原标题：基于ATmega328 MCU的太阳能跟踪器电路设计

　　太阳能跟踪器是一种自动化设备，用于使物体(例如太阳能电池板)定向，有利地涉及太阳光线，因此有利于提高能源设备的有效产量。太阳追踪器的一种类型是定日镜。该原型希望提供专业知识，以通过市场上容易获得的组件来创建简单的太阳能跟踪器，并作为未来发展的指南。所使用的电子组件的尺寸适合处理小型电动机。为了支撑大型物体，还必须实现电源电路。

　　目标!

　　电路设计为尽可能使相关物体朝向太阳。由于太阳的相对位置由于地球自转的影响而发生变化，因此需要一种运动控制系统来将物体自动定位在太阳的前面。该电路由一些光敏电阻和一个伺服电动机组成。ATmega328管理系统逻辑。MCU测量六个光传感器的电压(通过六个模拟输入端口)，并将电动机移至正确的位置。

　　光的探测器

　　由于ATmega328 MCU具有六个ADC输入，因此电路包含六个光传感器。它们由连接到六个固定电阻器的光敏电阻表示，作为电压的分频比。光敏电阻的值必须相同。根据太阳的角度，它们必须从东到西一直以180度的总角距离定位和定向。一个传感器与另一个传感器之间的角距离必须为36度，如图1所示。传感器的“高度”取决于电路在地球上的位置(纬度)。

　　图1：六个光传感器的位置

　　光敏电阻的值可以是任意值，重要的是除数的固定电阻值也应相同。光敏电阻的值必须在太阳光下测量。如图2所示，光敏电阻位于除数的热侧。固定电阻接地。信号(输出)在中央节点上。让我们看一下图2。在此示例中，太阳主要指向第四光传感器。如果所有传感器均具有相同的特性，并且所有电阻均具有相同的值，则第四个除数会向微控制器提供最高电压。根据这个事实，它将决定伺服器的位置。此处使用的光敏电阻具有以下值：

　　•在黑暗中：7MΩ

　　•在环境光下：15kΩ

　　•被太阳照亮：400Ω

　　显然，您可以使用任何光敏电阻。

　　图2：分压器

　　伺服

　　伺服器用于自动化系统，并通过与MCU逻辑端口的单一连接即可实现精确的角度运动。该组件是需要旋转控制的项目的理想选择。可以在任何可以找到5V电源的地方添加它们。脉冲信号控制伺服。它可以以大约180°的角度工作。它以1.5ms的脉冲移至0°，以2ms的脉冲移至90°，以1ms的脉冲移至-90°(如图3所示)。高脉冲的宽度决定了伺服电机的角度。通过适当地选择不同的值，最小值和最大值之间，有可能向伺服定位到任何允许的方向。伺服器可以移动一个小的太阳能电池板或一个小的花盆。为此，您必须构建一个能够包含这些对象的结构。

　　图3：该项目中使用的伺服

　　电气原理图

　　电气原理图(参见图4)非常简单。它由ATMega328P MCU及其外部振荡器组成。六个光敏电阻和相对固定的电阻器实现了电压除数。电阻的值必须与被太阳照亮的光敏电阻的值相同。最开明的除数将提供最高的电压，并且固件将知道跟随太阳将伺服器旋转到指定角度。

　　图4：电气原理图

　　印刷电路板

　　创建PCB不会出现问题。其尺寸为115毫米x 65毫米(图5)。它的实现非常容易。尽管存在许多连接，但它是单层PCB。轨道的厚度足以满足电路的低电流需求。它可以通过转移铅笔，光蚀刻或按揭和剥离纸来生产。

　　图5：PCB

　　安装组件

　　对于电路的组装(请参见图6)，必须安装低剖面的组件，例如电阻器和陶瓷电容器。然后，您可以放置最大的组件。如您所见，光敏电阻的角度不同。它们旋转36°，因为一个传感器与下一个传感器之间的角度距离必须为36度(0°，36°，72°，108°，144°，180°)才能完美地跟随太阳。

　　图6：PCB上组件的2D布局

　　图7显示了组件和PCB的3D视图。

　　图7：3D预览

　　组件清单

　　C1 =陶瓷电容22pF

　　C2 =陶瓷电容22pF

　　C3 =聚酯电容器100nF

　　C4 =电解电容100uF

　　J1 = PCB 2针接头，5mm

　　M1 =伺服SG90

　　PH1 =光敏电阻15kΩ

　　PH2 =光敏电阻15kΩ

　　PH3 =光敏电阻15kΩ

　　PH4 =光敏电阻15kΩ

　　PH5 =光敏电阻15kΩ

　　PH6 =光敏电阻15kΩ

　　R1 =电阻390Ω

　　R2 =电阻390Ω

　　R3 =电阻390Ω

　　R4 =电阻390Ω

　　R5 =电阻390Ω

　　R6 =电阻390Ω

　　U1 = ATMEGA328_PDIP28 MCU

　　Y1 = 16 MHz晶振

　　固件

　　固件并不重要，并且不使用任何库进行伺服管理。脉冲是由MCU的数字端口的快速换向产生的。此换向由UDF“ servo()”执行，该接受以毫秒为单位的脉冲长度作为参数。函数“ setup()”将端口9配置为数字输出，用户可以更改它。每秒执行一次函数“ loop()”，程序读取六个模拟输入并将结果存储在六个整数变量(S0，S1，S2，S3，S4和S5)中。然后，在六个“如果”条件下检查提供更多电压的传感器。它是具有最高太阳光的光敏电阻。这些条件会根据太阳的位置旋转伺服电机。MCU的编程非常简单。您必须在Arduino IDE中输入草图，如下所示：图8。六个角度(0°，36°，72°，108°，144°，180°)的参数通过线性曲线计算得出，如图9所示，并具有以下公式：

　　y(x)= 9.444444 * x + 800

　　使用此公式，您可以找到任意长度的脉冲(以微秒为单位)，从而获得所需的角度。

　　表1：脉冲的角度和相对持续时间

　　图8：Arduino IDE

　　图9：伺服角度的曲线拟合

　　应用领域

　　以下是一些实用且有用的应用程序：

　　•使太阳能电池板朝向太阳以获得最大能量;

　　•使植物或花朵朝向太阳，以获取最大的光线。

　　对于大型物体，可以在功率电路中使用功能强大的伺服器。草图可以根据自己的需要进行修改和更改。如果您不想构建PCB，则可以将Arduino Uno与面包板一起使用，在其上可以安装光敏电阻和电阻器(请参见图10)。ATmega328P的工作温度在-55°C至+ 125°C之间。尽管该范围很宽，但它是放置阴影MCU的理想选择，尤其是在非常温暖的国家/地区。

　　图10：太阳能跟踪器的Arduino实现

　　结论

　　这个项目是非常通用的。用户可以根据自己的需要进行更改。人们应该始终使用太阳能，因为它清洁，自由且充足。另外，为电路供电的能量应取自由太阳能电池板充电的电池，以避免电费支出。