摘要：由于人類生產生活對資源需求的增加與資源日益枯竭間的矛盾，使如何高效的利用太陽能這一課題備受社會關注。為了提高太陽能的利用率，設計了光伏逆變太陽能自動追蹤系統。該系統以STC12C5A60S2單片機作為數據處理中心，采用光敏電阻對太陽的方位進行檢測;利用ADS1118模塊實現模數信號的轉換并通過驅動舵機實現對太陽的追蹤;逆變器將直流電逆變成220V交流電;OLED模塊顯示太陽能電池板和蓄電池的電壓等信息。經調試，本系統具備自動跟蹤太陽、供電和蓄電的智能切換及逆變功能，大大提高了太陽能的利用效率。

　　關鍵詞：太陽能自動追蹤;光伏逆變;STC12C5A60S2;模數轉換;舵機

　　0引言

　　目前光伏發電遇到的瓶頸是許多太陽能電池板不能實時追蹤太陽，光照利用率低。同時，太陽能電池板輸出的直流電不能徑直投入到人們的生產生活中。為應對以上問題，將自動追蹤技術，光伏逆變技術和單片機控制結合起來，設計了光伏逆變太陽能自動追蹤系統。

　　1光伏逆變太陽能自動追蹤系統總體設計

　　光伏逆變太陽能自動追蹤系統總體設計結構。本設計把4個光敏電阻安裝在東南西北四個方向上，電阻檢測太陽的方位并輸出相應的電壓值。再由模數轉換器將接收的信號轉換為數字信號發送給單片機，單片機以此來控制舵機轉向，使太陽能電池板一直追蹤太陽的方向。系統中穩壓電路的作用是將蓄電池的電壓穩定在5V，滿足單片機、模數轉換器、舵機的需求。除此之外，該系統還可以進行光伏逆變。

　　2系統各單元硬件選型與設計

　　■2.1總體硬件設計方案

　　光伏逆變自動追蹤系統的控制硬件設計主要包括：以STC12C5A60S2為核心控制器的主控電路設計，光敏電阻的檢測電路設計，模數信號轉換電路設計，舵機追蹤的電路設計，OLED顯示屏的外圍電路設計，逆變電路的設計，以及時鐘電路和復位電路的設計[1]。

　　■2.2電源模塊電路設計

　　蓄電池輸出的電壓在8V左右，要給ADS1118模數芯片、單片機、舵機和顯示屏供電，就需要經過穩壓電路穩壓至5V。降壓電路將太陽能電池板輸出的12V電壓降至5V輸出，給蓄電池和逆變器供電。電源部分還能實現供電智能切換，當光伏電壓在4.5V以上，由太陽能電池板供電;小于4.5V時，自動切換由蓄電池供電。

　　■2.3光電檢測電路設計設計中利用4個光敏電阻來采集光強信息。將R1，R2，R3，R4光敏電阻分別置于電池板的北西南東4個方位。當太陽能電池板垂直于太陽時，4個光敏電阻阻值相同，電路輸出為零，舵機不轉動。若陽光發生傾斜，光敏電阻的電壓值不同，出現電位高低差，然后光敏電阻將產生的電位差通過計算轉換為轉動的角度。

　　■2.4模數信號轉換電路設計模數轉換電路的作用是將模擬信號轉換成數字信號。電路中運用被稱為最小型的ADS1118模數轉換器。光電轉換部分將接收的光信號轉換為模擬信號，但單片機只能分析數字信號，所以經過模數轉換電路的后輸出數字信號傳送給單片機[2]，單片機接收信號實現控制功能。

　　■2.5舵機追蹤電路設計實現太陽能的自動追蹤采用的是舵機和二軸云臺。單片機通過PWM調制的方式控制舵機的運轉，系統運用的舵機是雙軸型的，能夠實現全方位的的太陽追蹤[3]。

　　■2.6OLED顯示電路設計設計選用的是OLED顯示屏，0.96的尺寸使電路更加的精簡[4]。顯示屏能顯示光敏電阻的檢測值，蓄電池電壓和太陽能電池板的電壓。

　　3系統各單元軟件設計

　　■3.1主程序設計

　　程序執行時，首先將數據初始化，以進入等待工作的狀態，最后在主函數里循環執行每一模塊的程序。比如該系統最先由光敏電阻檢測太陽方位，進行電位差比較后輸出信號。這一過程完畢后系統就判斷是否中斷，若繼續工作，則信號傳輸到下個模塊，隨之元件的初始化數據被改變。

　　■3.2自動追蹤程序設計自動追蹤程序設計的難點在于數據之間的轉換和傳送。程序設計時采用模塊化，首先光敏電阻判斷是否有電位差，若有電位差則轉換成角度值[5]，若無則繼續檢測。函數中主要是讀取ADS1118模數轉換器的數據，然后單片機對接收的數據進行處理，數據處理完畢后傳給舵機，舵機根據數據時刻追隨太陽。

　　供電智能切換程序設計的難點是兩電源間的連接和自動切換。為實現太陽能電池板和蓄電池間的連接，加入了繼電器。當太陽能電池板有足夠電能時，由太陽能電池板為系統供電。但在光照不足時，無法輸出足夠的電壓，此時繼電器閉合，切換由蓄電池為系統供電。同時蓄電池也為太陽能電池板充電，這樣就實現了不間斷供電。根據實際情況，程序設置了6.5V作為臨界值。

　　4系統調試

　　功能測試時，用手機的電筒模擬太陽光。打開系統電源，用電筒照射光敏電阻，發現太陽能電池板按照光的照射移動，實現了太陽能的自動追蹤。調試后，實現了舵機對太陽方位的雙向追蹤、蓄電池和太陽能電池板供電的智能切換、直流電逆變成交流電三大功能。達到了設計的預期目標，實用性強。但目前本設計仍容易受天氣等外部環境的影響，在未來的設計中可嘗試使用混合型的跟蹤系統，彌補光電式跟蹤在陰雨天不能正常工作的問題。

　　參考文獻

　　[1]李仁浩,龔思敏,楊帆等.基于單片機控制太陽能智能跟蹤控制系統的設計[J].儀表技術與傳感器,2015(04):51～53.

　　[2]宋鳳娟,付侃,薛雅麗.STC12C5A60S2單片機高速A/D轉換方法[J].煤礦機械,2010年06期.

　　[3]閆孝姮,王改華.雙跟蹤模式的智能太陽能追蹤系統設計[C].2014年全國工業控制計算機技術年會論文集,2014.

　　相關刊物推薦：《煤礦機械》(月刊)創刊于1980年，是由黑龍江科技學院、哈爾濱煤礦機械研究所主辦的煤礦機械行業綜合性技術刊物。發行范圍除煤炭行業外，在冶金機械、礦山機械、工程機械、鐵道機械、石油機械，化工機械、建筑機械，船舶機械、通用機械等行業同樣擁有眾多讀者，科研院所，大專院校也有讀者，發行量大、覆蓋面廣，在廣大讀者群及企業中有著重要影響。