太陽能跟蹤器是一種自動化設備，用于定向對象(例如太陽能電池板)，有利地關注太陽光線，從而有利于增加能源設備的有效產量。一種類型的太陽能跟蹤器是定日鏡。該原型希望通過市場上容易獲得的組件提供創建簡單太陽能跟蹤器的專業知識，并成為未來發展的指南。使用的電子元件的尺寸適合處理小型電機。為了支持大型物體，還需要實現電源電路。

目標!

該電路旨在為相關對象提供盡可能朝向太陽的位置。由于地球自轉的影響，太陽的相對位置會發生變化，因此需要運動控制系統將物體自動定位在太陽前方。該電路由一些光敏電阻和一個伺服電機組成。ATmega328 管理系統邏輯。MCU 測量六個光傳感器的電壓(通過六個模擬輸入端口)并將電機移動到正確的位置。

光檢測器

由于 ATmega328 MCU 有六個 ADC 輸入，因此該電路包含六個光傳感器。它們以光敏電阻為代表，連接到六個固定電阻，作為電壓的除數。光敏電阻的值必須相同。根據太陽的角度，它們必須以 180 度的總角距離定位和定向，從東到西。一個傳感器與下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的，重要的是除數的固定電阻的值也相同。光敏電阻的值必須用太陽光來測量。如圖2所示，光敏電阻在除數的熱端;固定電阻接地。信號(輸出)在中心節點上。讓我們看一下圖 2。在此示例中，太陽主要指向第四個光傳感器。如果所有傳感器具有相同的特性并且所有電阻具有相同的值，則第四除數將最高電壓提供給微控制器。根據這個事實，它將決定舵機的位置。這里使用的光敏電阻具有以下值：

? 在黑暗中：7MΩ

? 環境光下：15kΩ

? 被太陽照亮：400 Ω

顯然，您可以使用任何光敏電阻。

圖 2：分壓器

伺服

伺服系統用于自動化系統，并允許通過與 MCU 邏輯端口的單個連接來實現精確的角運動。該組件非常適合需要受控旋轉的項目。幾乎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。它可以在大約180°的角度工作。它以 1.5ms 脈沖移動至 0°，以 2ms 脈沖移動至 90°，以 1ms 脈沖移動至 -90°(如圖 3所示)。高脈沖的寬度決定了伺服電機的角度。By appropriately choosing different values, between a minimum and a maximum, it is possible to orient the servo to any allowed direction. 伺服可以移動一個小太陽能電池板或一個小花盆。為此，您必須構建一個能夠包含這些對象的結構。

圖3：本項目中使用的Servo

電氣原理圖

電氣原理圖(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實現電壓除數。電阻器的值必須與被太陽照射的光敏電阻器的值大致相同。最開明的除數將提供最高電壓，并且固件將知道跟隨太陽將伺服旋轉到指定角度。

圖 4：電氣原理圖

印刷電路板

PCB的創建不會出現問題。其尺寸為 115 mm x 65 mm(圖 5)。它的實現非常容易。雖然存在許多連接，但它是單層 PCB。走線的厚度足以滿足電路的低電流。它可以通過轉移鉛筆、光刻或壓剝板生產。

圖 5：PCB

安裝組件

對于電路的組裝(請看圖 6)，您必須以低剖面安裝組件，如電阻器和陶瓷電容器。然后你可以放置最大的組件。如您所見，光敏電阻的角度不一樣。它們旋轉了 36°，因為一個傳感器與下一個傳感器之間的角距離必須為 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

組件列表

C1 = 陶瓷電容 22pF

C2 = 陶瓷電容 22pF

C3 = 聚酯電容 100nF

C4 = 電解電容 100uF

J1 = PCB 2 針頭，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 390 Ω

R2 = 電阻 390 Ω

R3 = 電阻 390 Ω

R4 = 電阻 390 Ω

R5 = 電阻 390 Ω

R6 = 電阻 390 Ω

U1 = ATMEGA328_PDIP28 MCU

Y1 = 16 MHz 晶振

固件

固件不是關鍵的，不使用任何庫進行伺服管理。脈沖由 MCU 數字端口的快速換向產生。這種換向由 UDF“servo()”執行，它接受脈沖的長度(以微秒為單位)作為參數。函數“setup()”將端口 9 配置為數字輸出，用戶可以更改它。函數“loop()”每秒執行一次，程序讀取六個模擬輸入并將結果存儲在六個整數變量(S0、S1、S2、S3、S4 和 S5)中。然后，六個“if”條件檢查提供更多電壓的傳感器。它是來自太陽的最高光的光敏電阻。這些條件根據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 中鍵入草圖，如圖所示圖 8。6個角度(0°、36°、72°、108°、144°、180°)的參數通過線性曲線計算，如圖9所示，公式如下：

y(x) = 9.444444*x + 800

使用此公式，您可以在微秒內找到任何長度的脈沖，從而獲得所需的角度。

表 1：脈沖的角度和相對持續時間

圖 8：Arduino IDE

圖 9：伺服角度的曲線擬合

應用

一些實際和有用的應用程序如下：

? 將太陽能電池板朝向太陽，以獲得最大能量;

? 將植物或花朵朝向太陽，以捕捉最多的光線。

對于大型物體，可以使用帶有電源電路的強大伺服。草圖可以根據自己的需要進行修改和更改。如果您不想構建 PCB，您可以使用帶有面包板的 Arduino Uno，您可以在其上安裝光敏電阻器和電阻器(參見圖 10)。ATmega328P 的工作溫度在-55°C 到+125°C 之間。雖然這個范圍很寬，但是將MCU 置于陰影處是一個不錯的選擇，尤其是在非常溫暖的國家。

圖 10：太陽能軌道的 Arduino 實現

結論

這個項目非常通用。用戶可以根據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、免費和豐富。此外，為電路供電的能量應從太陽能電池板充電的電池中獲取，以避免電費開支。

審核編輯：湯梓紅