发展前景。目前的太阳能光电板大多都是固定的，光电转换效率低。由此，我们设计一种单片机作为主控制器的光源追踪系统。光源跟踪系统由检测电路，降压模块，单片机，电机驱动电路等构成。光电传感器由分布在光电板四周的光敏电阻组成，用来测量各点的光强，构成检测电路。单片机通过比较各点电压的大小，对电机驱动电路发出控制指令来调节光伏电池的转动。
关键词 光源跟踪，光电传感器，电机驱动
目录
1引言 2
2光源追踪系统总体设计 2
2.1系统设计概述 2
2.2方案论证与比较 3
2.2.1单片机的选择 3
2.2.2电机的选择 4
2.2.3电机驱动的选择 4
2.2.4传感器的选择 5
3光源追踪系统单元电路设计 5
3.1整体硬件设计 5
3.1.1STC单片机 6
3.1.2伺服电机 9
3.1.3多晶硅太阳能电池板 10
3.2硬件电路图设计 11
3.2.1电源电路设计 11
3.2.2信号检测电路设计 12
3.2.3降压模块电路设计 12
3.2.4电机驱动电路设计 13
3.2.5蜂鸣器电路设计 15
4硬件调试 16
4.1总体概述 16
4..2调试步骤 16
4.2.1系统硬件焊接电路的检查 16
4.2.2各单元器件连接的检查 16
4.2.3光源追踪器在夜间模式下工作 17
4.2.4光源追踪器在白天模式下工作 18
4.3调试结 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
果与分析 19
总结 21
致谢 22
参考文献 23
1 引言
当前很多国家面临能源缺乏的问题，太阳能是一种新型干净的能源，有着广阔的发展前景。众所周知，太阳能电池板的发电量与光照强度有密切联系，当阳光直射电池板时,发电量最大。以前的太阳能电池板固定不动，光电转换效率低。有结果表明，自动追踪光源装置比固定装置效率高35%，由此可知太阳能追踪是必要的。通过研究太阳能追踪器，太阳能光电板转换能力大大提高，有利于提高太阳能的利用率。
要求设计一种微功耗的自动追踪太阳能的系统，以解决目前太阳能光电板转化率低的问题。设计中将用较小功耗完成对光源的追踪，进一步提高太阳的利用率。光电传感器由分布在光电板四周的光敏电阻组成，用来测量各点的光强，构成检测电路。单片机通过比较各点电压的大小，从而对步进电机发出正反转信号，以调节光伏电池的水平位置和仰角，保证阳光一直正对光电板，并对太阳进行追踪，使太阳能利用达到最大化。
2 光源追踪系统总体设计
2.1 系统设计概述
本设计为光源追踪器硬件设计，要求实现的目标：
（1）实现伺服电机的驱动控制；
（2）模拟装置能够自动调整，保证始终正对光强最强处；
(3)二维运动；
(4)处在调节状态时能给出声音提示设计模拟装置系统样机。
光源追踪系统由检测电路,降压模块，单片机，电机驱动电路，时钟电路等组成。光电传感器由分布在光电板四周的光敏电阻组成，用来测量各点的光强，构成检测电路。单片机通过比较各点电压的大小，对电机驱动电路发出控制指令来调节光伏电池的转动。光伏电池板随着电机转动，在转动状态下蜂鸣器发出提示声。
单片机对传感器传送的数据进行处理是设计的关键，从而达到跟踪点光源的目的。整个系统由检测电路，降压模块，单片机，电机驱动电路，时钟电路等组成。具体方框图如图2-1所示。
图2-1 系统方框图
2.2方案论证与比较
光电轨迹追踪能够实时测量太阳的位置，使用的探测组件是光敏电阻，然后把信号交给单片机处理，完成对太阳位置的测量与追踪，使太阳能电池板处于太阳光垂直位置。当太阳的位置变化，光敏电阻元件将得到不同的信号，依据信号变化我们就可以通过单片机处理情况判断出太阳的位置或者知道太阳具体的角度变化，然后由驱动控制系统控制机械装置的运动使太阳光线与太阳能电池板垂直，从而准确的追踪太阳光，更有效的利用太阳能。?
光电跟踪方式属于死循环，用于实时跟踪太阳的位置，初始系统安装安装要求不高，不必考虑累积误差的影响。在这种方式中，光敏电阻信号少，计算简单，而且它的追踪精度高、灵敏度高、效率高，正好弥补了视日运动轨迹追踪的缺点，在国内外受到广泛的关注，所以选择广电轨迹追踪。
2.2.1单片机的选择
按照论文的主题，设计中要求一个主控制器来接受信息并发出指令，从以下两个方案入手：
方案一：MSP430单片机。
MSP430有以下优点：
（1）电压取值：1.8到3.6V，电源电压较低。（2）5种低功耗模式，功耗低。（3）时钟模式使用比较灵活。（4）运算能力较强，速度较快。（5）功能模块强大，拥有较多的功能模块，适合于多种场合，方便应用。（6）采用flash存储器，方便灵活控制程序运转。（7）仿真调试比较简单，功能强大，单步执行。（8）程序存储方式快速灵活，适合于多功能智能产品的开发。
方案二：AT89C51单片机。
AT89C51单片机可以清除内部ROM，同时可以存储Flash数据。该单片机采用高密度集成技术，存储器非常稳定。C51单片机功能引脚互相兼容，功能多，符合于工业标准生产。C51单片机的控制能力很高，且价格低廉，广泛应用于生产实践。
方案三：STC单片机。
STC12C5A60S2单片机是一种强化型的8051单片机，它的功耗低、运算非常快、抗干扰能力强。它的指令代码与以前的8051单片机兼容,但STC单片机的运算速度却大大提高。该系列单片机是STC公司生产的，内部含有专用的复位电路，8路高速的10位A/D转换器，适用于电机控制方面和强干扰场合。
通过上面的比较本，STC单片机有着高速，低功耗，抗干扰能力强等特点，所以我们选取方案三。
2.2.2电机的选择
本设计中步进电机用于控制光伏电池板的位置，以保证光伏电池板始终正对光强最强处，可选取如下方案：
方案一：步进电机。普通步进电机速度的变化是由脉冲信号的频率和脉冲数的确定，与连接的装置没有必然联系。所以每次接收到脉冲信号，步进电机都会改变一定的位置。
方案二：直流减速电机。正常情况下，给直流电机通电，电机会连续转动角度，转速稳定，操作起来非常简单。
方案三：伺服电机。伺服电机可以不停的改变角度并且可以保持角度不动，控制转速的能力强，减速能力好，伺服电机的误差最小为0.18度。
从系统的平衡性考虑，伺服电机有有水平与垂直两个方向的支架，容易操作，精确度较高等优点，故选择方案三。
在系统调试程中，我们首先要确保系统硬件电路的焊接没有问题。检查电路是否有断线、缺焊、漏焊、虚焊等问题。在本次设计中出现了漏焊的问题，检查电路焊接过程中发现并解决了问题。下图4-1为焊接好的电路板：
1引言 2
2光源追踪系统总体设计 2
2.1系统设计概述 2
2.2方案论证与比较 3
2.2.1单片机的选择 3
2.2.2电机的选择 4
2.2.3电机驱动的选择 4
2.2.4传感器的选择 5
3光源追踪系统单元电路设计 5
3.1整体硬件设计 5
3.1.1STC单片机 6
3.1.2伺服电机 9
3.1.3多晶硅太阳能电池板 10
3.2硬件电路图设计 11
3.2.1电源电路设计 11
3.2.2信号检测电路设计 12
3.2.3降压模块电路设计 12
3.2.4电机驱动电路设计 13
3.2.5蜂鸣器电路设计 15
4硬件调试 16
4.1总体概述 16
4..2调试步骤 16
4.2.1系统硬件焊接电路的检查 16
4.2.2各单元器件连接的检查 16
4.2.3光源追踪器在夜间模式下工作 17
4.2.4光源追踪器在白天模式下工作 18
4.3调试结 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
果与分析 19
总结 21
致谢 22
参考文献 23
1 引言
当前很多国家面临能源缺乏的问题，太阳能是一种新型干净的能源，有着广阔的发展前景。众所周知，太阳能电池板的发电量与光照强度有密切联系，当阳光直射电池板时,发电量最大。以前的太阳能电池板固定不动，光电转换效率低。有结果表明，自动追踪光源装置比固定装置效率高35%，由此可知太阳能追踪是必要的。通过研究太阳能追踪器，太阳能光电板转换能力大大提高，有利于提高太阳能的利用率。
要求设计一种微功耗的自动追踪太阳能的系统，以解决目前太阳能光电板转化率低的问题。设计中将用较小功耗完成对光源的追踪，进一步提高太阳的利用率。光电传感器由分布在光电板四周的光敏电阻组成，用来测量各点的光强，构成检测电路。单片机通过比较各点电压的大小，从而对步进电机发出正反转信号，以调节光伏电池的水平位置和仰角，保证阳光一直正对光电板，并对太阳进行追踪，使太阳能利用达到最大化。
2 光源追踪系统总体设计
2.1 系统设计概述
本设计为光源追踪器硬件设计，要求实现的目标：
（1）实现伺服电机的驱动控制；
（2）模拟装置能够自动调整，保证始终正对光强最强处；
(3)二维运动；
(4)处在调节状态时能给出声音提示设计模拟装置系统样机。
光源追踪系统由检测电路,降压模块，单片机，电机驱动电路，时钟电路等组成。光电传感器由分布在光电板四周的光敏电阻组成，用来测量各点的光强，构成检测电路。单片机通过比较各点电压的大小，对电机驱动电路发出控制指令来调节光伏电池的转动。光伏电池板随着电机转动，在转动状态下蜂鸣器发出提示声。
单片机对传感器传送的数据进行处理是设计的关键，从而达到跟踪点光源的目的。整个系统由检测电路，降压模块，单片机，电机驱动电路，时钟电路等组成。具体方框图如图2-1所示。
图2-1 系统方框图
2.2方案论证与比较
光电轨迹追踪能够实时测量太阳的位置，使用的探测组件是光敏电阻，然后把信号交给单片机处理，完成对太阳位置的测量与追踪，使太阳能电池板处于太阳光垂直位置。当太阳的位置变化，光敏电阻元件将得到不同的信号，依据信号变化我们就可以通过单片机处理情况判断出太阳的位置或者知道太阳具体的角度变化，然后由驱动控制系统控制机械装置的运动使太阳光线与太阳能电池板垂直，从而准确的追踪太阳光，更有效的利用太阳能。?
光电跟踪方式属于死循环，用于实时跟踪太阳的位置，初始系统安装安装要求不高，不必考虑累积误差的影响。在这种方式中，光敏电阻信号少，计算简单，而且它的追踪精度高、灵敏度高、效率高，正好弥补了视日运动轨迹追踪的缺点，在国内外受到广泛的关注，所以选择广电轨迹追踪。
2.2.1单片机的选择
按照论文的主题，设计中要求一个主控制器来接受信息并发出指令，从以下两个方案入手：
方案一：MSP430单片机。
MSP430有以下优点：
（1）电压取值：1.8到3.6V，电源电压较低。（2）5种低功耗模式，功耗低。（3）时钟模式使用比较灵活。（4）运算能力较强，速度较快。（5）功能模块强大，拥有较多的功能模块，适合于多种场合，方便应用。（6）采用flash存储器，方便灵活控制程序运转。（7）仿真调试比较简单，功能强大，单步执行。（8）程序存储方式快速灵活，适合于多功能智能产品的开发。
方案二：AT89C51单片机。
AT89C51单片机可以清除内部ROM，同时可以存储Flash数据。该单片机采用高密度集成技术，存储器非常稳定。C51单片机功能引脚互相兼容，功能多，符合于工业标准生产。C51单片机的控制能力很高，且价格低廉，广泛应用于生产实践。
方案三：STC单片机。
STC12C5A60S2单片机是一种强化型的8051单片机，它的功耗低、运算非常快、抗干扰能力强。它的指令代码与以前的8051单片机兼容,但STC单片机的运算速度却大大提高。该系列单片机是STC公司生产的，内部含有专用的复位电路，8路高速的10位A/D转换器，适用于电机控制方面和强干扰场合。
通过上面的比较本，STC单片机有着高速，低功耗，抗干扰能力强等特点，所以我们选取方案三。
2.2.2电机的选择
本设计中步进电机用于控制光伏电池板的位置，以保证光伏电池板始终正对光强最强处，可选取如下方案：
方案一：步进电机。普通步进电机速度的变化是由脉冲信号的频率和脉冲数的确定，与连接的装置没有必然联系。所以每次接收到脉冲信号，步进电机都会改变一定的位置。
方案二：直流减速电机。正常情况下，给直流电机通电，电机会连续转动角度，转速稳定，操作起来非常简单。
方案三：伺服电机。伺服电机可以不停的改变角度并且可以保持角度不动，控制转速的能力强，减速能力好，伺服电机的误差最小为0.18度。
从系统的平衡性考虑，伺服电机有有水平与垂直两个方向的支架，容易操作，精确度较高等优点，故选择方案三。
在系统调试程中，我们首先要确保系统硬件电路的焊接没有问题。检查电路是否有断线、缺焊、漏焊、虚焊等问题。在本次设计中出现了漏焊的问题，检查电路焊接过程中发现并解决了问题。下图4-1为焊接好的电路板：
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