基于單片機(jī)的便攜太陽能光伏系統(tǒng)研究

基于單片機(jī)的便攜太陽能光伏系統(tǒng)研究目錄TOC\o"1-3"\h\u1引言 12總體方案設(shè)計 13系統(tǒng)硬件的設(shè)計 23.1電路部分 23.1.1主控制器的選擇 23.1.2STC89C52RC最小系統(tǒng)電路 33.1.3減速電機(jī) 63.1.4直流穩(wěn)壓電源 73.1.5光敏電阻傳感器 73.1.6限位器 83.1.7按鍵電路 83.2機(jī)器部分 93.2.1追蹤方式的選擇 93.2.2亞克力板的切割與組裝 103.2.3光敏電阻的安裝 114系統(tǒng)程序設(shè)計 124.1主程序設(shè)計 124.2子程序設(shè)計 145系統(tǒng)調(diào)試 145.1各功能模塊調(diào)試 145.2系統(tǒng)功能調(diào)試 156結(jié)論與展望 15參考文獻(xiàn) 16致謝 17摘.要：本系統(tǒng)利用傳統(tǒng)的STC89C52RC單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的控制核心，光敏電阻負(fù)責(zé)采集外部的光信號，然后通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將其模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，發(fā)送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)比較。單片機(jī)輸出控制信號通過繼電器控制減速電機(jī)的轉(zhuǎn)動，直到太陽能面板垂直面對光源為止，這樣就達(dá)到了自動追蹤光源的目的。本系統(tǒng)實現(xiàn)了有效追蹤太陽光光源，提高了光伏電池的光-電轉(zhuǎn)換效率。關(guān)鍵詞：STC89C52RC；光敏電阻；減速電機(jī)；自動追蹤1引言由于礦物資源過度開采使用，石油、煤炭等不可再生資源現(xiàn)今儲量告急。在眾多可再生能源中，光伏發(fā)電技術(shù)成為發(fā)展的主流方向之一。開發(fā)太陽能等可再生能源，減緩不可再生資源的消耗的同時減少了部分污染物對環(huán)境的污染，緩解能源短缺帶來的壓力，且太陽能作為可再生能源成本最低，經(jīng)濟(jì)實用，對于居民的日常生活也最安全方便。太陽能作為利用前景十分廣闊的清潔能源。然而，由于其太陽光能量密度低、不穩(wěn)定、不易收集等不足，這就導(dǎo)致了太陽光的采集和利用過程中，存在光源的方向、強度都會隨時間的推移而發(fā)生變化。作為能源消耗大國，我國社會的快速發(fā)展也對于能源的需求量和使用量都是十分巨大的，但太陽能的利用率普遍不高，需要尋找一種提高利用率的方法。本文對太陽能光伏追蹤系統(tǒng)進(jìn)行研究，實現(xiàn)太陽能面板始終垂直于太陽光，增大太陽能面板和太陽光的接觸面積，提高其利用率。太陽能光伏追蹤系統(tǒng)是一種利用機(jī)器及電控單元系統(tǒng)，通過調(diào)整太陽能面板的傾斜角度和朝向，實現(xiàn)太陽能面板隨著太陽光的運動軌跡而轉(zhuǎn)動的功能，使太陽光的利用最大程度上優(yōu)化，達(dá)到提高光電轉(zhuǎn)換效率的目的，可以準(zhǔn)確追蹤光源的路徑，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低。2總體方案設(shè)計基于單片機(jī)的便攜太陽能光伏系統(tǒng)使用雙軸追蹤方式，主要包括兩種工作模式：自動控制和手動追蹤。本系統(tǒng)以單片機(jī)作為核心，對太陽光進(jìn)行自動追蹤，以提高光電轉(zhuǎn)換效率。本系統(tǒng)使用STC89C52RC單片機(jī)作為核心控制器，結(jié)合減速電機(jī)、繼電器、光敏電阻傳感器、按鍵電路、直流穩(wěn)壓電源等模塊確保自動追光系統(tǒng)硬件功能的完善和實現(xiàn)，主要實現(xiàn)的功能為四個方位的光敏電阻對光照進(jìn)行采集，然后將數(shù)據(jù)傳入A/D模塊中，單片機(jī)在接收A/D轉(zhuǎn)換模塊生成的數(shù)字信號后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行比較處理，確定太陽光光源的方向后，觸發(fā)電機(jī)繼電器控制減速電機(jī)，帶動太陽能面板轉(zhuǎn)向該方向。另外，系統(tǒng)中格外設(shè)置了限位器，限制減速電機(jī)的運動范圍，提高效率、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的同時防止超出涉及范圍引起的損壞故障。這些模塊共同作用，互相配合，一同完成了基于單片機(jī)的便攜太陽能光伏系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。圖1基于單片機(jī)的便攜太陽能光伏系統(tǒng)整體框圖3系統(tǒng)硬件的設(shè)計3.1電路部分3.1.1主控制器的選擇在整個系統(tǒng)設(shè)計中，單片機(jī)的選擇是十分重要的。本系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)，現(xiàn)在使用較為普遍的單片機(jī)是51系列單片機(jī)，其成本低，性價比高，具有集成程度高、體積小、功耗低、擴(kuò)展容易、使用方便、性能可靠等優(yōu)點REF_Ref15873\r\h[1]。但是，它的不足是容量受到限制，數(shù)據(jù)處理較弱。與32系列單片機(jī)相比，由于本次系統(tǒng)設(shè)計功能有限，且51系列單片機(jī)簡單易學(xué)，學(xué)習(xí)資料豐富，查找學(xué)習(xí)十分方便，具有較高的通用性REF_Ref15873\r\h[1]。ST89C52是一款低功耗、高性能的8位COMS單片機(jī)，片內(nèi)內(nèi)置8k位BytesISP(系統(tǒng)內(nèi)可編程)的Flash只讀程序存儲器，可重復(fù)寫入10000次，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，與標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)和80C51引腳結(jié)構(gòu)相兼容，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，功能強大的微型計算機(jī)的ST89C52可作為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案REF_Ref16409\r\h[2]。綜上，STC89C52RC單片機(jī)的功能研究完全能夠?qū)崿F(xiàn)本系統(tǒng)設(shè)計的要求。STC89C52RC是一個具備了總線擴(kuò)展能力的單片機(jī)芯片，其封裝形式為PDIP40。正如圖2展示的那樣，這個封裝設(shè)計非常緊湊，使得它在需要時能夠輕松擴(kuò)展。該單片機(jī)的PDIP40封裝由40個精密布局的引腳組成，每一個都有其獨特的功能和用途。其中單片機(jī)的基礎(chǔ)引腳設(shè)計包括電源引腳40和20保障單片機(jī)正常運轉(zhuǎn)工作；引腳18和19則是接入晶體振蕩器，作為時鐘電路的重要組成部分；引腳9接復(fù)位電路，下節(jié)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路有具體外圍電路設(shè)計。圖2STC89C52RC的引腳圖3.1.2STC89C52RC最小系統(tǒng)電路STC89C52RC是整個太陽能光伏追蹤系統(tǒng)的控制核心。圖3展示的是STC89C52RC單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖，它是構(gòu)成任何單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。這個最小系統(tǒng)要求我們僅使用必要的元件來構(gòu)建一個能夠運行的單片機(jī)環(huán)境，確保整個系統(tǒng)的可靠性和性能。STC89C52RC單片機(jī)的這一設(shè)計理念旨在簡化電路結(jié)構(gòu)，同時不犧牲其功能完整性。在這個系統(tǒng)中，電源電路起著至關(guān)重要的作用，它不僅提供了穩(wěn)定的電源供給，還保證了單片機(jī)在各種工作條件下都能持續(xù)正常運行。時鐘電路則負(fù)責(zé)精確地控制和管理系統(tǒng)內(nèi)所有指令處理的周期時間，確保指令按照預(yù)定的順序被執(zhí)行，從而提高整體系統(tǒng)的效率。復(fù)位電路則在遇到軟件或硬件故障時，允許系統(tǒng)自動恢復(fù)到初始的可操作狀態(tài)，確保數(shù)據(jù)和程序的安全性。圖3STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖單片機(jī)在處理各種指令時遵循著一套嚴(yán)格的規(guī)則，這套規(guī)則建立在單片機(jī)時鐘電路的基礎(chǔ)之上。如果沒有精確的時鐘電路，單片機(jī)的正常運行將會變得異常艱難，因為它需要精確的時鐘信號來確保各個組件按照預(yù)定的時間順序進(jìn)行操作，這樣才能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，從而確保系統(tǒng)的高效運行。圖4為STC89C52RC最小系統(tǒng)的時鐘電路。時鐘電路可以保證整個系統(tǒng)按照一定的時間序列執(zhí)行相應(yīng)的操作，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可靠傳輸和處理。最小系統(tǒng)的電路中使用的是11.0592MHz的晶振，分別接在單片機(jī)的18腳，19腳，晶振是一種具有振蕩頻率的電子器件，主要用于為單片機(jī)提供用于執(zhí)行指令的信號脈沖。此外，為了進(jìn)一步增強時鐘電路的工作效率和穩(wěn)定性，時鐘電路中設(shè)計了兩個30PF電容協(xié)助晶振起振及維持振蕩信號穩(wěn)定，它們共同生成了穩(wěn)定的時鐘信號，使單片機(jī)能夠準(zhǔn)確地執(zhí)行指令。圖4時鐘電路單片機(jī)的復(fù)位電路，就是可以讓電路恢復(fù)初始狀態(tài)的一種特殊電路，它的存在不僅僅是為了確保電路在重新上電后能夠迅速啟動和正常運行。實際上，復(fù)位電路的設(shè)計和實現(xiàn)是為了讓系統(tǒng)在遇到意外斷電、軟件錯誤或其他問題時，能夠自動恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在實際應(yīng)用中，單片機(jī)上電后，通常需要進(jìn)行一系列初始化操作，以確保其正確配置并準(zhǔn)備好投入使用。這些操作可以由專業(yè)的編程軟件如Keil4來完成。通過這種軟件，開發(fā)者可以設(shè)置必要的參數(shù)，包括復(fù)位時間、延時復(fù)位信號等，以達(dá)到預(yù)設(shè)的復(fù)位條件。圖5展示了一個典型的STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的示意圖。在這個電路中，引腳9被用作復(fù)位的信號引腳，只需向該引腳提供一個高電平信號，并保持一段時間，就可以觸發(fā)復(fù)位過程。在軟件調(diào)試的過程中，會出現(xiàn)程序跑飛的情況，導(dǎo)致系統(tǒng)無法響應(yīng)，利用復(fù)位電路使單片機(jī)恢復(fù)起始狀態(tài)在這個時候顯得尤為重要。按下復(fù)位按鈕后，使單片機(jī)的復(fù)位引腳在高電平狀態(tài)保持兩微秒以上，就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位REF_Ref17042\r\h[3]。這個機(jī)制的實現(xiàn)依賴于電容器的充放電原理。當(dāng)復(fù)位按鈕被按下時，電容兩端就被短路，這迫使電容開始放電。隨著電容電壓逐漸減小，電阻電壓也被拉高，從而使復(fù)位腳保持高電平狀態(tài)，如果放電過程持續(xù)超過兩微秒，就可以實現(xiàn)系統(tǒng)自動復(fù)位，無需長時間按下按鈕REF_Ref17042\r\h[3]。圖5復(fù)位電路3.1.3減速電機(jī)本系統(tǒng)采用JGY370減速電機(jī)，由外部穩(wěn)壓直流電源供電24V。與步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行比較，該電機(jī)具有許多顯著優(yōu)點，減速電機(jī)減速比大，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，運行穩(wěn)定可靠；具有較高的功率因數(shù)和效率，能夠保證工作負(fù)載的情況下降低能耗，減少電力損失，從而節(jié)約成本；體積小巧，結(jié)構(gòu)簡單，此外減速電機(jī)輔助軸承可以更好地支撐太陽能面板穩(wěn)定轉(zhuǎn)動。圖6是JGY370減速電機(jī)及其繼電器的控制電路圖。減速電機(jī)的控制較為簡單，輔助繼電器就可以完成正反轉(zhuǎn)的功能需求。圖6減速電機(jī)控制電路由減速電機(jī)的電路圖可以看出，本系統(tǒng)使用的減速電機(jī)靠外接繼電器來進(jìn)行控制在運行過程中的正反轉(zhuǎn)。其中W1和W2通過接線到單片機(jī)最小系統(tǒng)板對應(yīng)引腳上，由于繼電器內(nèi)部設(shè)置了PNP三極管，默認(rèn)W1、W2都輸出高電平，減速電機(jī)未通電不轉(zhuǎn)；當(dāng)W1低電平，W2高電平時，繼電器線圈在K1側(cè)得電，其常開觸點吸合，電機(jī)M1接通電源開始正向轉(zhuǎn)動；當(dāng)W2低電平，W1高電平時，繼電器線圈在K2側(cè)得電，電機(jī)M1反接電源開始反向轉(zhuǎn)動。電路中的D1、D2、D3起到續(xù)流保護(hù)作用。該模塊由單片機(jī)輸出控制信號通過繼電器來對減速電機(jī)進(jìn)行控制。3.1.4直流穩(wěn)壓電源本系統(tǒng)使用直流穩(wěn)壓電源為STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)板和JGY370減速電機(jī)供電，尤其是在電子設(shè)備中，穩(wěn)定的電壓供應(yīng)對于保證設(shè)備的可靠性和性能至關(guān)重要，可以保護(hù)電路，防止過壓、過流等異常情況。本系統(tǒng)使用直流穩(wěn)壓電源可以增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性，直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部電路的設(shè)計，使其能夠輸出穩(wěn)定的電壓和電流，避免由于電網(wǎng)中電壓的劇烈波動或因負(fù)載的變化而引起的電壓和電流異常，確保了用電設(shè)備可以在一個穩(wěn)定的環(huán)境下可靠地運行；直流穩(wěn)壓電源通常采用高效的電子元器件和開關(guān)電源控制技術(shù)，具有高效功率轉(zhuǎn)換效率，且這意味著在轉(zhuǎn)換電能的過程中，能量損失較少，有利于節(jié)約能源，降低消耗，符合太陽能光伏追蹤系統(tǒng)節(jié)能減排，綠色環(huán)保的設(shè)計理念；直流穩(wěn)壓電源輸出的電流和電壓波動范圍較小，因此其產(chǎn)生的噪聲也相對較低，有助于減少對其它設(shè)備的干擾，保持整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。綜上所述，本系統(tǒng)選擇直流穩(wěn)壓電源分別為供減速電機(jī)24V和單片機(jī)最小系統(tǒng)板5V。3.1.5光敏電阻傳感器光敏電阻傳感器是本次系統(tǒng)設(shè)計中極其重要的一環(huán)。光敏電阻傳感器是基于光敏電阻對光的靈敏特性來進(jìn)行對光線的檢測，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感器。本系統(tǒng)設(shè)計中用到了4個光敏電阻，分別對應(yīng)東、南、西、北四個方位REF_Ref17359\r\h[4]。光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)，當(dāng)環(huán)境光線強度下降到設(shè)定值以下時，光敏電阻的阻值會增加，這種變化通過電路轉(zhuǎn)換為電信號REF_Ref17444\r\h[5]。本系統(tǒng)選擇的LM393光敏電阻傳感器模塊中，不僅光敏傳感探頭可以靈敏地接收太陽光，其中包含的LM393電壓比較器芯片可以捕捉到電路中光敏電阻在太陽光下產(chǎn)生的電信號變化，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。圖7為光敏電阻傳感電路圖。該光敏電阻傳感器采用LM393作為電壓比較器芯片，A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換的核心，具有信號干凈，驅(qū)動能力強等諸多優(yōu)點。該模塊在環(huán)境光線亮度達(dá)不到設(shè)定閾值時，DO端輸出高電平，當(dāng)外界環(huán)境光線亮度超過設(shè)定閾值時，DO端輸出低電平REF_Ref17519\r\h[6]。其中，DO輸出端可用與STC89C52RC單片機(jī)引腳直接相連，通過單片機(jī)來檢測高低電平，由此來檢測電機(jī)是否帶動太陽能面板垂直對準(zhǔn)太陽光光源。圖7光敏電阻傳感器電路圖3.1.6限位器限位器是一種廣泛應(yīng)用于機(jī)器設(shè)備中的安全裝置，主要用于限制運動部件的行程，以保護(hù)設(shè)備和人員的安全。本系統(tǒng)使用拆機(jī)帶線微動開關(guān)作為限位器來限制太陽能面板的旋轉(zhuǎn)范圍。拆機(jī)帶線微動開關(guān)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，觸點間的間隙極小，這意味著在操作過程中，它能夠快速傳遞作用力并實現(xiàn)高精度的開關(guān)響應(yīng)。其次，由于其高質(zhì)量的設(shè)計和制造，拆機(jī)帶線微動開關(guān)的使用壽命較長，這些開關(guān)能夠承受頻繁的操作而且不易損壞，這降低了維護(hù)成本，并提高了設(shè)備的整體可靠性。此外，拆機(jī)帶線微動開關(guān)帶有導(dǎo)線，可以方便地連接到電路中。3.1.7按鍵電路系統(tǒng)的手動模塊選擇使用按鍵電路來完成。按鍵電路通常具有穩(wěn)定的電氣性能，可以確保電路的正常運行，通過控制對應(yīng)I/O口的高低電平來改變減速電機(jī)的工作狀態(tài)，按鍵電路能夠?qū)崿F(xiàn)精確的控制，從而確保設(shè)備的安全性和可靠性；按鍵電路可以讓用戶通過按下或松開按鈕來實現(xiàn)對減速電機(jī)的控制，這種操作方式簡單直觀，不需要復(fù)雜的編程或調(diào)試，方便用戶快速上手。鑒于系統(tǒng)中所需操作的按鍵相對較少，所以可以使用獨立按鍵來進(jìn)行控制模式的選擇以及手動模塊系統(tǒng)的運行，其電路簡單，操作也較為方便，單片機(jī)通過判斷按鍵對應(yīng)引腳的高低電平，就可以進(jìn)行對電機(jī)狀態(tài)的控制。圖8是按鍵電路的電路圖，當(dāng)按鍵按下，電機(jī)就會按照要求轉(zhuǎn)動。圖8按鍵電路電路圖3.2機(jī)器部分3.2.1追蹤方式的選擇太陽能光伏追蹤系統(tǒng)主要分為單軸和雙軸兩種類型。單軸跟蹤器只能實現(xiàn)東西方向的太陽能追蹤，在一個點上旋轉(zhuǎn)，適用于較少安裝空間的應(yīng)用場景。雙軸追蹤器則能夠提供更全面的追蹤效果，確保集中太陽光全天以高精度地聚焦在太陽能面板上，從而提供恒定的功率輸出REF_Ref18287\r\h[7-REF_Ref18303\r\h9]。本系統(tǒng)選用軸承51106和6004，軸承不僅為傳動系統(tǒng)提供了必要的支撐，還有效地減少了運動過程中產(chǎn)生的摩擦和磨損，從而保證了機(jī)械系統(tǒng)的高效運行和長久耐用。在雙軸系統(tǒng)中，軸承為其提高效率減少摩擦和損耗，實現(xiàn)了高精度，支撐轉(zhuǎn)動件在軸上，確保轉(zhuǎn)動件平穩(wěn)高效地旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性也顯著提高，這使軸承成為機(jī)器轉(zhuǎn)動和支撐系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵部件。圖9為軸承51106實物圖和圖10為軸承6004的實物圖。圖9軸承51106圖10軸承60043.2.2亞克力板的切割與組裝本系統(tǒng)使用亞克力切割板固定減速電機(jī)、軸承、太陽能面板、光面電阻傳感器、限位器等。圖11為亞克力板的整體設(shè)計圖。在設(shè)計圖紙時，要考慮太陽能面板旋轉(zhuǎn)角范圍及整個系統(tǒng)各個模塊的承重，測量減速電機(jī)大小、光伏板的尺寸、軸承內(nèi)直徑、外直徑和厚度。根據(jù)系統(tǒng)的元件尺寸設(shè)計出亞克力板的切割圖形，并根據(jù)系統(tǒng)承重情況選擇合適的厚度。其次需要切割一段膠棒用于系統(tǒng)上下部分連接，膠棒的尺寸也要根據(jù)系統(tǒng)的整體設(shè)計來進(jìn)行測量切割。圖11亞克力板整體設(shè)計在亞克力板達(dá)標(biāo)完成后，通過定點描點，鉆孔機(jī)打孔，用螺絲釘和固定塊對亞克力板進(jìn)行拼接。實物圖如圖12所示。圖12亞克力板組裝部分實物圖3.2.3光敏電阻的安裝光敏電阻傳感器的實物安裝平面設(shè)計圖如圖13所示，該設(shè)計實物為柱體，并用黑色不透光硬紙片將其劃分為四個區(qū)域。四個光敏電阻分別感應(yīng)東、南、西、北四個方向的太陽光，在安裝光敏電阻傳感器固定件時，必須保證柱體垂直于太陽能面板，確保光敏電阻傳感器準(zhǔn)確接收光信號，其中光敏傳感探頭固定在中心的橢圓形區(qū)域。圖13光敏電阻安裝平面設(shè)計圖4系統(tǒng)程序設(shè)計4.1主程序設(shè)計主程序運行流程圖如圖14所示。在單片機(jī)上電后，對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作，即把內(nèi)部數(shù)據(jù)及電機(jī)狀態(tài)都進(jìn)行初始化。單片機(jī)在接收到外部輸入的光敏電阻傳感器模塊的數(shù)字信號后，通過判斷模式控制位的高低電平，分辨當(dāng)前模式處于手動模式或者自動控制模式來進(jìn)行下一步操作，由于本系統(tǒng)實現(xiàn)的是太陽能光伏系統(tǒng)自動追光，所以把自動模式部分作為系統(tǒng)的主程序，手動模式部分作為系統(tǒng)的子程序進(jìn)行輔助。若當(dāng)前模式為自動模式，單片機(jī)通過檢測按鍵電路的I/O口的高低電平來控制減速電機(jī)，首先要檢測四個光敏電阻對應(yīng)I/O口的高低電平，由上述器件介紹中，我們知道光敏電阻在環(huán)境光線亮度達(dá)不到設(shè)定閾值時，DO端輸出高電平，當(dāng)外界環(huán)境光線亮度超過設(shè)定閾值時，DO端輸出低電平REF_Ref17519\r\h[6]。那么若P1_0~P1_3都為高電平，則證明太陽能面板處于背對光源的情況，這時候設(shè)定需要控制東、西方向的減速電機(jī)M1先向東轉(zhuǎn)動來尋找光源，若在旋轉(zhuǎn)過程中觸碰到控制東、西旋轉(zhuǎn)范圍的限位器SW1，則控制減速電機(jī)M1進(jìn)行反轉(zhuǎn)尋找光源；若在旋轉(zhuǎn)過程中未碰到限位器，順利找到東、西方向的光源，那么返回判定P1_0~P1_3是否全為高電平的模塊，進(jìn)行再次判斷。若P1_0~P1_3不全都是高電平，則需要分類討論各個情況，首先討論東、西方向的傳感器輸入端口P1_0和P1_1的高低電平。若P1_0為低電平，P1_1為高電平時，控制減速電機(jī)M1向東轉(zhuǎn)；若P1_1為低電平，P1_0為高電平時，控制減速電機(jī)M1向西轉(zhuǎn)；若P1_0和P1_1均為高電平，則進(jìn)入討論南北方向的高低電平。其中減速電機(jī)M1觸碰到限位器SW1，則進(jìn)行反轉(zhuǎn)尋找光源。其次討論南、北方向上的傳感器輸入端口P1_2和P1_3的高低電平，若P1_2為低電平，P1_3為高電平時，則控制南、北方向的減速電機(jī)M2向南轉(zhuǎn)；若P1_3為低電平，P1_2為高電平時，控制減速電機(jī)M2向北轉(zhuǎn)；若P1_2和P1_3均為高電平，則重新進(jìn)入主程序判斷循環(huán)。其中減速電機(jī)M2觸碰到限位器SW2，則進(jìn)行反轉(zhuǎn)尋找光源。根據(jù)光敏電阻傳感器的器件特性可以總結(jié)為，當(dāng)某個引腳端口為低電平時，則控制減速電機(jī)向其對應(yīng)方向轉(zhuǎn)動。圖14主程序流程圖4.2子程序設(shè)計手動控制由按鍵電路來完成。主要作用為設(shè)計東、南、西、北四個方向?qū)?yīng)的獨立按鍵作為主要信號輸入，當(dāng)方向按鍵按下，則減速電機(jī)帶動太陽能面板朝向?qū)?yīng)的方向轉(zhuǎn)動，當(dāng)按鍵松開，則電機(jī)停止運動。圖15為按鍵電路子程序的流程圖。圖15子程序流程圖5系統(tǒng)調(diào)試5.1各功能模塊調(diào)試調(diào)試光敏電阻傳感器的滑動變阻器，根據(jù)手電筒模擬電源，調(diào)試滑阻，使光敏電阻可以靈敏感應(yīng)太陽光。當(dāng)光敏電阻傳感器只對垂直于光源的情況輸出低電平，對側(cè)方位光源及周邊環(huán)境光源不感應(yīng)，調(diào)試成功。調(diào)試減速電機(jī)，將直流電源接到減速電機(jī)的電源線上，分別正反接線，檢測電機(jī)是否正常進(jìn)行正反轉(zhuǎn)。減速電機(jī)能夠通過正反接電源實現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，調(diào)試成功。檢查STC89C52RC最小系統(tǒng)板。在焊接好最小系統(tǒng)板后，應(yīng)先用萬用表調(diào)至通斷檔，檢查電路是否虛焊。檢測電路焊接沒有問題后，將最小系統(tǒng)板通電后，將萬用表調(diào)制電壓檔，單片機(jī)的VCC接紅表筆，單片機(jī)的GND接黑表筆，萬用表顯示為5.18V，單片機(jī)供電正常。其次，單片機(jī)的RST引腳接紅表筆，單片機(jī)的GND接黑表筆，萬用表顯示為0V,檢測得復(fù)位電路正常。最后單片機(jī)的ALE引腳接紅表筆，單片機(jī)的GND接黑表筆，萬用表顯示為1.78V，檢測得時鐘電路正常。5.2系統(tǒng)功能調(diào)試將實物放于空曠無遮擋處進(jìn)行實驗，將實驗組別分為自動追光、垂直對光、未完全追光、遮擋光源四種情況，對太陽能光伏板進(jìn)行電壓測量。其中未完全追光由于數(shù)據(jù)較多，選擇其中兩組進(jìn)行討論。垂直對光情況的實現(xiàn)利用銀針垂直立于太陽能面板，當(dāng)面板在光源下時，銀針的投影集于針腳正下方一點，則實現(xiàn)太陽能面板垂直于光源。根據(jù)表1可知，當(dāng)太陽能光伏電池正對太陽光時，兩端電壓增大；反之，若太陽能光伏電池背光，則兩端電壓減小。實驗得，本系統(tǒng)可以基本自動追光，但對垂直對準(zhǔn)光源這一功能實現(xiàn)仍具有一定偏差。表1采集對象的具體數(shù)據(jù)時間8：3011.0012：3013：3014：3016：3017：30自動追光5.866.786.816.826.676.786.50垂直對光5.956.896.967.046.936.906.63未追光15.476.456.656.566.706.666.40未追光25.306.326.436.426.466.526.30遮光0.841.040.760.830.840.900.496結(jié)論與展望本系統(tǒng)通過簡單器件，設(shè)計并制作太陽能光伏追蹤系統(tǒng)。主要優(yōu)點在于設(shè)計簡單，器件價格便宜。缺點是實現(xiàn)功能較為簡單，精度不高。隨著生產(chǎn)成本的降低和市場規(guī)模的擴(kuò)大，太陽能光伏追蹤系統(tǒng)有望在未來得到更廣泛的應(yīng)用。這不僅有助于推動可再生能源領(lǐng)域的發(fā)展，還有助于緩解能源危機(jī)和保護(hù)環(huán)境。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用需求的提升，未來可以進(jìn)一步優(yōu)化該太陽能光伏追蹤系統(tǒng)的設(shè)計，提高其性能和功能。參考文獻(xiàn)王濤.基于AT89C51型單片機(jī)光伏控制器的研究[J].寧夏電力,2023(S1):6-9.薛均義,張彥斌.《MCS-516系列單片微型計算機(jī)及應(yīng)用》[M].西安交通大學(xué)出版社,1999中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會組編.《單片機(jī)原理與應(yīng)用》.機(jī)械工業(yè)出版社.2001盧文,孫亞軍.基于光敏電阻的太陽自動追蹤系統(tǒng)[J].價值工程,2022,41(26):136-138.劉景艷,李玉東,楊曉邦.基于ARM的太陽自動跟蹤雙模糊控制系統(tǒng)[J].計算機(jī)測量與