基于ATmega328 MCU的太陽能跟蹤器電路設(shè)計(jì)

太陽能跟蹤器是一種自動(dòng)化設(shè)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(shè)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(shí)，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(dòng)機(jī)。為了支撐大型物體，還必須實(shí)現(xiàn)電源電路。

目標(biāo)！

電路設(shè)計(jì)為盡可能使相關(guān)物體朝向太陽。由于太陽的相對(duì)位置由于地球自轉(zhuǎn)的影響而發(fā)生變化，因此需要一種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)來將物體自動(dòng)定位在太陽的前面。該電路由一些光敏電阻和一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)組成。ATmega328管理系統(tǒng)邏輯。MCU測量六個(gè)光傳感器的電壓（通過六個(gè)模擬輸入端口），并將電動(dòng)機(jī)移至正確的位置。

光的探測器

由于ATmega328 MCU具有六個(gè)ADC輸入，因此電路包含六個(gè)光傳感器。它們由連接到六個(gè)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(gè)傳感器與另一個(gè)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(gè)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(yīng)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(cè)。固定電阻接地。信號(hào)（輸出）在中央節(jié)點(diǎn)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(gè)除數(shù)會(huì)向微控制器提供最高電壓。根據(jù)這個(gè)事實(shí)，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(dòng)化系統(tǒng)，并通過與MCU邏輯端口的單一連接即可實(shí)現(xiàn)精確的角度運(yùn)動(dòng)。該組件是需要旋轉(zhuǎn)控制的項(xiàng)目的理想選擇?？梢栽谌魏慰梢哉业?V電源的地方添加它們。脈沖信號(hào)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(jī)的角度。通過適當(dāng)?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(dòng)一個(gè)小的太陽能電池板或一個(gè)小的花盆。為此，您必須構(gòu)建一個(gè)能夠包含這些對(duì)象的結(jié)構(gòu)。

圖3：該項(xiàng)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(gè)光敏電阻和相對(duì)固定的電阻器實(shí)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(zhuǎn)到指定角度。

圖4：電氣原理圖

印刷電路板

創(chuàng)建PCB不會(huì)出現(xiàn)問題。其尺寸為115毫米x 65毫米（圖5）。它的實(shí)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(zhuǎn)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(duì)于電路的組裝（請(qǐng)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(zhuǎn)36°，因?yàn)橐粋€(gè)傳感器與下一個(gè)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(yù)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(jìn)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(gè)模擬輸入并將結(jié)果存儲(chǔ)在六個(gè)整數(shù)變量（S0，S1，S2，S3，S4和S5）中。然后，在六個(gè)“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(huì)根據(jù)太陽的位置旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)。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(gè)角度（0°，36°，72°，108°，144°，180°）的參數(shù)通過線性曲線計(jì)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(duì)持續(xù)時(shí)間

圖8：Arduino IDE

圖9：伺服角度的曲線擬合

應(yīng)用領(lǐng)域

以下是一些實(shí)用且有用的應(yīng)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(duì)于大型物體，可以在功率電路中使用功能強(qiáng)大的伺服器。草圖可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行修改和更改。如果您不想構(gòu)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(qǐng)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(shí)現(xiàn)

結(jié)論

這個(gè)項(xiàng)目是非常通用的。用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行更改。人們應(yīng)該始終使用太陽能，因?yàn)樗鍧?，自由且充足。另外，為電路供電的能量?yīng)取自由太陽能電池板充電的電池，以避免電費(fèi)支出。

編輯：hfy