使用Arduino制作一個(gè)太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)

　　我們面臨的最大危機(jī)是過度使用化石燃料導(dǎo)致的氣候變化，為了克服這些問題，我們只有一個(gè)解決方案，那就是利用可再生能源?？稍偕茉词且环N從大自然中提取的能源，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成不良影響。最突出的可再生能源之一是太陽(yáng)能。來自太陽(yáng)的太陽(yáng)輻射被太陽(yáng)能電池板收集并轉(zhuǎn)化為電能。輸出電能取決于落在太陽(yáng)能電池板上的陽(yáng)光量。

　　傳統(tǒng)上，太陽(yáng)能電池板是固定的，太陽(yáng)在地平線上的移動(dòng)意味著太陽(yáng)能電池板在大多數(shù)時(shí)間都不能利用最大的能量。為了最大化太陽(yáng)能電池板的功率，電池板應(yīng)始終面向太陽(yáng)。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將制作一個(gè)太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)，幫助太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生最大的電力。在我們之前的一些文章中，我們建立了簡(jiǎn)單的系統(tǒng)來 跟蹤太陽(yáng)能電池板和其他太陽(yáng)能相關(guān)項(xiàng)目產(chǎn)生的電力。如果您正在尋找更多關(guān)于太陽(yáng)能的項(xiàng)目，您可以查看這些內(nèi)容。

　　太陽(yáng)能跟蹤器如何工作？

　　你一定想知道它是如何工作的？如前所述，太陽(yáng)能電池板應(yīng)面向太陽(yáng)以利用最大功率。所以，我們的系統(tǒng)有兩個(gè)步驟，第一是檢測(cè)太陽(yáng)的位置，第二是跟隨它移動(dòng)。

　　檢測(cè)太陽(yáng)的位置：

　　我們使用Arduino測(cè)量LDR的光強(qiáng)度，并比較落在兩個(gè) LDR 上的光強(qiáng)度。LDR 放置在太陽(yáng)能電池板的邊緣，如下圖所示。

　　根據(jù) LDR 上的光強(qiáng)，我們向伺服電機(jī)發(fā)出信號(hào)以引起運(yùn)動(dòng)。當(dāng)落在右側(cè) LDR 上的光強(qiáng)度較大時(shí)，面板會(huì)向右轉(zhuǎn)，如果左側(cè)的強(qiáng)度較高，則面板會(huì)慢慢轉(zhuǎn)向左側(cè)。

　　考慮一個(gè)美麗的冬天早晨的場(chǎng)景，太陽(yáng)從東邊升起，因此它比西邊有更多的光強(qiáng)度，所以面板向東邊移動(dòng)。它整天都會(huì)跟蹤太陽(yáng)，到了晚上，太陽(yáng)已經(jīng)向西移動(dòng)，因此它的強(qiáng)度將比東方向更大，因此面板將面向西方向。

　　制作太陽(yáng)能跟蹤器所需的組件

　　1 x Arduino Uno

　　1 x 伺服電機(jī)

　　1 x 太陽(yáng)能電池板

　　2 個(gè) LDR

　　2 個(gè) 10k 電阻器

　　跳線

　　1 x MDF 板

　　伺服電機(jī)：

　　伺服電機(jī)用于旋轉(zhuǎn)太陽(yáng)能電池板。我們使用伺服電機(jī)是因?yàn)槲覀兛梢跃_控制太陽(yáng)能電池板的位置，它可以覆蓋太陽(yáng)的整個(gè)路徑。我們使用的是可以使用 5 伏電壓運(yùn)行的伺服電機(jī)。

　　光敏電阻 （LDR）：

　　光敏電阻由具有光敏特性的半導(dǎo)體材料制成，因此對(duì)光非常敏感。LDR 的電阻根據(jù)落在其上的光而變化，并且與光的強(qiáng)度成反比。也就是說，LDR 的電阻會(huì)在高強(qiáng)度光下增加，反之亦然。

　　太陽(yáng)能跟蹤器的示意圖和連接

　　電路的連接非常簡(jiǎn)單。在這里，我使用 Arduino Uno 作為控制器，并將 2 個(gè) LDR 分別連接到模擬引腳 A0 和 A1。Arduino的引腳9連接到伺服電機(jī)。由于我們使用了 5V 伺服電機(jī)，因此我們不需要任何外部電源，因?yàn)樗薪M件都可以輕松地為 Arduino 本身供電。所有連接如下圖所示。

　　組裝太陽(yáng)能跟蹤器

　　組裝我們的太陽(yáng)能跟蹤器之前的第一步是建造基地。為了構(gòu)建基礎(chǔ)，我將使用 MDF 板。第一步是從MDF板上切割并制作出12*8cm和12*2cm的矩形塊，如圖所示。

　　然后如圖所示將 12*2cm 的一塊垂直粘貼到 12*8cm 的一塊上。

　　下一步是將太陽(yáng)能電池板與伺服電機(jī)連接起來，為此我們需要 L 形裝置。為此，我使用的是塑料片，你也可以通過彎曲塑料片或鋁片來制作它，最后將太陽(yáng)能電池板粘在你的裝置上。

　　注意：如果您要為大型太陽(yáng)能電池板制作跟蹤器，那么您應(yīng)該使用不同的材料制作底座，例如鋁或木頭。

　　現(xiàn)在，我們需要將 LDR 固定在太陽(yáng)能電池板的相對(duì)兩側(cè)，為此，我將 LDR 粘在面板上。然后，我將 10k 電阻連接到兩個(gè) LDR 的任一引線上，電阻的另一側(cè)應(yīng)接地。這些充當(dāng)下拉電阻。LDR 的第二個(gè)端子直接連接到 5v 輸出。每個(gè) LDR 的輸出，我將它連接到 Arduino 的 A1 和 A2 引腳。

　　下一步是連接伺服電機(jī)，伺服電機(jī)有三根線，即地線、V_in 和信號(hào)線。我將 V_in 引腳連接到 Arduino 的 5 伏，接地到公共地，信號(hào)線連接到 Arduino 的引腳 9。這就是電路的全部?jī)?nèi)容。

　　現(xiàn)在，我們所要做的就是組裝一切。首先，我將 Arduino 粘在底板上。然后我用膠槍將伺服電機(jī)連接到垂直部分。最后，我用伺服電機(jī)的手固定了太陽(yáng)能電池板，并用螺絲固定。

讓我們看看代碼是如何工作的？

這個(gè)項(xiàng)目的完整代碼可以在這個(gè)頁(yè)面的底部找到。編寫代碼之前的第一步是下載伺服庫(kù)。我們需要一個(gè)伺服庫(kù)來控制伺服的運(yùn)動(dòng)。該程序的分步說明如下。

?

#include <伺服.h>
伺服伺服；

?

首先，我包含了伺服庫(kù)并創(chuàng)建了一個(gè)伺服對(duì)象并將其命名為“伺服”。

?

int 東 LDR = 0;
int westLDR = 1;
詮釋東= 0；
詮釋西= 0；
整數(shù)錯(cuò)誤 = 0；

?

在這里，我為 LDR 分配了模擬引腳 A0 和 A1 引腳，并聲明了傳感器值的變量。

?

int校準(zhǔn)= 0；

?

此變量用于校準(zhǔn)系統(tǒng)，如果您在兩側(cè)使用完全相同的 LDR，則可以將其保留為零。但是如果您使用不同的 LDR，那么您應(yīng)該使用它來校準(zhǔn)。要進(jìn)行校準(zhǔn)，請(qǐng)按照下一段中的說明進(jìn)行。

串行打印傳感器值并在中午檢查每個(gè)傳感器的讀數(shù)，或在太陽(yáng)能電池板正上方放置一個(gè)光源。如果讀數(shù)顯示相同的值，那么您可以保持原樣，如果顯示有任何差異，那么您必須在此處復(fù)制這些值。

?

int 伺服位置 = 90;

?

該變量用于存儲(chǔ)伺服位置。

?

無(wú)效設(shè)置（）
{
  伺服.attach(9);
 }

?

在該部分中，我將伺服引腳定義為引腳 9

?

東=校準(zhǔn)+模擬讀取（eastLDR）；  
西 = 模擬讀?。╳estLDR）；

?

在循環(huán)部分，第一步是使用 Arduino 的模擬讀取功能讀取 LDR 值并將其存儲(chǔ)在東西變量中。

?

如果（東<350 && 西<350）
  {
 而（伺服位置<=150）
  {
伺服位置++；
伺服寫入（伺服位置）；
延遲（100）；
    }

?

如果條件是將太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)回東側(cè)，即如果兩個(gè) LDR 都讀取低值，那么太陽(yáng)能電池板就會(huì)向東側(cè)移動(dòng)。

?

錯(cuò)誤 = 東 - 西；

?

在這里，我們計(jì)算東西方讀數(shù)之間的差異。如果誤差值為正，則意味著東方的光強(qiáng)度更高，如果誤差值為負(fù)，則西方的光強(qiáng)度更高。所以，根據(jù)這個(gè)誤差值，我們可以將舵機(jī)旋轉(zhuǎn)到低強(qiáng)度側(cè)。

?

如果（錯(cuò)誤> 30）
  {
 如果（伺服位置<=150）
{
伺服位置++；
 伺服寫入（伺服位置）；
}
  }

?

如果誤差為正且大于 30，則表示東側(cè)強(qiáng)度更大。因此，最初系統(tǒng)將檢查伺服的起始位置，如果小于 150 度，則向東旋轉(zhuǎn)。您可以根據(jù)您的系統(tǒng)調(diào)整這些角度。

?

否則如果（錯(cuò)誤<-30）
  {
 如果（伺服位置>20）
{
 伺服位置——；
 伺服寫入（伺服位置）；
  }

?

　　如果誤差為負(fù)且小于-30，則意味著西側(cè)更強(qiáng)烈，因此伺服旋轉(zhuǎn)到西側(cè)。

　　所以，這就是編碼?，F(xiàn)在您可以在您的 Arduino IDE 上打開此代碼并將草圖上傳到您的 Arduino。

　　我希望你喜歡這個(gè)項(xiàng)目。它在現(xiàn)實(shí)生活中有很多應(yīng)用，并在許多太陽(yáng)能農(nóng)場(chǎng)和個(gè)人太陽(yáng)能利用設(shè)置中實(shí)施。您可以通過用高扭矩伺服電機(jī)替換 5V 伺服電機(jī)并使用繼電器連接并從外部電源為伺服供電來擴(kuò)大該項(xiàng)目的范圍。如上所述，如果您有更大的太陽(yáng)能電池板，那么您將不得不使用更堅(jiān)固的材料，例如鋁作為底座。

　　代碼

　　#include

伺服伺服 ;
int 東 LDR = 0;
int westLDR = 1;
詮釋東= 0；
詮釋西= 0；
整數(shù)錯(cuò)誤 = 0；
int校準(zhǔn)= 600；
int 伺服位置 = 90;
無(wú)效設(shè)置（）
{
? 伺服.attach（9）；
}
無(wú)效循環(huán)（）
{
? 東 = 校準(zhǔn) + 模擬讀取（eastLDR）；
? 西 = 模擬讀?。╳estLDR）；
? if (east < 350 && west < 350)
? {
??? while (servoposition <= 150)
??? {
????? servoposition++;
????? 伺服寫入（伺服位置）；
????? 延遲（100）；
??? }
? }
? 錯(cuò)誤 = 東 - 西；
? 如果（錯(cuò)誤 > 15）
? {
??? 如果（伺服位置<= 150）
??? {
????? 伺服位置++；
????? 伺服寫入（伺服位置）；
??? }
? }
? else if (error < -15)
? {
??? if (servoposition > 20)
??? {
????? servoposition--;
????? 伺服寫入（伺服位置）；
??? }
? }
? 延遲（100）；
}