Science & Technology Vision
项目与课题
科技
视
界
科技 探索 争鸣
· ·
太阳光自动½踪系统
李永新 陈宗耀 吴登鹏 沈建立
（
嘉兴学院 机电工程学院
，
浙江 嘉兴
314000
）
【
摘 要
】
本文介绍了太阳光自动½踪系统的 设 计 方 法
，
对
自
动
跟 踪
系 统 进 行 了
详 细
的
分
析
和 研 究
，
采 用
单 片 机
PIC18F4520
½
为
控
制
芯
片
，
设计了自动跟踪系统
，
所设计的系统具有跟踪精度高
，
结构简单
，
成本½
，
抗干扰½力强
。
采用跟踪系统
，
可大大降½系统的成本
，
获得太阳
½的高效利用
，
采用太阳跟踪技术是势在必行的
，
因此
，
研究太阳跟踪技术是有重要意义的
。
【
关键词
】
自动½踪系统
；
PIC18F4520
；
光敏三极管
；
步进电机
A Sunlight Automatic Tracking System
LI Yong-xin CHEN Zong－yao WU Deng－peng SHEN Jian－li
（
College of Mechanical and Electrical Engineering Jiaxing University, Jiaxing Zhejiang, 314000
）
【
Abstract
】
This paper introduces a sunlight automatic tracking system design method of automatic tracking system, carried out a detailed analysis
and research, using PIC18F4520 MCU as control chip, design of automatic tracking system, the system has a high tracking accuracy, simple structure,
low cost, strong anti interference capability.
【
Key words
】
Automatic
tracking system; PIC18F4520; Photosensitive triode; Stepping moto
0
前言
我½是以火力发电为主的½源消费大½
，
其中煤炭的燃烧占绝大
部分
，
我½二氧化碳的排放量也居于世界的前列
。
环境污染及其严重
，
由于开采½源造成的损失更是巨大的
。
因此
，
用可再生的清洁½源代
替化石½源具有非常重大的意义
。
太阳½发电是一种可再生的新型清
洁½源
，
在环 境 污 染 越 来 越 严 重 的 今 天
，
开 发 利 用 太 阳 ½ 是 势 在 必 行
的
。
对于太阳½发电系统的设计
，
太阳½电池板是其中最核心的部件
之一
，
其½换率决定光伏电站发电效率的重要因素之一
。
由于大部分
太阳½电池板采光时期½是固定到一个方向的
，
而太阳的½½是随着
时间而改变的
，
因此
，
无法保证太阳光的长久的½够垂直照射
，
太阳½
电池不½充分接收太阳½资源
，
发电效率非常½下
。
采用太阳跟踪系
统
，
½然增加了建设和维护的成本
，
½是却大大提高了发电效率
，
反而
获得的效益会成倍增长
。
特别是对于一些大型光伏发电站
，
以及一些
中高温聚光集热装½
，
效率更会有着巨大的提升
。
采用太阳光自动跟
踪技术在光伏 产 业 中 定 会 具 有 广 阔 的 应 用 前 景
，
因 此
，
研 究 太 阳 光 自
动跟踪技术是具有重要意义的
。
集到光照信号
，
三极管放大所得信 号
，
传 送 到
PIC18
，
由
PIC18
进 行 处
理判断
，
从而输出不同占空比
PWM
信号到 步 进 电 机 驱 动 电 路 中
，
调
节步进电机½动方向
，
达到调节采光板的目的
。
步进电机驱动芯片采
用
ULN2003
，
ULN2003
是集成达林顿管
IC
，
内部还集成了消线圈反电
动势的二极管
，
他的输出端允许通过电流
200mA,
饱和压降
VCE
约
1V
左右
，
耐压
BVCEO
约为
36V,
采用集电极开路输出
，
输出电流 大
，
可 直
接驱动步进电机
。
电机½用五线四相步进电机
，
五线四相步进电机是
一种利用电子 电 路
，
将 直 流 电 变 成 分 时 供 电 的
，
四 相 时 序 控 制 电 流 的
感应电机
。
给电机加一个脉冲信号
，
电机就½过一个步距角
，
具有较强
的快速启停½力
。
本系统½够根据太阳所处的具½½½
，
对太阳光进
行实时跟踪
，
而且调试简单
，
成本比较½
。
2
2.1
主要电路分析
1
总½系统设计
系统主要有
PIC18F4520
控制板
，
光电检测模块
，
步进电机及驱
动
，
1602
液晶显示屏
，
键盘等模块
。
步进电机驱动电路原理及设计
本系统½用的是五线四相步进电机
28YBJ-48
，
在空½情况下
，
电
机的½速
、
方 向 以 及 停 止 的 ½ ½ 是 由 单 片 机 发 出 脉 冲 的 数 量
，
时 间 间
隔以及方向决 定 的
，
½ 给 步 进 电 机 加 一 个 脉 冲 信 号 时
，
电 机 就 会 ½ 过
5.624
度
，
即½过一个步距角
。
步进电机的速度取决于两个脉冲的间隔
时间
，
时间越短
，
步进电机速度越快
。
通过调节
PIC18
单片机的脉冲时
间间隔
，
即可进行步进电机调速控制了
。
为了全方½的跟踪太阳
，
我们
½用两 块 驱 动 电 路 分 别 驱 动 两 个 电 机
，
½ 采 光 板 ½ 够 左 右 和 上 下 ½
动
，
实现方½角和高度角的跟踪
。
驱动输入端
IN1-IN4
，
与单片机四 个
IO
口 相 接
，
四 个 上 拉 电 阻
R1-R4
½选用
4.7K
欧姆的电阻
，
½用
5V
直流电压
，
ULN2003A
芯片
另一端接
MA-MD
接电机的四个输入口
，
另一线接
+5V
电压
。
图
1
系统硬件结构框图
图
1
是 本 次 设 计 的 硬 件 总 ½ 结 构 框 图
，
控 制 核 心 采 用 美 ½
Mi-
crochip
公 司 生 产
PIC18F4520
芯 片
，
该 芯 片 具 有
IIC
接 口
，
内 ½
PWM
模块和
10
½
AD
模块
，
且价格 ½ 廉
，
无 需 外 加
AD
½ 换 器
，
十 分 方 便
；
光敏三极管采用金封
3DU5C
，
光敏三极 管 具 有 电 流 放 大 ½ 用
，
它 的 集
电极电流随着 光 辐 射 强 弱 变 化 而 变 化
，
与 普 通 的 光 敏 电 阻 相 比
，
具 有
灵敏度高
、
聚光性½½
，
采光½力强
、
½用方便等特点
。
光敏三极管采
图
2
步进电机驱动电路
2.2
光电检测模块原理及设计
※
基金项目
：
此文为
2012
年度嘉兴学院校级重点
SRT
计划项目研究成果
，
项目编号
851712095
。
½者简介：李永新（
1990
—），男，汉族，山西忻州人，嘉兴学院
2010
级本科生，电子信息工程专业。
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19
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项目与课题
光源照射到光敏三极管表面上
，
由此产生的光生电流由基极进入
发射极
，
从而 在 集 电 极 回 路 中 得 到 一 个 放 大 了 的 信 号 电 流
，
该 电 流 的
大小与光照的强弱有关
。
光 敏 三 极 管
3DU5C
是 采 用 半 导 ½ 制 ½ 工 艺 制 成 的 具 有
NPN
结
构的半导½三极管
。
为适应光电检测
，
它的基极面积较大
，
并且装在带
有玻璃透镜金属管壳内
，
½光照射时
，
入射光被基极吸收
，
光线通过透
镜集中照射在芯片上
。
光敏三极管的集电极接
5V
电压
，
其发射极接
地
。
采用光敏三极管来检测光照强度
，
三极管扩大电流的½用
。
对于
点光源的检测
，
除 了 ½ 用 高 灵 敏 度 的 三 极 管 外
，
三 极 管 的 数 量 和 布 局
的选择也至关重要
，
在本系统中
，
三极管的布局采用如下的½式
，
八个
光敏三极管分别检测上下左右四个方½的光强
，
根据光强来判断光源
的½½
，
进而驱动激光笔的运动
。
传 给 送 单 片 机
，
单 片 机 通 过 四 路
AD
½ 换 器 采 集 电 压
，
得 到 电 压 数 据
后
，
先是到
1602LCD
液晶屏上
，
然后比较左右
、
上下电压值的压差
，
然
后将比较结果反馈给
PIC18
单片 机 中
，
单 片 机 产 生 不 同 的
PWM
信 号
到驱动电路中
，
从而调节步进电机½动改变接收器的方向
。
图
3
光敏三极管布局图
图
5
程序流程图
2.3
液晶显示与手动调节按键的设计
1602
是一种专门用来显示字母
、
数字
、
符 号 等 的 点 阵 型 液 晶 模
块
。
1602LCD
是指显示的内容为
16X2,
即可以显示两行
，
每行
16
个字
符液晶模块
，
5V
工½电压
，
对比度可调
，
内含复½电路
，
提供各种控制
½令
。
3
端为背光调节端
，
调节滑动变阻器即可改变液晶屏的亮度
，
RS
端 为 数 据 ½ 令 选 择 端
，
RW
为 读 写 控 制 输 入 端
，
E
端 为 ½ ½ 端
，
DB0-
DB7
为数据并行端口
，
15
和
16
管脚为背光的电源与 接 地 端 口
。
本 系
统 利 用
1602
显 示
AD
采 集 到 的 上
、
下
、
左
、
右 四 个 光 敏 三 极 管 的 电 压
值
。
4
实验结果及分析
将
PIC18F4520
控 制 板
，
步 进 电 机 驱 动 模 块
，
光 电 检 测 模 块
，
液 晶
显示模 块 等 部 分 进 行 整 合 后 调 试
，
实 验 室 测 量 结 果 完 全 符 合 预 期 效
果
。
本系统可以通过光敏三极管进行检测
，
输出信号驱动双向步进电
机
，
½得采光板始终面对光源
，
跟踪效果½
，
运行稳定
。
也可人工进行
定期的校对
。
5
结论
图
4
LCD
电路及手动调节键盘
½今社会
，
节½环保已经深
入 人 心
，
成 为 社 会 的 主 流
，
而 太 阳
½½为一种取之不½用之不竭的
清洁½源
，
更是深受广大消费者
的青睐
。
本 文 设 计 的 基 于
PIC18
的 太
阳光自动½踪系统通过多次测试
表明
，
该系统½够准确的实现对
光照的跟踪
。
该自动½踪系统具
有跟踪精度高
，
结构简单
，
成本
½
，
抗干扰½力强
。
因此本文所设
计的太阳光自动½踪系统具有广
阔的应用前景
。
S
【
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：武
汉 理 工 大 学
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手 动 调 节 键 盘 由 四 个 独 立 键 盘 构 成
，
上 拉 电 阻
R01-R04
½ 用
10K
欧 姆 的 电 阻
，
电 源 ½ 用
+5V
直 流 电 源
，
½ 按 键 空 ½ 时
，
单 片 机
IO
口接收电压为
5V,
½按下按键时
，
电路导通
，
返回到
IO
口的电压为
0V
，
即½
PIC18
接收到的信号为½电平时
，
确定按下键盘
。
其中
K1
和
K2
负责电机上½和下½
，
K3
和
K4
负责另一电机的左½和右½
。
3
智½工½程序框图
程序采用
C
语言编写
，
通过
Microchip
的开发平台
MPLAB IDE
编
译
。
程序框 图 如 图
5
所 示
，
对 系 统 进 行 初 始 化
，
系 统 处 于 模 式 判 定 状
态
，
按键可以选择自动初始化寻光和手动初始化寻光
。
手动寻光时
，
四
个独立键盘
，
通过人工调节
，
更快捷的寻找到光源
。
然后½入到自动寻
光模式中
，
½系统处于工½状态时
，
光照强度随时间改变时
，
光敏传感
器感应到光照 强 度 的 变 化
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［
责任编辑
：
周娜
½
20
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