摘要：由于人類生產(chǎn)生活對資源需求的增加與資源日益枯竭間的矛盾，使如何高效的利用太陽能這一課題備受社會關(guān)注。為了提高太陽能的利用率，設(shè)計了光伏逆變太陽能自動追蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機作為數(shù)據(jù)處理中心，采用光敏電阻對太陽的方位進行檢測;利用ADS1118模塊實現(xiàn)模數(shù)信號的轉(zhuǎn)換并通過驅(qū)動舵機實現(xiàn)對太陽的追蹤;逆變器將直流電逆變成220V交流電;OLED模塊顯示太陽能電池板和蓄電池的電壓等信息。經(jīng)調(diào)試，本系統(tǒng)具備自動跟蹤太陽、供電和蓄電的智能切換及逆變功能，大大提高了太陽能的利用效率。

　　關(guān)鍵詞：太陽能自動追蹤;光伏逆變;STC12C5A60S2;模數(shù)轉(zhuǎn)換;舵機

　　0引言

　　目前光伏發(fā)電遇到的瓶頸是許多太陽能電池板不能實時追蹤太陽，光照利用率低。同時，太陽能電池板輸出的直流電不能徑直投入到人們的生產(chǎn)生活中。為應(yīng)對以上問題，將自動追蹤技術(shù)，光伏逆變技術(shù)和單片機控制結(jié)合起來，設(shè)計了光伏逆變太陽能自動追蹤系統(tǒng)。

　　1光伏逆變太陽能自動追蹤系統(tǒng)總體設(shè)計

　　光伏逆變太陽能自動追蹤系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)。本設(shè)計把4個光敏電阻安裝在東南西北四個方向上，電阻檢測太陽的方位并輸出相應(yīng)的電壓值。再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將接收的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號發(fā)送給單片機，單片機以此來控制舵機轉(zhuǎn)向，使太陽能電池板一直追蹤太陽的方向。系統(tǒng)中穩(wěn)壓電路的作用是將蓄電池的電壓穩(wěn)定在5V，滿足單片機、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、舵機的需求。除此之外，該系統(tǒng)還可以進行光伏逆變。

　　2系統(tǒng)各單元硬件選型與設(shè)計

　　■2.1總體硬件設(shè)計方案

　　光伏逆變自動追蹤系統(tǒng)的控制硬件設(shè)計主要包括：以STC12C5A60S2為核心控制器的主控電路設(shè)計，光敏電阻的檢測電路設(shè)計，模數(shù)信號轉(zhuǎn)換電路設(shè)計，舵機追蹤的電路設(shè)計，OLED顯示屏的外圍電路設(shè)計，逆變電路的設(shè)計，以及時鐘電路和復(fù)位電路的設(shè)計[1]。

　　■2.2電源模塊電路設(shè)計

　　蓄電池輸出的電壓在8V左右，要給ADS1118模數(shù)芯片、單片機、舵機和顯示屏供電，就需要經(jīng)過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓至5V。降壓電路將太陽能電池板輸出的12V電壓降至5V輸出，給蓄電池和逆變器供電。電源部分還能實現(xiàn)供電智能切換，當(dāng)光伏電壓在4.5V以上，由太陽能電池板供電;小于4.5V時，自動切換由蓄電池供電。

　　■2.3光電檢測電路設(shè)計設(shè)計中利用4個光敏電阻來采集光強信息。將R1，R2，R3，R4光敏電阻分別置于電池板的北西南東4個方位。當(dāng)太陽能電池板垂直于太陽時，4個光敏電阻阻值相同，電路輸出為零，舵機不轉(zhuǎn)動。若陽光發(fā)生傾斜，光敏電阻的電壓值不同，出現(xiàn)電位高低差，然后光敏電阻將產(chǎn)生的電位差通過計算轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動的角度。

　　■2.4模數(shù)信號轉(zhuǎn)換電路設(shè)計模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的作用是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。電路中運用被稱為最小型的ADS1118模數(shù)轉(zhuǎn)換器。光電轉(zhuǎn)換部分將接收的光信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，但單片機只能分析數(shù)字信號，所以經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的后輸出數(shù)字信號傳送給單片機[2]，單片機接收信號實現(xiàn)控制功能。

　　■2.5舵機追蹤電路設(shè)計實現(xiàn)太陽能的自動追蹤采用的是舵機和二軸云臺。單片機通過PWM調(diào)制的方式控制舵機的運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)運用的舵機是雙軸型的，能夠?qū)崿F(xiàn)全方位的的太陽追蹤[3]。

　　■2.6OLED顯示電路設(shè)計設(shè)計選用的是OLED顯示屏，0.96的尺寸使電路更加的精簡[4]。顯示屏能顯示光敏電阻的檢測值，蓄電池電壓和太陽能電池板的電壓。

　　3系統(tǒng)各單元軟件設(shè)計

　　■3.1主程序設(shè)計

　　程序執(zhí)行時，首先將數(shù)據(jù)初始化，以進入等待工作的狀態(tài)，最后在主函數(shù)里循環(huán)執(zhí)行每一模塊的程序。比如該系統(tǒng)最先由光敏電阻檢測太陽方位，進行電位差比較后輸出信號。這一過程完畢后系統(tǒng)就判斷是否中斷，若繼續(xù)工作，則信號傳輸?shù)较聜�模塊，隨之元件的初始化數(shù)據(jù)被改變。

　　■3.2自動追蹤程序設(shè)計自動追蹤程序設(shè)計的難點在于數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換和傳送。程序設(shè)計時采用模塊化，首先光敏電阻判斷是否有電位差，若有電位差則轉(zhuǎn)換成角度值[5]，若無則繼續(xù)檢測。函數(shù)中主要是讀取ADS1118模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)，然后單片機對接收的數(shù)據(jù)進行處理，數(shù)據(jù)處理完畢后傳給舵機，舵機根據(jù)數(shù)據(jù)時刻追隨太陽。

　　供電智能切換程序設(shè)計的難點是兩電源間的連接和自動切換。為實現(xiàn)太陽能電池板和蓄電池間的連接，加入了繼電器。當(dāng)太陽能電池板有足夠電能時，由太陽能電池板為系統(tǒng)供電。但在光照不足時，無法輸出足夠的電壓，此時繼電器閉合，切換由蓄電池為系統(tǒng)供電。同時蓄電池也為太陽能電池板充電，這樣就實現(xiàn)了不間斷供電。根據(jù)實際情況，程序設(shè)置了6.5V作為臨界值。

　　4系統(tǒng)調(diào)試

　　功能測試時，用手機的電筒模擬太陽光。打開系統(tǒng)電源，用電筒照射光敏電阻，發(fā)現(xiàn)太陽能電池板按照光的照射移動，實現(xiàn)了太陽能的自動追蹤。調(diào)試后，實現(xiàn)了舵機對太陽方位的雙向追蹤、蓄電池和太陽能電池板供電的智能切換、直流電逆變成交流電三大功能。達(dá)到了設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)，實用性強。但目前本設(shè)計仍容易受天氣等外部環(huán)境的影響，在未來的設(shè)計中可嘗試使用混合型的跟蹤系統(tǒng)，彌補光電式跟蹤在陰雨天不能正常工作的問題。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]李仁浩,龔思敏,楊帆等.基于單片機控制太陽能智能跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳感器,2015(04):51～53.

　　[2]宋鳳娟,付侃,薛雅麗.STC12C5A60S2單片機高速A/D轉(zhuǎn)換方法[J].煤礦機械,2010年06期.

　　[3]閆孝姮,王改華.雙跟蹤模式的智能太陽能追蹤系統(tǒng)設(shè)計[C].2014年全國工業(yè)控制計算機技術(shù)年會論文集,2014.

　　相關(guān)刊物推薦：《煤礦機械》(月刊)創(chuàng)刊于1980年，是由黑龍江科技學(xué)院、哈爾濱煤礦機械研究所主辦的煤礦機械行業(yè)綜合性技術(shù)刊物。發(fā)行范圍除煤炭行業(yè)外，在冶金機械、礦山機械、工程機械、鐵道機械、石油機械，化工機械、建筑機械，船舶機械、通用機械等行業(yè)同樣擁有眾多讀者，科研院所，大專院校也有讀者，發(fā)行量大、覆蓋面廣，在廣大讀者群及企業(yè)中有著重要影響。