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摘 要：随着市场经济的不断发展，我国能源资源短缺的现状也日益凸显。为了保护生态环境，促进市场经济的长远可持续发展，各国都加强研究，积极寻找其他替代性能源。作为一种可再生的、分布范围广且无污染的能源，太阳能受到了广泛的关注。当前，太阳能电池、热水器等都得到了应用，但是从总体上说，太阳能资源的利用率并不高，成为阻碍太阳能技术普及的重要影响因素。提高太阳能的转换及接收效率也成为当前太阳能应用过程中面临的重要任务之一。
关键词：51单片机；太阳能；跟踪器；设计
一、太阳跟踪器的设计目的
过去，人们往往是利用太阳能收集装置将太阳能收集起来，并转化为其他能源。但是，在收集过程中，太阳光是不断移动的，而接收装置往往是固定在某个地方的。因此，接收装置只能够接收某一个时间段内的阳光，太阳能利用效率不高，大量资源浪费。
太阳能跟踪器设计的根本目的就是要自动跟踪太阳光，提高太阳能的利用率。51单片机太阳能热发电中太阳跟踪器的设计要求如下：第一，太阳能跟踪器能够识别天气状况，并根据天气情况做出适当地行为。在晴天时，跟踪器能够自动跟踪太阳的运行轨迹；而阴天或者没有阳光的时候，太阳能跟踪器能够停止工作，也能够节约能源；第二，太阳能跟踪器要做好软件和硬件的设计，从而保证系统高效、准确运行；第三，在晴天，太阳能跟踪器能够保证太阳能的电池板与太阳光保持垂直，从而扩大吸收面，充分吸收光能；第四，太阳能跟踪器的跟踪频率应该控制在十分钟一次，并尽量避免误差。
二、51单片机太阳能热发电中太阳跟踪器设计分析
下文将从硬件部分和软件部分对51单片机太阳能热发电中太阳跟踪器设计展开简要地分析。
（一）硬件设计
太阳能跟踪器系统主要由以下几个模块构成：单片机控制电路、驱动电路、光电转换电路、AD转换电路等。
第一，光电转换器的设计。光电转换器主要是有几个基本电路构成的，而且每一个电路都是有电容、光敏二极管和电阻等构成的。从分布设计方面来说，光敏二极管的分布位置会影响二极管作用的发挥。因此，要采集光强信号，要合理布置光敏二极管，放大不同方向的微小信号，从而有效地控制电机的运动，保证电池板和太阳光线垂直。下图1为光敏二极管的工作原理图。
图1光敏二极管工作原理
光敏二极管与半导体二极管基本相似，光敏二极管能够暴露在光源中，或者通过各种广岛纤维等到达光敏感的区域，有效地监测光信号。与普通二极管相比，光敏二极管的核心是PN结，其结面较大，结深较浅，在1mm之内。在有光照时，光子就会进入PN结，然后将能量上传给束缚电子，从而产生光生载流子。在反向电压的作用下，光生载流子会发生漂移，进而使反向电流增大，形成“光导电”现象。光敏二极管的光电流量与太阳光的光照强度和特性曲线等密切相关。一般来说，光敏二极管的电压计算公式如下：
电压=光敏二极管产生的光电流*（50K定值电阻+50K可调电阻）
通过调节可调电阻，光照强度会发生变化，输出电压也能得到有效地控制。
第二，AD转换模块电路设计。为有效地模拟电压信号，设计过程中主要采用ADC0808转换器，其转换精度较高，并通过单片机顺利进行转换后的数字信号的处理。AD转换电路模块主要由电压信号输入部分、AD转换器部分、单品机处理电路和锁存器构成。
从原理是来说，AD转换是利用电路将模拟信号（电压、电流、温度、湿度信号等）转换为数字信号，数字信号可以为8位信号、10位信号、12位信号或者16位信号。但是，要注意，在正式转换之前，所输入的信号必须通过传感器转化为电压信号，才能够顺利进行A/D转换。从转换步骤方面来说，A/D转换主要通过采样、保持、量化以及编码四部分构成。AD转换模块主要是通过ADC0808完成电压模拟信号转化为数字信号的过程，之后便将数字信号通过P0口送到单片机，进行在处理。AD转换模块的电路设计如下图：
图2 AD转换模块的电路设计
第三，电机驱动设计。该系统主要应用了四相步进电动机，从而将信号转变成线位移或者角位移，电机的转动速度与脉冲信号等相关，容易控制。
（二）软件设计
51单片机主要是通过采用超大规模的集成电路将CPU随机存储功能、只读存储功能、定时器功能等集成道某一块硅片上，从而形成一个微小的计算机系统，有效控制电机的正转或者反转。软件程序在太阳能跟踪系统中占据核心的位置，如果程序算法设计不合理，纳闷整个系统的可用性就偏低，不能实现既定目的。程序算法，简单来说，就是针对某一个特定的稳定而采取的有限并合理的操作步骤。一般来说，软件程序的算法具有以下特征：必须具有输入量；必须有输出量，是输入量经过算法之后的结果；程序算法描述必须严禁，从而保证算法执行结果的精确性；程序算法能够被所有的图灵系统模拟和运算，必须在有限的步骤内被完成；程序算法可以通过已经实现的算法来实现。系统软件主要发挥以下作用：第一，控制AD转换电路的运行或者停止；第二，对AD转换机转化得到的信号进行处理：判断四个方向的电压值与初始值只i结案的差别大小。如果差别为0或者接近0，则判断无太阳光，可以停止跟踪；如果差值大于0，则判断有阳光直射，要记叙跟踪。如果四个方向电压差值同时为0，则要判断方位角的精確调整信号是否为0，而后进行相关的操作。由此可以看出，51单片机太阳能跟踪系统是根据太阳光的特点来运行的，具有节能的特点。
三、结论
在51单片机太阳能跟踪器的设计过程中，本人主要应用了软硬件相结合的方法，并将AT89C51单片机作为核心。这种单片机设计相对方便、程序指令快速且驱动力高，使得整个系统的反应十分灵敏。跟踪器每隔十分钟就能够调整一次，有利于降低系统的能量消耗，具有节约资源的特点。总之，该系统的设计和应用对于提高太阳能资源的利用率，充分发挥太阳能资源的替代作用具有十分重要的意义。未来，学者应该加强研究，进一步优化系统设计方案，使其更好地跟踪并收集分散的太阳光，从而为人类的生产与生活做出更大的贡献。
参考文献
[1]赵建华，张婷婷.太阳跟踪控制系统的研究与设计[J].电子测量技术.2016（03）
[2]马健，向平，赵卫凤，毕玉庆.基于步进电机的太阳跟踪系统设计[J].电力电子技术.2008（09）
（作者单位：辽宁科技学院 生产过程自动化专业）
关键词：51单片机；太阳能；跟踪器；设计
一、太阳跟踪器的设计目的
过去，人们往往是利用太阳能收集装置将太阳能收集起来，并转化为其他能源。但是，在收集过程中，太阳光是不断移动的，而接收装置往往是固定在某个地方的。因此，接收装置只能够接收某一个时间段内的阳光，太阳能利用效率不高，大量资源浪费。
太阳能跟踪器设计的根本目的就是要自动跟踪太阳光，提高太阳能的利用率。51单片机太阳能热发电中太阳跟踪器的设计要求如下：第一，太阳能跟踪器能够识别天气状况，并根据天气情况做出适当地行为。在晴天时，跟踪器能够自动跟踪太阳的运行轨迹；而阴天或者没有阳光的时候，太阳能跟踪器能够停止工作，也能够节约能源；第二，太阳能跟踪器要做好软件和硬件的设计，从而保证系统高效、准确运行；第三，在晴天，太阳能跟踪器能够保证太阳能的电池板与太阳光保持垂直，从而扩大吸收面，充分吸收光能；第四，太阳能跟踪器的跟踪频率应该控制在十分钟一次，并尽量避免误差。
二、51单片机太阳能热发电中太阳跟踪器设计分析
下文将从硬件部分和软件部分对51单片机太阳能热发电中太阳跟踪器设计展开简要地分析。
（一）硬件设计
太阳能跟踪器系统主要由以下几个模块构成：单片机控制电路、驱动电路、光电转换电路、AD转换电路等。
第一，光电转换器的设计。光电转换器主要是有几个基本电路构成的，而且每一个电路都是有电容、光敏二极管和电阻等构成的。从分布设计方面来说，光敏二极管的分布位置会影响二极管作用的发挥。因此，要采集光强信号，要合理布置光敏二极管，放大不同方向的微小信号，从而有效地控制电机的运动，保证电池板和太阳光线垂直。下图1为光敏二极管的工作原理图。
图1光敏二极管工作原理
光敏二极管与半导体二极管基本相似，光敏二极管能够暴露在光源中，或者通过各种广岛纤维等到达光敏感的区域，有效地监测光信号。与普通二极管相比，光敏二极管的核心是PN结，其结面较大，结深较浅，在1mm之内。在有光照时，光子就会进入PN结，然后将能量上传给束缚电子，从而产生光生载流子。在反向电压的作用下，光生载流子会发生漂移，进而使反向电流增大，形成“光导电”现象。光敏二极管的光电流量与太阳光的光照强度和特性曲线等密切相关。一般来说，光敏二极管的电压计算公式如下：
电压=光敏二极管产生的光电流*（50K定值电阻+50K可调电阻）
通过调节可调电阻，光照强度会发生变化，输出电压也能得到有效地控制。
第二，AD转换模块电路设计。为有效地模拟电压信号，设计过程中主要采用ADC0808转换器，其转换精度较高，并通过单片机顺利进行转换后的数字信号的处理。AD转换电路模块主要由电压信号输入部分、AD转换器部分、单品机处理电路和锁存器构成。
从原理是来说，AD转换是利用电路将模拟信号（电压、电流、温度、湿度信号等）转换为数字信号，数字信号可以为8位信号、10位信号、12位信号或者16位信号。但是，要注意，在正式转换之前，所输入的信号必须通过传感器转化为电压信号，才能够顺利进行A/D转换。从转换步骤方面来说，A/D转换主要通过采样、保持、量化以及编码四部分构成。AD转换模块主要是通过ADC0808完成电压模拟信号转化为数字信号的过程，之后便将数字信号通过P0口送到单片机，进行在处理。AD转换模块的电路设计如下图：
图2 AD转换模块的电路设计
第三，电机驱动设计。该系统主要应用了四相步进电动机，从而将信号转变成线位移或者角位移，电机的转动速度与脉冲信号等相关，容易控制。
（二）软件设计
51单片机主要是通过采用超大规模的集成电路将CPU随机存储功能、只读存储功能、定时器功能等集成道某一块硅片上，从而形成一个微小的计算机系统，有效控制电机的正转或者反转。软件程序在太阳能跟踪系统中占据核心的位置，如果程序算法设计不合理，纳闷整个系统的可用性就偏低，不能实现既定目的。程序算法，简单来说，就是针对某一个特定的稳定而采取的有限并合理的操作步骤。一般来说，软件程序的算法具有以下特征：必须具有输入量；必须有输出量，是输入量经过算法之后的结果；程序算法描述必须严禁，从而保证算法执行结果的精确性；程序算法能够被所有的图灵系统模拟和运算，必须在有限的步骤内被完成；程序算法可以通过已经实现的算法来实现。系统软件主要发挥以下作用：第一，控制AD转换电路的运行或者停止；第二，对AD转换机转化得到的信号进行处理：判断四个方向的电压值与初始值只i结案的差别大小。如果差别为0或者接近0，则判断无太阳光，可以停止跟踪；如果差值大于0，则判断有阳光直射，要记叙跟踪。如果四个方向电压差值同时为0，则要判断方位角的精確调整信号是否为0，而后进行相关的操作。由此可以看出，51单片机太阳能跟踪系统是根据太阳光的特点来运行的，具有节能的特点。
三、结论
在51单片机太阳能跟踪器的设计过程中，本人主要应用了软硬件相结合的方法，并将AT89C51单片机作为核心。这种单片机设计相对方便、程序指令快速且驱动力高，使得整个系统的反应十分灵敏。跟踪器每隔十分钟就能够调整一次，有利于降低系统的能量消耗，具有节约资源的特点。总之，该系统的设计和应用对于提高太阳能资源的利用率，充分发挥太阳能资源的替代作用具有十分重要的意义。未来，学者应该加强研究，进一步优化系统设计方案，使其更好地跟踪并收集分散的太阳光，从而为人类的生产与生活做出更大的贡献。
参考文献
[1]赵建华，张婷婷.太阳跟踪控制系统的研究与设计[J].电子测量技术.2016（03）
[2]马健，向平，赵卫凤，毕玉庆.基于步进电机的太阳跟踪系统设计[J].电力电子技术.2008（09）
（作者单位：辽宁科技学院 生产过程自动化专业）