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        基于PIC18F4520的太陽能追蹤系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

        2016-11-09 11:03:59楊清學
        電子設計工程 2016年20期
        關(guān)鍵詞:設計圖光線太陽能

        楊清學

        (成都職業(yè)技術(shù)學院四川 成都610041)

        基于PIC18F4520的太陽能追蹤系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

        楊清學

        (成都職業(yè)技術(shù)學院四川 成都610041)

        提出了一種光線采集控制器及其構(gòu)成的太陽能控制系統(tǒng),光線采集控制器包括PIC18F單片機,與該PIC18F4520單片機連接的DC-DC轉(zhuǎn)換模塊、光線采集模塊、限位開關(guān)、時鐘模塊,以及同時與DC-DC轉(zhuǎn)換模塊、PIC18F4520單片機、光線采集模塊、限位開關(guān)連接的用于向PIC18F4520單片機提供穩(wěn)定工作電源的穩(wěn)壓模塊,太陽能控制系統(tǒng)包括光線采集控制器,與光線采集控制器中的PIC18F4520單片機連接的電機驅(qū)動模塊、邏輯控制模塊,所述邏輯控制模塊與電機驅(qū)動模塊建立通信,本設計合理,電路結(jié)構(gòu)簡單,穩(wěn)定性好,制作成本低。

        PIC18F4520單片機;光線采集控制器;DC-DC轉(zhuǎn)換;太陽能

        隨著世界工業(yè)的發(fā)展,人類對環(huán)境保護的意識越來越強,各式各樣的新能源漸漸被開發(fā)出來,太陽能、風能、地熱能等漸漸取代了石油在各個行業(yè)的比重。目前采用的太陽光追蹤系統(tǒng)主要有光電追蹤和視日運動軌跡追蹤兩種方案。本光線采集系統(tǒng)采用的是,依據(jù) 4個不同方向的光電傳感器檢測信號進行閾值對比分析,從而找到最大功率點,實現(xiàn)高效的太陽能追蹤與采集的這種方案[1]。

        本系統(tǒng)的創(chuàng)新點在于采用低功耗的PIC18F4520系列單片機與L293D 12V直流電機驅(qū)動芯片設計一款性能優(yōu)越、電路簡單、穩(wěn)定性好、精度高的太陽能自動尋光器。利用MC34063直流變壓芯片將12V直流電壓降壓到5V直流電壓,并提供給電路中的工作電壓為5V的芯片,使整個電路只需要輸入12 V直流電壓即可正常工作,讓此產(chǎn)品性價比高,耐用性好。經(jīng)實踐證明本設計運行性能良好、測量穩(wěn)定、性價比高。

        1 總體設計

        主控單元采用美國微芯科技公司的PIC18F4520單片機,具有低功耗,低電壓供電特性,工作電壓范圍寬,可達2.0 V到5.5 V。高灌/拉電流25mA/25mA,3個可編程外部中斷,4個輸入電平變化中斷,2個捕捉/比較/PWM(CCP)模塊,支持RS-485、RS-232和LIN 1.2,最多13路通道的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(A/D)。具有優(yōu)化的C編譯器架構(gòu),典型的100,000擦/寫周期增強型閃存程序存儲器,典型的1,000,000擦/寫周期數(shù)據(jù)EEPROM存儲器,8x8單周期硬件乘法器[2]。

        顯示單元采用數(shù)碼管顯示,主要顯示太陽能電池板組件電壓。光線采集單元是通過光電傳感器檢測信號,并經(jīng)過處理后將信號送給主控單元[3-4]。主控單元控制驅(qū)動單元,驅(qū)動單元控制轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)臺上有四個限位開關(guān),分別限制四個方向的轉(zhuǎn)動。DC/DC轉(zhuǎn)換單元將蓄電池的12 V電壓轉(zhuǎn)換為5 V為單片機提供電源。系統(tǒng)設計圖如圖1所示。

        圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

        2 系統(tǒng)硬件設計

        2.1 電源電路設計

        本系統(tǒng)采用12V蓄電池直流電壓輸入,通過MC34063降壓電路降到5V,再通過TL431穩(wěn)定輸出電壓為5 V,如圖2所示。

        圖2 電源電路設計圖

        2.2 光線采集電路設計

        由于本設計采集數(shù)據(jù)對象是光線強弱,所以我們將光線分為四個方向,分別為東、西、南、北。此電路中,通過光線傳感器將四個方向的光信號轉(zhuǎn)換為電信號,再通過電阻的分壓,電容的濾波電路,將電壓信號穩(wěn)定的輸出到主控單元,如圖3所示。

        圖3 采樣電路設計圖

        2.3 數(shù)據(jù)處理電路

        本設計使用的單片機是PIC18F4520,工作電壓為2.0~5.5V,使用4M晶振為單片機提供時鐘。單片機使用了RA、RD共2個IO口,RA0-RA3作為數(shù)據(jù)輸入口,將光線采集電路收集的電信號進行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。RA6-RA7作為晶振輸入口。RD0-RD3作為控制電平輸出口,控制L293D芯片電壓的輸出,進而控制電機的轉(zhuǎn)動。RD4-RD7作為限位開關(guān)輸入口,如圖4所示。

        2.4 電機驅(qū)動電路設計

        本設計使用的是L293D直流電機驅(qū)動芯片,芯片工作電壓為4.5-36V;由單片機RD0-RD3口送控制信號到L293D的1,2,10,15四個輸入引腳,在單片機與L293D連線之間分別接一個10K的上拉電阻,因為太陽能發(fā)電板上的直流電機工作電壓為12V,所以L293D的VS腳接12V直流,L293D的輸出3,6腳分別接水平方向控制電機的正負極,L293D的輸出11,14腳分別接豎直方向控制電機的正負極,如圖5所示。

        圖4 數(shù)據(jù)處理電路設計圖

        3 系統(tǒng)軟件設計

        本設計使用了PIC18F4520單片機,除了硬件電路的設計外,還需要軟件部分的支持[2]。軟件設計流程圖如圖6所示。

        4 實驗應用

        根據(jù)本設計制作多個樣品進行測試,將得到的結(jié)果與理論值進行比較,測試結(jié)果性能良好,通過實際應用發(fā)現(xiàn),該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。元器件價格便宜,其適于推廣應用。

        圖5 電機驅(qū)動電路設計圖

        圖6 軟件設計流程圖

        5 結(jié) 論

        本設計是基于PIC18F4520帶AD轉(zhuǎn)換的單片機和L293D直流電機驅(qū)動芯片設計的光源尋找電路,給出了硬件部分的設計圖和軟件部分的流程圖,并制作了5個樣品進行測試,測試結(jié)果性能良好,元器件價格便宜,有良好的適用價值。

        [1]張曉霞,殷盼盼,張國,等.基于C805 1F的太陽能電池自動追蹤系統(tǒng)[J].沈陽建筑大學學報:自然科學版,2009,25(4):767-771.

        [2]PIC18F4520手冊[EB/OL].http://www.microchip.com/downloads/cn/DeviceDoc/39631a_cn.pdf.

        [3]王宏云,劉振棟,穆劍玲,等.全天候太陽能自動跟蹤系統(tǒng)的研制[J].科技傳播,2011(19):89,74.

        [4]鄭鋒,王煒靈,陳健強,等.全天候太陽能自動跟蹤系統(tǒng)裝置的研究[J].科技視界,2014(23):176-177.

        [5]馬正華,姚劉君.一種高精度雙軸太陽能自動跟蹤系統(tǒng)的設計[J].低壓電器,2011(16):35-38.

        [6]張興磊,楊麗麗,張東鳳.一種太陽自動跟蹤系統(tǒng)的設計[J].青島農(nóng)業(yè)大學學報:自然科學版,2008(25):315-318.

        [7]袁志國,闕沛文,黃作英.一種太陽跟蹤裝置的設計 [J].自動化與儀表,2007(2):30-33.

        [8]宋戈,51單片機應用開發(fā)范例大全[M].北京:人民郵電出版社,2012.

        [9]雷建龍,郭小軍.單片機C語言實踐教程[M]北京:電子工業(yè)出版社,2013.

        [10]陳子堅,楊華棟.基于不同控制器的太陽能追蹤系統(tǒng)介紹與比較[J].實驗室科學,2014(5):55-57.

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        [12]胡海燕,翟永前,李春鵬.基于MSP430FL49的智能太陽能追蹤系統(tǒng)[J].自動化應用,2014(10):73-75.

        [13]王東江,劉亞軍.太陽跟蹤自動化控制系統(tǒng)設計[J].數(shù)字技術(shù)與應用,2010(7):19-26.

        [14]王瑜,傅明星.太陽能光伏追蹤控制系統(tǒng)的研究[J].機械工程與自動化,2015(5):159-161.

        [15]余濤,馬立新,陳國平,等.太陽追蹤系統(tǒng)控制器的設計與應用[J].電機與控制應用,2010,37(3):22-25.

        Design and implementation of solar tracking system based on PIC18F4520

        YANGQing-xue
        (Chengdu Polytechnic,Chengdu 610041,China)

        This system is composed of PIC18F microcontroller,DC-DC conversion module,conversion module,PIC18F module,module,DC-DC module,PIC18F module,PIC18F converter module,PIC18F microcontroller,light collection module,limited switch connection.The solar control system includes light acquisition controller,and the controller of light collection.The logic controlmodule andmotor drivemodule are designed.

        PIC18F4520;lightacquisition controller;DC-DC conversion;solar ener

        TN492

        A

        1674-6236(2016)20-0137-03

        2016-01-15 稿件編號:201601111

        四川省教育廳重點科研課題基金項目(15ZA0362)

        楊清學(1965—),男,四川青川人,副教授。研究方向:通信技術(shù)、光伏發(fā)電技術(shù)及應用。

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