太陽能跟蹤器是一種自動化設備，用于使物體（例如太陽能電池板）定向，有利地涉及太陽光線，因此有利于提高能源設備的有效產(chǎn)量。太陽追蹤器的一種類型是定日鏡。該原型希望提供專業(yè)知識，以通過市場上容易獲得的組件來創(chuàng)建簡單的太陽能跟蹤器，并作為未來發(fā)展的指南。所使用的電子組件的尺寸適合處理小型電動機。為了支撐大型物體，還必須實現(xiàn)電源電路。

目標！

電路設計為盡可能使相關物體朝向太陽。由于太陽的相對位置由于地球自轉的影響而發(fā)生變化，因此需要一種運動控制系統(tǒng)來將物體自動定位在太陽的前面。該電路由一些光敏電阻和一個伺服電動機組成。ATmega328管理系統(tǒng)邏輯。MCU測量六個光傳感器的電壓（通過六個模擬輸入端口），并將電動機移至正確的位置。

光的探測器

由于ATmega328 MCU具有六個ADC輸入，因此電路包含六個光傳感器。它們由連接到六個固定電阻器的光敏電阻表示，作為電壓的分頻比。光敏電阻的值必須相同。根據(jù)太陽的角度，它們必須從東到西一直以180度的總角距離定位和定向。一個傳感器與另一個傳感器之間的角距離必須為36度，如圖1所示。傳感器的“高度”取決于電路在地球上的位置（緯度）。

圖1：六個光傳感器的位置

光敏電阻的值可以是任意值，重要的是除數(shù)的固定電阻值也應相同。光敏電阻的值必須在太陽光下測量。如圖2所示，光敏電阻位于除數(shù)的熱側。固定電阻接地。信號（輸出）在中央節(jié)點上。讓我們看一下圖2。在此示例中，太陽主要指向第四光傳感器。如果所有傳感器均具有相同的特性，并且所有電阻均具有相同的值，則第四個除數(shù)會向微控制器提供最高電壓。根據(jù)這個事實，它將決定伺服器的位置。此處使用的光敏電阻具有以下值：

?在黑暗中：7MΩ

?在環(huán)境光下：15kΩ

?被太陽照亮：400Ω

顯然，您可以使用任何光敏電阻。

圖2：分壓器

伺服

伺服器用于自動化系統(tǒng)，并通過與MCU邏輯端口的單一連接即可實現(xiàn)精確的角度運動。該組件是需要旋轉控制的項目的理想選擇。可以在任何可以找到5V電源的地方添加它們。脈沖信號控制伺服。它可以以大約180°的角度工作。它以1.5ms的脈沖移至0°，以2ms的脈沖移至90°，以1ms的脈沖移至-90°（如圖3所示）。高脈沖的寬度決定了伺服電機的角度。通過適當?shù)剡x擇不同的值，最小值和最大值之間，有可能向伺服定位到任何允許的方向。伺服器可以移動一個小的太陽能電池板或一個小的花盆。為此，您必須構建一個能夠包含這些對象的結構。

圖3：該項目中使用的伺服

電氣原理圖

電氣原理圖（參見圖4）非常簡單。它由ATMega328P MCU及其外部振蕩器組成。六個光敏電阻和相對固定的電阻器實現(xiàn)了電壓除數(shù)。電阻的值必須與被太陽照亮的光敏電阻的值相同。最開明的除數(shù)將提供最高的電壓，并且固件將知道跟隨太陽將伺服器旋轉到指定角度。

圖4：電氣原理圖

印刷電路板

創(chuàng)建PCB不會出現(xiàn)問題。其尺寸為115毫米x 65毫米（圖5）。它的實現(xiàn)非常容易。盡管存在許多連接，但它是單層PCB。軌道的厚度足以滿足電路的低電流需求。它可以通過轉移鉛筆，光蝕刻或按揭和剝離紙來生產(chǎn)。

圖5：PCB

安裝組件

對于電路的組裝（請參見圖6），必須安裝低剖面的組件，例如電阻器和陶瓷電容器。然后，您可以放置??最大的組件。如您所見，光敏電阻的角度不同。它們旋轉36°，因為一個傳感器與下一個傳感器之間的角度距離必須為36度（0°，36°，72°，108°，144°，180°）才能完美地跟隨太陽。

圖6：PCB上組件的2D布局

圖7顯示了組件和PCB的3D視圖。

圖7：3D預覽

組件清單

• C1 =陶瓷電容22pF
• C2 =陶瓷電容22pF
• C3 =聚酯電容器100nF
• C4 =電解電容100uF
• J1 = PCB 2針接頭，5mm
• M1 =伺服SG90
• PH1 =光敏電阻15kΩ
• PH2 =光敏電阻15kΩ
• PH3 =光敏電阻15kΩ
• PH4 =光敏電阻15kΩ
• PH5 =光敏電阻15kΩ
• PH6 =光敏電阻15kΩ
• R1 =電阻390Ω
• R2 =電阻390Ω
• R3 =電阻390Ω
• R4 =電阻390Ω
• R5 =電阻390Ω
• R6 =電阻390Ω
• U1 = ATMEGA328_PDIP28 MCU
• Y1 = 16 MHz晶振

固件

固件并不重要，并且不使用任何庫進行伺服管理。脈沖是由MCU的數(shù)字端口的快速換向產(chǎn)生的。此換向由UDF“ servo（）”執(zhí)行，該接受以毫秒為單位的脈沖長度作為參數(shù)。函數(shù)“ setup（）”將端口9配置為數(shù)字輸出，用戶可以更改它。每秒執(zhí)行一次函數(shù)“ loop（）”，程序讀取六個模擬輸入并將結果存儲在六個整數(shù)變量（S0，S1，S2，S3，S4和S5）中。然后，在六個“如果”條件下檢查提供更多電壓的傳感器。它是具有最高太陽光的光敏電阻。這些條件會根據(jù)太陽的位置旋轉伺服電機。MCU的編程非常簡單。您必須在Arduino IDE中輸入草圖，如下所示：圖8。六個角度（0°，36°，72°，108°，144°，180°）的參數(shù)通過線性曲線計算得出，如圖9所示，并具有以下公式：

y（x）= 9.444444 * x + 800

使用此公式，您可以找到任意長度的脈沖（以微秒為單位），從而獲得所需的角度。

表1：脈沖的角度和相對持續(xù)時間

圖8：Arduino IDE

圖9：伺服角度的曲線擬合

應用領域

以下是一些實用且有用的應用程序：

?使太陽能電池板朝向太陽以獲得最大能量；

?使植物或花朵朝向太陽，以獲取最大的光線。

對于大型物體，可以在功率電路中使用功能強大的伺服器。草圖可以根據(jù)自己的需要進行修改和更改。如果您不想構建PCB，則可以將Arduino Uno與面包板一起使用，在其上可以安裝光敏電阻和電阻器（請參見圖10）。ATmega328P的工作溫度在-55°C至+ 125°C之間。盡管該范圍很寬，但它是放置陰影MCU的理想選擇，尤其是在非常溫暖的國家/地區(qū)。

圖10：太陽能跟蹤器的Arduino實現(xiàn)

結論

這個項目是非常通用的。用戶可以根據(jù)自己的需要進行更改。人們應該始終使用太陽能，因為它清潔，自由且充足。另外，為電路供電的能量應取自由太陽能電池板充電的電池，以避免電費支出。

編輯：hfy