基于ATmega328 MCU的太阳能跟踪器电路设计

太阳能跟踪器是一种自动化设备，用于使物体（例如太阳能电池板）定向，有利地涉及太阳光线，因此有利于提高能源设备的有效产量。太阳追踪器的一种类型是定日镜。该原型希望提供专业知识，以通过市场上容易获得的组件来创建简单的太阳能跟踪器，并作为未来发展的指南。所使用的电子组件的尺寸适合处理小型电动机。为了支撑大型物体，还必须实现电源电路。

目标！

电路设计为尽可能使相关物体朝向太阳。由于太阳的相对位置由于地球自转的影响而发生变化，因此需要一种运动控制系统来将物体自动定位在太阳的前面。该电路由一些光敏电阻和一个伺服电动机组成。ATmega328管理系统逻辑。MCU测量六个光传感器的电压（通过六个模拟输入端口），并将电动机移至正确的位置。

光的探测器

由于ATmega328 MCU具有六个ADC输入，因此电路包含六个光传感器。它们由连接到六个固定电阻器的光敏电阻表示，作为电压的分频比。光敏电阻的值必须相同。根据太阳的角度，它们必须从东到西一直以180度的总角距离定位和定向。一个传感器与另一个传感器之间的角距离必须为36度，如图1所示。传感器的“高度”取决于电路在地球上的位置（纬度）。

图1：六个光传感器的位置

光敏电阻的值可以是任意值，重要的是除数的固定电阻值也应相同。光敏电阻的值必须在太阳光下测量。如图2所示，光敏电阻位于除数的热侧。固定电阻接地。信号（输出）在中央节点上。让我们看一下图2。在此示例中，太阳主要指向第四光传感器。如果所有传感器均具有相同的特性，并且所有电阻均具有相同的值，则第四个除数会向微控制器提供最高电压。根据这个事实，它将决定伺服器的位置。此处使用的光敏电阻具有以下值：

•在黑暗中：7MΩ

•在环境光下：15kΩ

•被太阳照亮：400Ω

显然，您可以使用任何光敏电阻。

图2：分压器

伺服

伺服器用于自动化系统，并通过与MCU逻辑端口的单一连接即可实现精确的角度运动。该组件是需要旋转控制的项目的理想选择。可以在任何可以找到5V电源的地方添加它们。脉冲信号控制伺服。它可以以大约180°的角度工作。它以1.5ms的脉冲移至0°，以2ms的脉冲移至90°，以1ms的脉冲移至-90°（如图3所示）。高脉冲的宽度决定了伺服电机的角度。通过适当地选择不同的值，最小值和最大值之间，有可能向伺服定位到任何允许的方向。伺服器可以移动一个小的太阳能电池板或一个小的花盆。为此，您必须构建一个能够包含这些对象的结构。

图3：该项目中使用的伺服

电气原理图

电气原理图（参见图4）非常简单。它由ATMega328P MCU及其外部振荡器组成。六个光敏电阻和相对固定的电阻器实现了电压除数。电阻的值必须与被太阳照亮的光敏电阻的值相同。最开明的除数将提供最高的电压，并且固件将知道跟随太阳将伺服器旋转到指定角度。

图4：电气原理图

印刷电路板

创建PCB不会出现问题。其尺寸为115毫米x 65毫米（图5）。它的实现非常容易。尽管存在许多连接，但它是单层PCB。轨道的厚度足以满足电路的低电流需求。它可以通过转移铅笔，光蚀刻或按揭和剥离纸来生产。

图5：PCB

安装组件

对于电路的组装（请参见图6），必须安装低剖面的组件，例如电阻器和陶瓷电容器。然后，您可以放置​​最大的组件。如您所见，光敏电阻的角度不同。它们旋转36°，因为一个传感器与下一个传感器之间的角度距离必须为36度（0°，36°，72°，108°，144°，180°）才能完美地跟随太阳。

图6：PCB上组件的2D布局

图7显示了组件和PCB的3D视图。

图7：3D预览

组件清单

• C1 =陶瓷电容22pF
• C2 =陶瓷电容22pF
• C3 =聚酯电容器100nF
• C4 =电解电容100uF
• J1 = PCB 2针接头，5mm
• M1 =伺服SG90
• PH1 =光敏电阻15kΩ
• PH2 =光敏电阻15kΩ
• PH3 =光敏电阻15kΩ
• PH4 =光敏电阻15kΩ
• PH5 =光敏电阻15kΩ
• PH6 =光敏电阻15kΩ
• R1 =电阻390Ω
• R2 =电阻390Ω
• R3 =电阻390Ω
• R4 =电阻390Ω
• R5 =电阻390Ω
• R6 =电阻390Ω
• U1 = ATMEGA328_PDIP28 MCU
• Y1 = 16 MHz晶振

固件

固件并不重要，并且不使用任何库进行伺服管理。脉冲是由MCU的数字端口的快速换向产生的。此换向由UDF“ servo（）”执行，该接受以毫秒为单位的脉冲长度作为参数。函数“ setup（）”将端口9配置为数字输出，用户可以更改它。每秒执行一次函数“ loop（）”，程序读取六个模拟输入并将结果存储在六个整数变量（S0，S1，S2，S3，S4和S5）中。然后，在六个“如果”条件下检查提供更多电压的传感器。它是具有最高太阳光的光敏电阻。这些条件会根据太阳的位置旋转伺服电机。MCU的编程非常简单。您必须在Arduino IDE中输入草图，如下所示：图8。六个角度（0°，36°，72°，108°，144°，180°）的参数通过线性曲线计算得出，如图9所示，并具有以下公式：

y（x）= 9.444444 * x + 800

使用此公式，您可以找到任意长度的脉冲（以微秒为单位），从而获得所需的角度。

表1：脉冲的角度和相对持续时间

图8：Arduino IDE

图9：伺服角度的曲线拟合

应用领域

以下是一些实用且有用的应用程序：

•使太阳能电池板朝向太阳以获得最大能量；

•使植物或花朵朝向太阳，以获取最大的光线。

对于大型物体，可以在功率电路中使用功能强大的伺服器。草图可以根据自己的需要进行修改和更改。如果您不想构建PCB，则可以将Arduino Uno与面包板一起使用，在其上可以安装光敏电阻和电阻器（请参见图10）。ATmega328P的工作温度在-55°C至+ 125°C之间。尽管该范围很宽，但它是放置阴影MCU的理想选择，尤其是在非常温暖的国家/地区。

图10：太阳能跟踪器的Arduino实现

结论

这个项目是非常通用的。用户可以根据自己的需要进行更改。人们应该始终使用太阳能，因为它清洁，自由且充足。另外，为电路供电的能量应取自由太阳能电池板充电的电池，以避免电费支出。

编辑：hfy