基于Arduino的小型太阳能收集装置

1、会移动的“向日葵”基于Arduino的小型太阳能收集装置时间：2012-10-19 10:28:47  作者：王飞剑  来源：  查看：2918  评论：0导读： 前言： 现代社会越来越讲究资源的节约，随着煤、石油、天然气这些不可再生能源越来越稀缺，在不久的将来，绿色能源势必会成为主流能源。所谓绿色能源，也就是可再生能源，包括风能、太阳能、水能、生物能等。其中太阳能更是越来越得到人们的青睐，在人们的生活工作. 前言：     现代社会越来越讲究资源的节约，

2、随着煤、石油、天然气这些不可再生能源越来越稀缺，在不久的将来，绿色能源势必会成为主流能源。所谓绿色能源，也就是可再生能源，包括风能、太阳能、水能、生物能等。其中太阳能更是越来越得到人们的青睐，在人们的生活工作中起着广泛的作用，太阳能发电就是其中最普遍的一种应用。一般的太阳能收集装置都是固定在一个方向的，不能充分采集太阳能。笔者制作了一款名为“向日葵”的太阳能收集装置，它的最大特点就是装有转动装置，4个在太阳能板周围的光传感器随时检测周围环境光的亮度，经过代码处理，加上底下舵机的旋转，就能让太阳电池能板始终对着光最强的方向。放到太阳光下的效果，就是它始终会对着太阳的方向，这样就能保证最大限度地收

3、集太阳能。     笔者的太阳能收集装置基于Arduino制作，所用的元件都与Arduino兼容。Arduino是一个开放源代码的硬件项目，最大的优势就是具有良好的开放性和扩展性。用户在它的官网上可以随时免费下载电路图、源码和软件开发环境等，依据官方提供的PCB和SCH电路图，简化Arduino模组，来完成独立运作的微处理控制；也可以很方便地与传感器、各式各样的电子元件（红外线、超音波、热敏电阻、光敏电阻、伺服电机等）连接。Arduino所用的编程语言类似C语言，但是结构更简单，更简洁易懂，对于机器人爱好者和电子知识尚欠缺的人群而言更容易上手。 

4、;    笔者使用DFRobot 的Romeo控制器对小车平台做直接的电机控制。首先准备好制作“向日葵”的材料，这里用到了4个光线传感器、2个舵机及固定支架、1块扩展板、1块控制板、1块多功能固定板、1部Rover 5小车（将向日葵固定在小车上，方便全方位监测）、1块太阳能板，最后别忘了电源（712V）。详细信息如表1所示。                    &#

5、160;                                                   

6、                                                   

7、;                                                  

8、;                                                    &#

9、160;                                                  &

10、#160;             表1  所需器件参考信息     元件名称功能所需数目（个）参考价格（元）DFR0026环保模拟环境光线传感器基于环保型光敏二极管的光线传感器，可以用来对环境光线的强度进行检测410×42自由度DF15MG舵机云台含两个舵机和1个支架，用于多自由度机械臂、监控云台、双足机器人、多足机器人等1259多孔原型钣金板多功能固定板，用于传感器、电机等固定159Xbee传感器扩展板

11、V5一个传感器扩展板，能使大部分传感器轻松地和Arduino控制板连接175DFRduino Romeo 328控制器基于Arduino的实用控制器，该控制器集成了电机驱动、键盘、IO扩展板、无线数串等接口，可方便地控制2个直流电机1300太阳能电池板用于收集太阳能150路虎5履带小车用于安装舵机，以进行全方位检测11881.2V充电电池小车和Romeo控制器的电源6    路虎（Rover）5履带小车    路虎5履带小车与一般履带小车相比不同的地方是，可以根据路面情况的需要，调节前后轮的高度。为了提高履带小车的越野性能及

12、美观度，笔者将前后轮支架调节到了与地面形成15°左右夹角的位置。    由于Romeo的工作电压在712v，并且履带小车的工作电压与Romeo控制器相近，所以使用了6节1.2V的充电电池作为电机和Romeo控制器的电源，当然，选用7.4V的锂电池也会是一种比较合适的选择。 制作过程    准备好了上述材料就可以将这些元器件拼起来了，制作步骤如下。1将4个环境光线传感器呈“十”字形固定在多功能固定板的4个边上，这样做的目的是方便检测四周光线，尤其是在制作追光机器人时更体现了它的优势。   

13、;      2将2个舵机固定在一起。这2个舵机分别控制横向和纵向的旋转，这里所用的舵机的旋转角度是从0°到180°的。考虑到横向舵机在做太阳能收集器时不需要180°旋转，所以只要设定一定的偏角即可。而纵向舵机因为要寻找光源，所以需要360°旋转，为此我将它安装在小车上，通过控制小车的运动来使舵机能全方位搜索光源。             3将多功能板与舵机固定在一起。  &#

14、160;                      4.将舵机与小车固定在一起。            5将Xbee传感器扩展板插在DFRduino Romeo 328控制板上。          &

15、#160; 6将DFRduino Romeo 328控制板固定到车上，然后将传感器和舵机的接口导线插到控制板的IO口上。    注：光传感器读取的是模拟信号，所以要将它们连接到扩展板的Analog口，05口可任意选择。而舵机是数字输出，要连接到PWM输出端，板子上有注明。写代码的时候要注意。                        

16、                        7最后只要将一块太阳能电池板固定在多功能板上就可以了，这样一个小型的向日葵式的太阳能收集装置就做好了。              设计原理及效果  &#

17、160;  4个光传感器的作用是寻找测试环境的最亮点，也就是太阳所在的位置。经过测试，笔者所用的光传感器在光源变亮时，其值会相应减小。所以只要找到这4个传感器所采集到的信号值的最小均值，那么也就找到光源最亮点的所在位置了。再通过舵机的旋转加上电机控制，就可以扫描到周围光线的最亮点了。     将它拿到室外，每隔10分钟，“向日葵”会做一次检测，找到太阳所在位置进行定位并开始采集太阳能。如果加装将太阳能电池板采集到的电能输出到其他设备的功能，就会让“向日葵”变成很有实用价值的会移动的自动充电器。 示意图如下：  &#

18、160;                                                太阳能收集装置参考代码#include <math.h>  &#

19、160; /一些库函数#include <Servo.h>#include <Metro.h>Servo DF15MG1;Servo DF15MG2;int vala,valb,valc,vald,sum,mindata;int average25,pos2=0,i=1,no;void ready()  DF15MG2.write(0);void setup()   DF15MG1.attach(3);   DF15MG2.attach(11);   DF15MG1.write(70); &

20、#160; DF15MG2.write(0);   delay(1000);   for(int i= 0; i < 180; i+)    StartUpcode();      calmaxlight();void loop()     void StartUpcode()    DF15MG1.write(70);    vala=analogRead(0

21、);  /传感器数值读入   valb=analogRead(1);   valc=analogRead(2);   vald=analogRead(3);   pos2=pos2+1;   DF15MG2.write(pos2);   pos2=constrain(pos2,0,180);   if(pos2%10=0)       sum=vala+valb+valc+vald; 

22、/4个传感器求和    averagei=sum/4;         /求均值    mindata=average1;     i+;       delay(10);void calmaxlight()     mindata=average1;   for(int i = 2; i< 19; i

23、+)      if(mindata>averagei)        mindata=averagei;    /找到最小值及其最小值的编号     no = i;              DF15MG2.write(no*10);  /舵机转到光源所在方向 “向日葵”的另一应用追光机器人

24、    在正常的室内环境光下，用手电筒打一束光，产生光源并移动，这时“向日葵”就会跟着你的手电筒转。    其原理类似上述的太阳能收集器，最大的区别在于此处不再做4个传感器的均值，而是将横竖方向的光传感器两两求差。当一端的感应数值小于另一端时，就会向这一端偏转。我们不必放上太阳能电池板，可以随个人喜好在板上固定任何东西，比如插朵花、放个娃娃上去等，这样就能使机器人看起来更加生动了。             

25、                                                  追光机器人参考代码&

26、#160;  #include <math.h>   /一些函数库#include <Servo.h>#include <Metro.h>Servo DF15MG1;Servo DF15MG2;Metro receMetro=Metro(20);Metro proceMetro=Metro(30);Metro transMetro=Metro(40);int sumab,sumcd,pos1=90,pos2=90;  /定义变量int vala,valb,valc,vald;void ready() 

27、; DF15MG1.write(90);   /设定舵机的初始位置为90°  DF15MG2.write(90);void setup()  DF15MG1.attach(3);   DF15MG2.attach(11);void loop()     if(receMetro.check()=1)   /控制数据采集、处理、输出时间            receM

28、erval(10);       receivedata();           if(proceMetro.check()=1)              proceMerval(15);        processdat

29、a();            if(transMetro.check()=1)              transMerval(20);        transmitdata();          

30、; void receivedata()   vala=analogRead(0);  /设定光传感器模拟数据读取端口   valb=analogRead(1);   valc=analogRead(2);   vald=analogRead(3);void processdata()           sumab=vala-valb;    /横竖光传感器读入数值求差   sumcd=valc-vald;