基于Atmega16的太陽能電池板光源控制系統設計

3.2 步進電機

設計使用5線四相減速步進電機28BYJ-48,減速比為1:64,步矩角為5.625°/64=0.087 89°，遠小于不帶減速比的步進電機，這是提高跟蹤精度的很好選擇。

對于四相步進電機，其工作方式可分為單4拍、雙4拍、8拍三種工作方式。單4拍與雙4拍的步距角相等，但單4拍的轉動力矩小。8拍工作方式的步距角是單4拍與雙4拍的一半，因此，8拍工作方式既可以保持較高的轉動力矩又可以提高控制精度。設計采用8拍工作方式，那么1拍轉過的角度為0.087 89°/2=0.043945°，進一步提高了跟蹤精度。

3.3 電源管理電路

為了使系統能夠在室外正常運行，設計采用太陽能電池板和鋰電池合理給系統供電。當太陽能電池板輸出功率不夠時，由鋰電池給系統供電;當鋰電池電壓低于3.5V的時候，太陽能電池板給鋰電池充電;否則由太陽能電池板給系統供電。

測試知，系統正常運行時輸入功率接近2.5W(5V/480mA)。考慮到天氣和季節因素，一般要求電池板的最大輸出功率要3W以上，故設計采用8片太陽能電池片(0.5V/1.2A)串聯，得到4V/1.2A(最大輸出4.8W)的輸出，經DC-DC升壓電路給系統供電。

4.系統軟件設計

軟件流程圖如圖3所示，系統一上電先進行粗調來確定太陽光源的大概位置。其思想是：將水平面平均分成12個區域，在每個區域中對光照強度采樣8次，并累加保存。進入下一個區域，同樣采樣8次并累加，比較相鄰區域累加值的大小，并讓電機向累加值大的區域方向轉動，直到找到累加值最大的區域，這時說明太陽位置在這個區域范圍內。

粗調完成后，對系統電源進行管理，分別對太陽能電池板電壓和鋰電池電壓采樣，經單片機分析，正確的對開關進行操作以合理地為系統配備電能。

微調思想：先對X方向調整，完成后，再對Y方向調整。為得到較平滑的采樣數據，先使光電管采樣64次，再求和取平均，通過比較對邊光電管的平均值，決定步進機的轉動方向。直到X方向和Y方向的兩個光電管采樣值都相等，則調整完成，此時光源處于電池板中心處。

5.運行測試

測試條件：光源距離激光筆105cm,激光筆安裝在電池板的中心，Y方向上，激光筆在偏離光源±30°范圍內。測試結果如表1所示。

6.結束語

測試結果表明，在偏離光源±45°范圍內，系統均能在9s內定位光源，并且偏差不大于4cm.實際應用時，系統實時緊跟太陽，不會出現太陽突然偏轉電池板一個較大角度的情況，因此激光筆偏離光源距離是所關心的，而本設計測得的偏離距離不超過4cm,達到設計要求。