基于单片机的双轴太阳能跟踪系统设计
太阳能板双轴跟踪系统设计
太阳能双轴自动跟踪系统卢志辉，梁剑龙，杨英勃，许成炜，陈华滨（华南农业大学工程学院，广东广州 510642）摘要：太阳能是一种情结无污染的能源，但目前的利用效率较低。
通过单片机控制的太阳能自动跟踪系统可以使太阳能板始终与阳光垂直，最大化利用太阳能。
关键词：太阳能；自动跟踪；单片机太阳能作为一种清洁无污染的能源，开发前景十分广阔。
然而。
他存在着间隙性光照方向强度随时间不断变化的问题，这就对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求。
目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的，不能充分利用太阳能资源，发电效率低下。
据试验，在太阳能发电中，相同条件下，采用自动跟踪系统发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%，成本下降25%。
因此，在太阳能利用中，使用跟踪系统是很有必要的。
太阳能跟踪系统是近年来的研究热点。
目前已有多种太阳能自动跟踪装置。
但现有的一维太阳能跟踪装置存在着跟踪精度不高、累积误差大、易受光线干扰、自身功耗大等问题。
本项目是一种基于单片机的太阳能双轴自动跟踪系统，即一个垂直方向轴，用来跟踪太阳方位角，一个水平方向轴，用来跟踪太阳高度角，双轴自动控制，互不影响。
此系统能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板方向，结构简单、成本低，特别适合天气变化比较负责和无人值守的环境（如装载太阳能供电装置的路灯），有效地提高了太阳能的利用率，有较好的推广应用价值。
1研究内容与方法1.1 太阳跟踪方法---光电跟踪光电跟踪，即根据太阳光的实际变化情况运行控制程序，继而步进电机工作使太阳能板与光线垂直的跟踪方式。
这个方案的核心部分是一圆形的电路板，该板分为九个区域(如右图)。
每个区域内布满光敏电阻，并且每个区域的光敏电阻是并联的。
相邻区域的光敏电阻是相互独立。
该圆形电路板是一封闭装置，只在A区的垂直正上方开一大小适中的小孔，该小孔是光线入射的光孔。
当光线照到任何一个区域时，该区域的总电阻阻值必然会发生显著的变化。
当光探头驱动电路检测到这种变化时，把相应的信号传给单片机，进而使单片机控制上下两电机工作。
基于单片机的太阳能自动跟踪双轴系统设计
ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｒｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｍｏｄｕｌｅꎬ ｔｈｅ ｃｌｏｕｄｙ ｄａｙ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅꎬ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
目前ꎬ生活在藏族高原地区的很多村民仍直接饮
提高太阳能的利用率是当前技术的发展目标ꎬ而
用当地的泉水ꎬ而未经净化的泉水含有多种细菌用
长期饮用会威胁到人体健康ꎮ 基于高原地区阳光资源
该系统可有效解决太阳能的间歇性、低密度、时空偏移
很丰富ꎬ故开发一款便携式太阳能净水器极为必要ꎮ
黑龙江科学
第 １０ 卷 第 ２４ 期
２０１９ 年 １２ 月
ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＳＣＩＥＮＣＥ
Ｖｏｌ １０
Ｄｅｃ ２０１９
基于单片机的太阳能自动跟踪双轴系统设计
扎西顿珠ꎬ袁 超ꎬ胡石峰
( 西藏农牧学院电气工程学院ꎬ西藏 林芝 ８６００００)
摘要: 设计了一种基于 ５１ 单片机的双轴太阳跟踪系统ꎬ以提高太阳能的利用效率ꎮ 该自动控制系统基于 ５１ 单片机为控制核心的
ｒｏｔａｔｅ ｔｈｅ ｂｉａｘｉａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬ ｓｏ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｕｎ ａｌｗａｙｓ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｓ ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ Ｏｎ ｔｈｅ
ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｐａｎｅｌꎬ ｔｈｅ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｓ ｍａｘｉｍｉｚｅｄ
基于单片机的太阳能电池板自动对光跟踪系统
基于单片机的太阳能电池板自动对光跟踪系统一、系统的设计原理太阳能电池板是将太阳能转换为电能的装置，而对光跟踪系统则可以使太阳能电池板在太阳光的照射角度和光强变化时自动调整角度，以保证太阳能电池板能最大程度地吸收太阳能。
本系统的设计原理就是通过单片机控制电机的转动，使太阳能电池板在日常运行中保持与太阳光的最佳垂直角度。
二、系统的制作过程1. 材料准备材料准备包括太阳能电池板、单片机、电机、传感器等。
太阳能电池板是太阳能电池工作的主体，单片机则起到了控制和逻辑运算的作用，电机则是实现对太阳能电池板角度调整的关键部件，传感器则可以检测到太阳的方位和光照强度。
2. 硬件组装首先将太阳能电池板固定在底座上，然后将电机安装在太阳能电池板上，并连接好传感器和单片机。
传感器负责检测太阳的位置和光照强度，单片机接收传感器的数据并进行逻辑判断，从而控制电机的转动来调整太阳能电池板的角度。
3. 软件编程软件编程是整个系统的核心部分。
通过编程，我们可以实现单片机的逻辑判断和控制电机的转动。
单片机通过接收传感器的数据，不断地判断太阳的位置和光照强度，并根据这些数据来控制电机的运动，使太阳能电池板始终保持在最佳的吸收太阳能的角度。
四、系统的性能与优势本系统的性能主要表现在以下几个方面：1. 自动化程度高，无需人工干预。
2. 反应速度快，能够及时调整太阳能电池板的角度。
3. 能够最大程度地吸收太阳能，提高了太阳能电池板的发电效率。
1. 清洁能源，无需外部能源支持。
2. 环保无污染，符合可持续发展的发展理念。
五、系统的应用前景基于单片机的太阳能电池板自动对光跟踪系统适用于各种太阳能设备，如太阳能发电系统、太阳能家用设备等。
该系统能够有效提高太阳能设备的发电效率，减少能源浪费，为推动清洁能源的发展做出了积极贡献。
基于单片机的太阳能电池板自动对光跟踪系统是一种应用前景广泛、性能优越的系统，它将为清洁能源的发展做出积极贡献，成为未来太阳能设备发展的重要方向。
单片机太阳能跟踪系统设计
单片机太阳能跟踪系统设计摘要：本文介绍了一种基于单片机的太阳能跟踪系统的设计。
该系统通过使用光敏传感器和步进电机，能够实时跟踪太阳位置并自动调整太阳能电池板的方向，以最大程度地吸收阳光能量。
文章详细讨论了系统的硬件设计和软件编程，并进行了实验验证系统的有效性与稳定性。
引言：随着可再生能源的发展和应用，太阳能作为一种绿色能源正变得越来越普遍。
而太阳能电池板作为太阳能转换的核心装置，其工作效率直接受到太阳光照强度和入射角度的影响。
因此，设计一种能够实时追踪太阳位置的太阳能跟踪系统，对于提高太阳能电池板的能量转换效率具有重要意义。
1. 系统硬件设计1.1 光敏传感器光敏传感器是实现太阳位置检测的关键模块，其作用是测量光强度并转化为电信号。
在本设计中，采用光敏二极管作为光敏传感器，通过调整电路参数和选用适当的滤光片以提高传感器的灵敏度和稳定性。
1.2 步进电机步进电机是用于控制太阳能电池板偏转角度的执行器。
本设计中，选用具有较高精度和可控性的双相步进电机，通过调节步进电机的脉冲信号和相位控制信号，可以实现对太阳能电池板的精确调整。
1.3 控制电路控制电路是整个系统的核心部分，主要由单片机、驱动电路和电源组成。
单片机作为系统的主控制器，通过接收光敏传感器采集的信号，并经过一系列计算和判断，生成控制信号给步进电机实现调整。
驱动电路负责将单片机输出的信号转化为适合步进电机工作的电流信号，以驱动步进电机。
2. 系统软件编程2.1 信号采集与处理在软件编程阶段，首先需要进行光敏传感器信号的采集与处理。
通过ADC模块采集光敏传感器输出的电压信号，并借助数字滤波算法对其进行滤波和降噪处理，确保获取准确可靠的光强度数据。
2.2 太阳位置计算根据光敏传感器测量到的光强度数据，通过一定的数学模型和算法，可以计算出太阳的位置。
根据太阳位置的变化规律，可以判断出太阳的相对方位和倾角，从而确定太阳能电池板的调整方向。
2.3 步进电机控制根据太阳位置计算的结果，通过单片机输出的脉冲信号和相位控制信号，控制步进电机按照设定的步进角度和方向调整太阳能电池板的位置，使其始终面向太阳。
选-基于单片机的双轴太阳能跟踪系统的设计_王国龙
基于单片机的双轴太阳能跟踪系统的设计王国龙（西南交通大学四川成都611756）摘要：为了解决太阳能工程项目中光伏效率不高的问题，设计了双轴太阳能跟踪装置，该系统采用视日轨迹跟踪方案。
文中着重分析了双轴跟踪的原理及其系统组成，利用光伏元件和STC89C52单片机实现大范围太阳跟踪，液晶显示屏实时显示最佳接收方位角及温湿度。
在光线充足的天气条件下，跟踪装置自动旋转并始终保持太阳光垂直照射在太阳能电池的表面。
在阴雨天或夜间等光线不足的条件下系统停止跟踪太阳转动。
整个系统不需要任何外部电源供电，实现对太阳的高精度跟踪，并且使系统具有较强的抗干扰和运算能力。
关键词：单片机；自动跟踪；光敏电阻；太阳能电池；步进电机中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1674－6236（2013）15-0171-03Design of two -axis solar tracking system based on MCUWANG Guo -long（Southwest Jiaotong University ，Chengdu 611756，China ）Abstract:In order to solve the low efficiency of solar projects in the photovoltaic ，design the solar tracking device of biaxial ，which depends on the trajectory tracking scheme using the system.This paper focuses on the analysis of the principle and system components of the two -axis tracking ；a wide range of solar tracking is achieved with a photosensitive element and STC89C52，and LCD display real -time optimal reception of azimuth and temperature and humidity.In sunny weather conditions ，surface tracking device rotates automatically and keeps the sun radiating on the solar cell.In the rainy day or night and low -light conditions ，the system stops tracking the sun ，reducing energy consumption.The system does not require any external power supply.Achieve high -precision tracking of the sun ，and the system has a strong anti -interference and computing power.Key words:MCU ；automatic tracking ；photosensitive resistance ；solar cell ；stepping motor收稿日期：2013-04-09稿件编号：201304105作者简介：王国龙（1991—），男，黑龙江龙江人。
基于单片机的高精度太阳能跟踪控制器
摘要随着以常规能源为基础的能源结构随着资源的不断耗用将越来越适应可持续发展的需要，包括太阳能在内的可再生资源将会越来越受到人们的重视。
利用洁净的太阳光能，以半导体光生伏打效应为基础的光伏发电技术有这十分广阔的应用前景。
本设计尝试设计一种能够自动跟踪太阳光照射角度的双轴自动跟踪系统以提高太阳能电池的光-电转化率。
该系统是以单片机为核心，利用太阳轨道公式进行太阳高度角及方位角计算，并利用计时芯片以及步进电机驱动双轴跟踪系统，使太阳能电池板始终垂直于太阳入射光线，从而提高太阳能的吸收效率。
目前本设计仅通过简单的计算公式得到的数据，对东西向进行每小时一次的角度改变，南北向进行每天一次的角度改变，再通过单片机的判断进行每晚的东西向回归控制以及每半年的南北向跟踪方向的改变控制。
由于时间及作者目前的知识限制，跟踪系统只是进行粗略的角度跟踪，有较大误差，今后如有机会再进行改进。
关键词：太阳能电池太阳照射角自动跟踪单片机步进电机AbstractWith the conventinuous consumption of resources , the conventional enenrgy-based energt strcucture has not already more and more adapt to the needs for sustainable development,sppeing-up the development of and utilization of solar energy , the photovoltaic technology based on the photovoltaic effect has a very bord application prospect.In the design , we try to design an automatic tracking system with Biaxial in order to enhance solar light - electricity conversion efficiency. The system is based on single-chip, orbit the sun elevation angle formula using the sun and calculating azimuth and take the time chip advantage of dual-axis stepper motor driven tracking system, make the solar panels perpendicular to the solar incidence line, to improve the absorption efficiency of solar energy.At present, the design of a simple formula was only for calculating the data, the east-west to the point of view will be changed once an hour, the north-outh perspective will be changed once a day, and then the MCU to return to control things through the night to determine, as well as every haif a year to track the direction of the north-south change in control.Because of the time and the current limitations of the knowledge of the author’s , the tracking system to track the point of view is rough , there are many errors , if the opportunity arised the design will be iomproved in the future.Keywords:solar cells Inrradiation angle of sun tracking automatically single-chip Stepping motor目录第一章绪论 (5)1.1背景和意义 (5)1.2太阳追踪系统的国内外研究现状 (5)1.2.1光电追踪 (6)1.2.2视日运动轨迹追踪 (6)1.3论文系统设计方案 (8)1.3.1机械运动实现方案 (8)1.3.2控制系统方案 (9)第二章跟踪系统的设计构想及框架 (10)2.1 跟踪系统的设计要求 (10)2.2 跟踪系统的组成 (10)2.1.1.太阳能采集装置 (11)2.1.2.转向机构 (11)2.1.3.控制部分 (11)2.1.4.贮能装置 (12)2.1.5.逆变器 (12)2.1.6.控制器 (13)2.3 太阳照射规律 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
基于单片机的双轴太阳光追踪器设计
基于单片机的双轴太阳光追踪器设计太阳能作为一种洁净的能源，是一种可再生能源，有着化石能源无法比拟的优越性，但太阳能利用效率低，这一问题一直影响和阻碍人们对太阳能的利用，太阳能自动跟踪系统的设计为解决这一问题提供了新途径，从而大大提高了人们对太阳能的利用率。
本设计采用光电跟踪的方法，利用步进电机驱动，设计了双轴独立自动太阳跟踪控制系统。
通过对跟踪机构进行水平、垂直两个自由度的控制，调整太阳能电池板的角度实现对太阳的跟踪。
采用单片机来实现的太阳能追踪系统能有效提高太阳板的光电转化效率，并具有较广泛的应用前景。
标签：太阳能；跟踪；光敏二极管；单片机；步进电机太阳能作为一种清洁的可再生的新型能源，受到了人们的广泛重视，目前利用太阳发电的方式主要有光伏发电、光热发电等，它们均为固定安装，无法根据太阳光的不断变化，来调整迎光面，做不到太阳光的实时垂直照射，这样就会使太阳能资源得不到充分利用，所以有必要研究如何最大程度地提高太阳能的利用率。
要提高太阳能的利用率，应从两个方面入手，一是提高太阳能的接收效率，二是提高太阳能装置的能量转换率。
其中，太阳能的接收效率与太阳光的照射角度有关，已经有人研究了太阳光角度与太阳能的接收效率的关系，理论分析表明：太阳的非跟踪与跟踪，能量的接收率相差37.7%，精确的跟踪太阳可使太阳能接收装置的热效率大为提高，进而可以提高太阳能的利用率。
现阶段市场上使用的跟踪系统有单轴太阳能自动跟踪器、步进式太阳能自动跟踪、可自动跟踪的太阳灶、五像限法太阳自动跟踪仪、单轴液压式自动跟踪、极轴式跟踪。
它们存在结构复杂、跟踪精度不高、不能全自动跟踪等不足。
1 设计方案本设计可使太阳光永远垂直照射在接收面上，提高了太阳能的吸收率和转化率，设计结构简单，成本低廉，单片机控制稳定，能自动跟踪阳光，最大面积地吸收太阳光能，合理利用了资源。
追日性能良好的太阳能电池板双轴自动追踪系统，使太阳能电池板在南北、东西两个方向追踪太阳，提高太阳能利用率。
基于单片机的太阳能电池板自动对光跟踪系统
基于单片机的太阳能电池板自动对光跟踪系统一、系统原理1.1系统功能本系统旨在设计一种能够自动对太阳能电池板进行光照追踪的系统，使得太阳能电池板始终保持在最佳的光照角度，从而提高太阳能电池板的能量转换效率。
1.2系统组成该系统主要由太阳能电池板、光照传感器、单片机和驱动电机组成。
太阳能电池板用于将太阳光转换为电能，光照传感器用于感知周围的光照强度，单片机用于控制驱动电机的转动角度。
1.3工作原理系统首先通过光照传感器感知到周围的光照强度，然后通过单片机对感知到的光照强度进行处理，计算出太阳能电池板应该调整的角度，最后通过驱动电机来实现对太阳能电池板的调整。
通过这样的方式，可以确保太阳能电池板始终保持在最佳的光照角度。
二、系统制作2.1硬件设计我们需要准备太阳能电池板、光照传感器、单片机和驱动电机等硬件元件。
选择合适的光照传感器和驱动电机非常重要，光照传感器需要灵敏度高、响应速度快，而驱动电机需要有足够的转动角度和力度。
2.2电路设计将太阳能电池板、光照传感器、单片机和驱动电机按照设计要求连接起来，形成一个完整的电路系统。
光照传感器需要连接到单片机的模拟输入引脚上，驱动电机则需要连接到单片机的数字输出引脚上。
2.3程序设计利用单片机的开发环境，编写程序来实现对光照传感器信号的采集和处理，以及对驱动电机的控制。
程序需要考虑到光照传感器的输出信号和驱动电机的控制信号之间的转换关系，以及对光照传感器信号的滤波和处理，确保系统的稳定性和精准度。
2.4系统调试将硬件和软件组件组装在一起，对系统进行全面的调试和测试。
首先需要验证光照传感器的信号采集是否准确，然后再测试驱动电机的转动角度和速度是否符合设计要求。
还需要对整个系统的稳定性和可靠性进行测试，确保系统可以长时间稳定地运行。
三、系统优化3.1灵敏度调整在实际使用过程中，可能会遇到光照传感器灵敏度不够或者太过灵敏的情况，需要对光照传感器进行调整，确保其可以准确地感知到周围的光照强度。
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究，而后者可以利用现有技术和算法可以得到一定
人们思考的重要问题。近些年人们也逐渐将目光关
解决 [4-6]。
注在天然、无污染的太阳能源上。其永不衰竭、清洁
所以为了解决固定跟踪精度较低、成本较高等
环保、且发展前景非常广阔的特点，受到了世界各国
问题，本系统在跟踪方式上本采用间隔跟踪与特定
的青睐，也成为各国竞相开发的绿色能源 [1-3]。很久
作者简介：段开源（1995—），男，湖北荆州人。研究方向：无线电物理。
-128 -
段开源，等
基于单片机的双轴太阳能跟踪系统设计
1 系统结构设计
1.1
系统物理结构设计
太阳能跟踪系统可分为单轴跟踪和双轴跟踪，
为了更高效的利用太阳能，该系统使用双轴跟踪模
型，其示意模型如图 1 所示。由图可知底座部分放
置 1 号电机控制采样板水平角度转动，支撑轴处 2 号
3.桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004）
摘要：基于 STC12C5A60S2 单片机设计的双轴太阳能跟踪系统由传感器模块、电机驱动模块以及
控制模块组成。传感器模块使用硅光电池并结合简单结构模型对太阳光光强进行采样，控制模块
使用 STC12C5A60S2 单片机为核心对采样结果进行处理后控制直流电机以实现太阳跟踪的目的。
whether to enter the tracking mode by the intensity of the light intensity within a specified time. The
system has a simple structure and low price，and provides a design reference for the dual- axis solar
第 27 卷
Vol.27
第8期
No.8
电子设计工程
Electronic Design Engineering
2019 年 4 月
Apr. 2019
基于单片机的双轴太阳能跟踪系统设计
段开源 1，2，刘成国 1，2，张文涛 3
（1.湖北省射频微波应用工程技术研究中心 湖北 武汉 430000；2.武汉理工大学 理学院，湖北 武汉 430000；
时间段实时跟踪相结合的混合跟踪方法。该跟踪系
以前对太阳能的利用早就步入了人们的生活中，如
统根据当地时间和光照强度判断是否进入跟踪模
最常见的太阳能热水器。这类装置对太阳能的利用
式，避免夜晚和阴雨天对太阳的跟踪以减少能源的
上 采 用 固 定 太 阳 能 采 样 板 ，其 利 用 率 往 往 比 较 低 。
简单实验结果显示本系统可在指定时间内通过光强的强弱判断是否进入跟踪模式。本系统结构
简单、价格低廉为双轴太阳能跟踪系统提供设计参考。
关键词：STC12C5A60S2 单片机；硅光电池；直流电机；太阳跟踪
中图分类号：TP272
文献标识码：A
文章编号：1674-6236（2019）08-0128-05
Design of dual⁃axis solar tracking system based on microcomputer
消耗 [8，11]。该双轴跟踪系统在光照强度进入实时跟踪模式，且实时跟踪算法采用
一是提高太阳能装置对太阳能的转换率，二是提高
PID 增量式跟踪算法能较为准确的对太阳实时角度
收稿日期：2018-08-05
稿件编号：201808028
进行跟踪。
Engineering and Automation，Guilin University of Electronic Technology，Guilin 541004，China）
Abstract: The dual- axis solar tracking system based on STC12C5A60S2 single- chip microcomputer
图 2 系统框图
电机控制太阳能采样板垂直方向转动，从而实现在
光照强度十分强烈时对太阳角度的实时跟踪。
1.3
传感器模块结构设计
传感器模块是太阳能追踪的关键部分，其使用
带有遮挡的四象限模型模型设计，如图 3 所示。图
中 4 个象限内均放置有一个硅光电池，其外围设有
tracking system.
Key words: STC12C5A60S2 chip；silicon photocell；DC motor；sun tracking
在这个世界经济、人口飞速发展的时代，能源的
太阳能的接收率，前者属于能源转化领域，还有待研
消耗日益严重，如何开发和利用新型能源已经成为
uses the STC12C5A60S2 microcontroller as the core to process the sampling results and then control the
DC motor to achieve the purpose of sun tracking. The experimental results show that the system can judge
consists of sensor module，motor drive module and control module. The sensor module uses a silicon
photocell and combines a simple structural model to sample the sunlight intensity. The control module
DUAN Kai⁃yuan1，2，LIU Cheng⁃guo1，2，ZHANG Wen⁃tao3
（1.Hubei Engineering Research Center of RF-Microwave Technology and Application，
Wuhan 430000，
China；
2.School of Science，Wuhan University of Technology，Wuhan 430000，China；3.School of Electronic