牛得林+康學(xué)亮+林曉芳

【摘要】 太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)是為了提高太陽(yáng)能發(fā)電裝置的發(fā)電效率而設(shè)計(jì)的。本系統(tǒng)主要作用是讓太陽(yáng)能發(fā)電板實(shí)時(shí)對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤，使太陽(yáng)光實(shí)時(shí)垂直照射在太陽(yáng)能發(fā)電板，這樣就可以達(dá)到提高發(fā)電效率的目的。本文主要介紹了太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和總體控制方案。

【關(guān)鍵詞】 太陽(yáng)能 自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)

引言

太陽(yáng)能作為全世界公認(rèn)的一種干凈能源，它相對(duì)于傳統(tǒng)的化石能源有三大長(zhǎng)處：第一：它是目前為止人類可以使用的分布最廣的能源之一。從太陽(yáng)誕生之時(shí)到現(xiàn)在的幾億年中，太陽(yáng)損耗的能量不到它本身總能量的百分之二。目前太陽(yáng)正處于壯年期，它所剩下的能量還可供地球消耗幾十億年之久。第二：在地球的每個(gè)角落都有太陽(yáng)能的分布。無(wú)論是在炎熱的非洲還是寒冷的極地太陽(yáng)能都是一種方便獲得便捷能源。特別是在那些不利于架設(shè)電網(wǎng)線路的地區(qū)，更能突出太陽(yáng)能發(fā)電的重要性。第三：太陽(yáng)能作為清潔能源，在作為一次能源發(fā)電時(shí)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，大力發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電還可減少化石燃料燃燒，對(duì)緩解環(huán)境污染有積極作用。

一、總體方案

本方案中經(jīng)過(guò)兩個(gè)垂直較著在太陽(yáng)能發(fā)電板上的的太陽(yáng)能主動(dòng)跟蹤傳感器來(lái)檢測(cè)照到太陽(yáng)能發(fā)電板上的太陽(yáng)光。豎直方向的太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤傳感器檢測(cè)并控制太陽(yáng)能發(fā)電板的水平角度，水平方向的太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤傳感器檢測(cè)并控制太陽(yáng)能發(fā)電板豎直角度[1]。太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤傳感器通過(guò)判斷太陽(yáng)入射光線的照射角度，并通過(guò)L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)兩個(gè)自鎖減速電機(jī)來(lái)調(diào)控太陽(yáng)能電池板的角度，這樣就可以實(shí)現(xiàn)控制太陽(yáng)能電池板對(duì)太陽(yáng)方位進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，從而提高對(duì)太陽(yáng)能的利用率。

二、硬件系統(tǒng)方案

2.1 傳感器

本設(shè)計(jì)中的采用全封閉式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤傳感器作為太陽(yáng)光線。此傳感器可以防水防雨防雹安全可靠，從而極大避免了傳感器因極端天氣而遭到破壞導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作的情況，這樣就可以使系統(tǒng)全天候條工作。傳感器靈敏度高無(wú)論是中午較強(qiáng)烈的陽(yáng)光還是早晚較弱的太陽(yáng)光線都能正確對(duì)準(zhǔn)光線，并準(zhǔn)確判斷方位。

全封閉式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤傳感器為了方便安裝，傳感器上只設(shè)計(jì)了四根線，他們分別是5V電源線，地線，還有兩根是信號(hào)線。全封閉式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤傳感器中使用兩個(gè)背對(duì)安放的光敏電阻用于檢測(cè)光照及光照角度[1]。當(dāng)傳感器兩側(cè)光照不對(duì)稱時(shí)，傳感器兩根信號(hào)線輸出電壓不相等，通過(guò)這個(gè)電壓差在結(jié)合傳感器放置的位置就可以判斷出太陽(yáng)能電池板此刻的方位，然后通過(guò)控制減速電機(jī)來(lái)調(diào)整電池板到最佳方位。

2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

本方案采用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊。

L298N機(jī)電驅(qū)動(dòng)模塊具備較高轉(zhuǎn)矩重量比和較寬的調(diào)速規(guī)模。相對(duì)于電子市場(chǎng)上的其他驅(qū)動(dòng)模塊，L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊具有很高的可靠性。因此L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊被廣泛的應(yīng)用在電子設(shè)計(jì)方面。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊在設(shè)計(jì)上由邏輯電源和驅(qū)動(dòng)電源兩個(gè)電源電路組成，由圖可知6V和12V分別為邏輯電源和驅(qū)動(dòng)電源。J4和J6接口接入的是輯電邏源和驅(qū)動(dòng)電源，進(jìn)而為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊供電。J1與J2分別為全封閉式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤傳感器控制兩個(gè)自鎖減速電機(jī)的輸入端，J3與J5分別與兩個(gè)自鎖減速電機(jī)的正極和負(fù)極相連。

因?yàn)楸居?jì)劃利用的自鎖減速電動(dòng)機(jī)是線圈式的電動(dòng)機(jī)，是以從運(yùn)行狀況驟然轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顩r時(shí)會(huì)構(gòu)成很大的反向電流，在電路中添加穩(wěn)壓二極管電路就為了在發(fā)生反向電流的時(shí)可以泄流以保護(hù)電路不被損害。

驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸入接口J1，J2接水平傳感器的兩條信號(hào)線來(lái)驅(qū)動(dòng)控制太陽(yáng)能發(fā)電板俯仰自由度的電機(jī)，J3，J5接豎直傳感器的兩條信號(hào)線來(lái)驅(qū)動(dòng)控制太陽(yáng)能發(fā)電板水平自由度的電機(jī)，J4接電機(jī)的電源線，用于給減速電機(jī)供電。當(dāng)照到傳感器的光照不對(duì)稱時(shí)，傳感器兩根信號(hào)線輸出電壓不相等導(dǎo)致電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出端的電壓不相等，則作用在減速電機(jī)兩端電壓也就不相等這樣就可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)正傳或反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)到合適角度后，傳感器兩端關(guān)照對(duì)稱，兩個(gè)信號(hào)線輸出等伏的電壓，電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。

三、總結(jié)

本設(shè)計(jì)中L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模用于間歇性的跟蹤太陽(yáng)方向，進(jìn)而使太陽(yáng)能電池板一直處于大功率輸出狀態(tài)。提高太陽(yáng)能發(fā)電裝置的發(fā)電效率，進(jìn)而使經(jīng)濟(jì)效益最大化。

參 考 文 獻(xiàn)

[ 1]L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)板 步進(jìn)機(jī)器人 Arduino 單片機(jī)模塊_電機(jī)驅(qū)動(dòng)板.

[2]一種基于單片機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)儀設(shè)計(jì).