基于PIC18F4520的太阳能追踪系统设计与实现

杨清学

（成都职业技术学院四川 成都610041）

基于PIC18F4520的太阳能追踪系统设计与实现

杨清学

（成都职业技术学院四川 成都610041）

提出了一种光线采集控制器及其构成的太阳能控制系统，光线采集控制器包括PIC18F单片机，与该PIC18F4520单片机连接的DC-DC转换模块、光线采集模块、限位开关、时钟模块，以及同时与DC-DC转换模块、PIC18F4520单片机、光线采集模块、限位开关连接的用于向PIC18F4520单片机提供稳定工作电源的稳压模块，太阳能控制系统包括光线采集控制器，与光线采集控制器中的PIC18F4520单片机连接的电机驱动模块、逻辑控制模块，所述逻辑控制模块与电机驱动模块建立通信，本设计合理，电路结构简单，稳定性好，制作成本低。

PIC18F4520单片机；光线采集控制器；DC-DC转换；太阳能

随着世界工业的发展，人类对环境保护的意识越来越强，各式各样的新能源渐渐被开发出来，太阳能、风能、地热能等渐渐取代了石油在各个行业的比重。目前采用的太阳光追踪系统主要有光电追踪和视日运动轨迹追踪两种方案。本光线采集系统采用的是，依据 4个不同方向的光电传感器检测信号进行阈值对比分析，从而找到最大功率点，实现高效的太阳能追踪与采集的这种方案［1］。

本系统的创新点在于采用低功耗的PIC18F4520系列单片机与L293D 12V直流电机驱动芯片设计一款性能优越、电路简单、稳定性好、精度高的太阳能自动寻光器。利用MC34063直流变压芯片将12V直流电压降压到5V直流电压，并提供给电路中的工作电压为5V的芯片，使整个电路只需要输入12 V直流电压即可正常工作，让此产品性价比高，耐用性好。经实践证明本设计运行性能良好、测量稳定、性价比高。

1 总体设计

主控单元采用美国微芯科技公司的PIC18F4520单片机，具有低功耗，低电压供电特性，工作电压范围宽，可达2.0 V到5.5 V。高灌/拉电流25mA/25mA，3个可编程外部中断，4个输入电平变化中断，2个捕捉/比较/PWM（CCP）模块，支持RS-485、RS-232和LIN 1.2，最多13路通道的10位模数转换模块（A/D）。具有优化的C编译器架构，典型的100，000擦/写周期增强型闪存程序存储器，典型的1，000，000擦/写周期数据EEPROM存储器，8x8单周期硬件乘法器［2］。

显示单元采用数码管显示，主要显示太阳能电池板组件电压。光线采集单元是通过光电传感器检测信号，并经过处理后将信号送给主控单元［3-4］。主控单元控制驱动单元，驱动单元控制转台的转动。转台上有四个限位开关，分别限制四个方向的转动。DC/DC转换单元将蓄电池的12 V电压转换为5 V为单片机提供电源。系统设计图如图1所示。

图1 系统总体结构图

2 系统硬件设计

2.1 电源电路设计

本系统采用12V蓄电池直流电压输入，通过MC34063降压电路降到5V，再通过TL431稳定输出电压为5 V，如图2所示。

图2 电源电路设计图

2.2 光线采集电路设计

由于本设计采集数据对象是光线强弱，所以我们将光线分为四个方向，分别为东、西、南、北。此电路中，通过光线传感器将四个方向的光信号转换为电信号，再通过电阻的分压，电容的滤波电路，将电压信号稳定的输出到主控单元，如图3所示。

图3 采样电路设计图

2.3 数据处理电路

本设计使用的单片机是PIC18F4520，工作电压为2.0～5.5V，使用4M晶振为单片机提供时钟。单片机使用了RA、RD共2个IO口，RA0-RA3作为数据输入口，将光线采集电路收集的电信号进行转换，转换为数字信号。RA6-RA7作为晶振输入口。RD0-RD3作为控制电平输出口，控制L293D芯片电压的输出，进而控制电机的转动。RD4-RD7作为限位开关输入口，如图4所示。

2.4 电机驱动电路设计

本设计使用的是L293D直流电机驱动芯片，芯片工作电压为4.5-36V；由单片机RD0-RD3口送控制信号到L293D的1，2，10，15四个输入引脚，在单片机与L293D连线之间分别接一个10K的上拉电阻，因为太阳能发电板上的直流电机工作电压为12V，所以L293D的VS脚接12V直流，L293D的输出3，6脚分别接水平方向控制电机的正负极，L293D的输出11，14脚分别接竖直方向控制电机的正负极，如图5所示。

图4 数据处理电路设计图

3 系统软件设计

本设计使用了PIC18F4520单片机，除了硬件电路的设计外，还需要软件部分的支持［2］。软件设计流程图如图6所示。

4 实验应用

根据本设计制作多个样品进行测试，将得到的结果与理论值进行比较，测试结果性能良好，通过实际应用发现，该系统运行稳定可靠。元器件价格便宜，其适于推广应用。

图5 电机驱动电路设计图

图6 软件设计流程图

5 结 论

本设计是基于PIC18F4520带AD转换的单片机和L293D直流电机驱动芯片设计的光源寻找电路，给出了硬件部分的设计图和软件部分的流程图，并制作了5个样品进行测试，测试结果性能良好，元器件价格便宜，有良好的适用价值。

［1］张晓霞，殷盼盼，张国，等.基于C805 1F的太阳能电池自动追踪系统［J］.沈阳建筑大学学报：自然科学版，2009，25（4）：767-771.

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

［3］王宏云，刘振栋，穆剑玲，等.全天候太阳能自动跟踪系统的研制［J］.科技传播，2011（19）：89，74.

［4］郑锋，王炜灵，陈健强，等.全天候太阳能自动跟踪系统装置的研究［J］.科技视界，2014（23）:176-177.

［5］马正华，姚刘君.一种高精度双轴太阳能自动跟踪系统的设计［J］.低压电器，2011（16）:35-38.

［6］张兴磊，杨丽丽，张东凤.一种太阳自动跟踪系统的设计［J］.青岛农业大学学报：自然科学版，2008（25）:315-318.

［7］袁志国，阙沛文，黄作英.一种太阳跟踪装置的设计 ［J］.自动化与仪表，2007（2）:30-33.

［8］宋戈，51单片机应用开发范例大全［M］.北京:人民邮电出版社，2012.

［9］雷建龙，郭小军.单片机C语言实践教程［M］北京：电子工业出版社，2013.

［10］陈子坚，杨华栋.基于不同控制器的太阳能追踪系统介绍与比较［J］.实验室科学，2014（5）：55-57.

［11］倪玉峰，闫闱，刘建成，行鸿彦.一种新颖的太阳能追踪采集系统设计［J］.现代电子技术，2011，34（3）:201-204.

［12］胡海燕，翟永前，李春鹏.基于MSP430FL49的智能太阳能追踪系统［J］.自动化应用，2014（10）:73-75.

［13］王东江，刘亚军.太阳跟踪自动化控制系统设计［J］.数字技术与应用，2010（7）:19-26.

［14］王瑜，傅明星.太阳能光伏追踪控制系统的研究［J］.机械工程与自动化，2015（5）:159-161.

［15］余涛，马立新，陈国平，等.太阳追踪系统控制器的设计与应用［J］.电机与控制应用，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 稿件编号：201601111

四川省教育厅重点科研课题基金项目（15ZA0362）

杨清学（1965—），男，四川青川人，副教授。研究方向：通信技术、光伏发电技术及应用。