基于Arduino的小型太陽能收集裝置

1、會移動的“向日葵”基于Arduino的小型太陽能收集裝置時間：2012-10-19 10:28:47  作者：王飛劍  來源：  查看：2918  評論：0導(dǎo)讀： 前言： 現(xiàn)代社會越來越講究資源的節(jié)約，隨著煤、石油、天然氣這些不可再生能源越來越稀缺，在不久的將來，綠色能源勢必會成為主流能源。所謂綠色能源，也就是可再生能源，包括風(fēng)能、太陽能、水能、生物能等。其中太陽能更是越來越得到人們的青睞，在人們的生活工作. 前言：     現(xiàn)代社會越來越講究資源的節(jié)約，

2、隨著煤、石油、天然氣這些不可再生能源越來越稀缺，在不久的將來，綠色能源勢必會成為主流能源。所謂綠色能源，也就是可再生能源，包括風(fēng)能、太陽能、水能、生物能等。其中太陽能更是越來越得到人們的青睞，在人們的生活工作中起著廣泛的作用，太陽能發(fā)電就是其中最普遍的一種應(yīng)用。一般的太陽能收集裝置都是固定在一個方向的，不能充分采集太陽能。筆者制作了一款名為“向日葵”的太陽能收集裝置，它的最大特點(diǎn)就是裝有轉(zhuǎn)動裝置，4個在太陽能板周圍的光傳感器隨時檢測周圍環(huán)境光的亮度，經(jīng)過代碼處理，加上底下舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)，就能讓太陽電池能板始終對著光最強(qiáng)的方向。放到太陽光下的效果，就是它始終會對著太陽的方向，這樣就能保證最大限度地收

3、集太陽能。     筆者的太陽能收集裝置基于Arduino制作，所用的元件都與Arduino兼容。Arduino是一個開放源代碼的硬件項目，最大的優(yōu)勢就是具有良好的開放性和擴(kuò)展性。用戶在它的官網(wǎng)上可以隨時免費(fèi)下載電路圖、源碼和軟件開發(fā)環(huán)境等，依據(jù)官方提供的PCB和SCH電路圖，簡化Arduino模組，來完成獨(dú)立運(yùn)作的微處理控制；也可以很方便地與傳感器、各式各樣的電子元件（紅外線、超音波、熱敏電阻、光敏電阻、伺服電機(jī)等）連接。Arduino所用的編程語言類似C語言，但是結(jié)構(gòu)更簡單，更簡潔易懂，對于機(jī)器人愛好者和電子知識尚欠缺的人群而言更容易上手。 

4、;    筆者使用DFRobot 的Romeo控制器對小車平臺做直接的電機(jī)控制。首先準(zhǔn)備好制作“向日葵”的材料，這里用到了4個光線傳感器、2個舵機(jī)及固定支架、1塊擴(kuò)展板、1塊控制板、1塊多功能固定板、1部Rover 5小車（將向日葵固定在小車上，方便全方位監(jiān)測）、1塊太陽能板，最后別忘了電源（712V）。詳細(xì)信息如表1所示。                    &#

5、160;                                                   

6、                                                   

7、;                                                  

8、;                                                    &#

9、160;                                                  &

10、#160;             表1  所需器件參考信息     元件名稱功能所需數(shù)目（個）參考價格（元）DFR0026環(huán)保模擬環(huán)境光線傳感器基于環(huán)保型光敏二極管的光線傳感器，可以用來對環(huán)境光線的強(qiáng)度進(jìn)行檢測410×42自由度DF15MG舵機(jī)云臺含兩個舵機(jī)和1個支架，用于多自由度機(jī)械臂、監(jiān)控云臺、雙足機(jī)器人、多足機(jī)器人等1259多孔原型鈑金板多功能固定板，用于傳感器、電機(jī)等固定159Xbee傳感器擴(kuò)展板

11、V5一個傳感器擴(kuò)展板，能使大部分傳感器輕松地和Arduino控制板連接175DFRduino Romeo 328控制器基于Arduino的實(shí)用控制器，該控制器集成了電機(jī)驅(qū)動、鍵盤、IO擴(kuò)展板、無線數(shù)串等接口，可方便地控制2個直流電機(jī)1300太陽能電池板用于收集太陽能150路虎5履帶小車用于安裝舵機(jī)，以進(jìn)行全方位檢測11881.2V充電電池小車和Romeo控制器的電源6    路虎（Rover）5履帶小車    路虎5履帶小車與一般履帶小車相比不同的地方是，可以根據(jù)路面情況的需要，調(diào)節(jié)前后輪的高度。為了提高履帶小車的越野性能及

12、美觀度，筆者將前后輪支架調(diào)節(jié)到了與地面形成15°左右夾角的位置。    由于Romeo的工作電壓在712v，并且履帶小車的工作電壓與Romeo控制器相近，所以使用了6節(jié)1.2V的充電電池作為電機(jī)和Romeo控制器的電源，當(dāng)然，選用7.4V的鋰電池也會是一種比較合適的選擇。 制作過程    準(zhǔn)備好了上述材料就可以將這些元器件拼起來了，制作步驟如下。1將4個環(huán)境光線傳感器呈“十”字形固定在多功能固定板的4個邊上，這樣做的目的是方便檢測四周光線，尤其是在制作追光機(jī)器人時更體現(xiàn)了它的優(yōu)勢。   

13、;      2將2個舵機(jī)固定在一起。這2個舵機(jī)分別控制橫向和縱向的旋轉(zhuǎn)，這里所用的舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度是從0°到180°的?？紤]到橫向舵機(jī)在做太陽能收集器時不需要180°旋轉(zhuǎn)，所以只要設(shè)定一定的偏角即可。而縱向舵機(jī)因為要尋找光源，所以需要360°旋轉(zhuǎn)，為此我將它安裝在小車上，通過控制小車的運(yùn)動來使舵機(jī)能全方位搜索光源。             3將多功能板與舵機(jī)固定在一起。  &#

14、160;                      4.將舵機(jī)與小車固定在一起。            5將Xbee傳感器擴(kuò)展板插在DFRduino Romeo 328控制板上。          &

15、#160; 6將DFRduino Romeo 328控制板固定到車上，然后將傳感器和舵機(jī)的接口導(dǎo)線插到控制板的IO口上。    注：光傳感器讀取的是模擬信號，所以要將它們連接到擴(kuò)展板的Analog口，05口可任意選擇。而舵機(jī)是數(shù)字輸出，要連接到PWM輸出端，板子上有注明。寫代碼的時候要注意。                        

16、                        7最后只要將一塊太陽能電池板固定在多功能板上就可以了，這樣一個小型的向日葵式的太陽能收集裝置就做好了。              設(shè)計原理及效果  &#

17、160;  4個光傳感器的作用是尋找測試環(huán)境的最亮點(diǎn)，也就是太陽所在的位置。經(jīng)過測試，筆者所用的光傳感器在光源變亮?xí)r，其值會相應(yīng)減小。所以只要找到這4個傳感器所采集到的信號值的最小均值，那么也就找到光源最亮點(diǎn)的所在位置了。再通過舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)加上電機(jī)控制，就可以掃描到周圍光線的最亮點(diǎn)了。     將它拿到室外，每隔10分鐘，“向日葵”會做一次檢測，找到太陽所在位置進(jìn)行定位并開始采集太陽能。如果加裝將太陽能電池板采集到的電能輸出到其他設(shè)備的功能，就會讓“向日葵”變成很有實(shí)用價值的會移動的自動充電器。 示意圖如下：  &#

18、160;                                                太陽能收集裝置參考代碼#include <math.h>  &#

19、160; /一些庫函數(shù)#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、);  /傳感器數(shù)值讀入   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個傳感器求和    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編號     no = i;              DF15MG2.write(no*10);  /舵機(jī)轉(zhuǎn)到光源所在方向 “向日葵”的另一應(yīng)用追光機(jī)器人

24、    在正常的室內(nèi)環(huán)境光下，用手電筒打一束光，產(chǎn)生光源并移動，這時“向日葵”就會跟著你的手電筒轉(zhuǎn)。    其原理類似上述的太陽能收集器，最大的區(qū)別在于此處不再做4個傳感器的均值，而是將橫豎方向的光傳感器兩兩求差。當(dāng)一端的感應(yīng)數(shù)值小于另一端時，就會向這一端偏轉(zhuǎn)。我們不必放上太陽能電池板，可以隨個人喜好在板上固定任何東西，比如插朵花、放個娃娃上去等，這樣就能使機(jī)器人看起來更加生動了。             

25、                                                  追光機(jī)器人參考代碼&

26、#160;  #include <math.h>   /一些函數(shù)庫#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;  /定義變量int vala,valb,valc,vald;void ready() 

27、; DF15MG1.write(90);   /設(shè)定舵機(jī)的初始位置為90°  DF15MG2.write(90);void setup()  DF15MG1.attach(3);   DF15MG2.attach(11);void loop()     if(receMetro.check()=1)   /控制數(shù)據(jù)采集、處理、輸出時間            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);  /設(shè)定光傳感器模擬數(shù)據(jù)讀取端口   valb=analogRead(1);   valc=analogRead(2);   vald=analogRead(3);void processdata()           sumab=vala-valb;    /橫豎光傳感器讀入數(shù)值求差   sumcd=valc-vald;