自动逐日式太阳能小车软硬件方案实现

21世纪最紧缺的便是能源，地球上的石油和煤都在以惊人的速度消耗，作为不可再生能源，他们最终都将被消耗殆尽。因此寻找新的代替能源便成了摆在科学家们面前的新课题。

太阳能、核能、风能等新能源中太阳能不但无污染而且储量丰富。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1369w/㎡。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173000TW。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。如此巨大的能量宝库如何不让人心动?

现如今很多地方都已经用太阳能代替原先能源。太阳能发电是应用最多的。但太阳能发电由于材料的原因，从太阳的光能转化为电能的转化率不是很高，而且太阳能电池板比较笨重，如今很多都只用于定点发电，不能很好的用于便携设备，尤其是大功率的移动交通工具。

因此我们就想通过用较小的太阳能板来吸收较多的太阳能来实现太阳能利用率的提高，以及作为汽车的动力来源，已达到节能减排的效果。本设计的目标便是通过透镜的方法，提高单位面积的太阳能电池板上的光照强度，从而减轻了太阳能发电系统的重量，使之有可能应用于实际的太阳能车的设计上。让汽车的能源从石油转变成清洁的太阳能，保护环境实现可持续发展。

2.工作原理

本系统分为光追踪模块、光能收集模块、小车运动模块。

1、光追踪模块，用来检测得到太阳光的入射角度，以使得透镜、太阳能电池板组合能够时刻正对太阳光，充分利用太阳能产生电能

2、光能收集模块，用来吸收太阳能产生电能，并储存在蓄电池中，供给小车使用

光能收集模块采用了透镜来聚焦光线，使得太阳能电池板的面积大大缩小，降低了成本，光能收集模块根据光追踪模块所提供的太阳光直射角度，由单片机驱动步进电机，改变透镜、太阳能板组合的水平角和俯仰角，使其正对太阳光，达到最佳接收效果，而后将太阳能储存在蓄电池中。

3、小车运动模块，利用上述光能发电产生动力，使得小车运动

小车利用蓄电池中的电能运动，本方案采用红外遥控方式来控制小车的前进、后退、转弯等行为

模块示意图：

2.1最佳太阳光入射角度检测模块

本文的方法中首先要知道的便是太阳光的最佳入射角度，知道这个角度后才可以让太阳能电池移动到最佳接受位置。我们使用传感器来感受太阳光的强弱以此来确定太阳光的最佳入射角度。

太阳光的最佳入射角度具体分为水平方位角和垂直俯仰角，因此我们需要让传感器沿着两个轴进行转动。先在水平方向转360°，边转边进行采样分析，记录下光照最强的那个角度，再在垂直方向转动180°，同样进行采样分析，记录下光照最强的点。

1、传感器的选择

有多种传感器可供选择，如光敏电阻，光敏三极管，光敏二极管，光伏电池。

对于光敏三极管、光敏二极管，经验证，在外加5v电源下，光照非常弱时亦能导通，不佳。

光敏电阻在外接5v电源时，无光照条件下，电阻很大，电路中电流很小，在一定光强时电阻很小，电流迅速增大，符合系统要求。但光敏电阻受温度和周围环境影响很大。

光伏电池有如下优点：将接受的光转化为电信号，无需外接电源;在一定范围内，随光强增大，产生的电信号呈线性增大，稳定性好;受温度已经环境因素影响较小。

2、步进电机以及驱动电路

步进电动机是一种将电脉冲信号转变成相应的角位移的机电执行元件，每当输入一个电脉冲信号时，它便转过一个固定的角度(步进角)。

3、同时我们将监测传感器的电流值大小，当小车转弯或行驶到阴影里时，传感器的电流值将会小于一个阈值，这时我们便开始重新监测最佳的太阳入射角。若监测一周下来，最大的值还是比阈值小，那么判定为阴影或其他状况，延迟一段时间后再进行监测。

2.2太阳能的接受

现如今的太阳能发电大多都是固定地点放置大量的太阳能电池板来发电。这种方法又一个不好的地方就是太笨重了，没有便携性。因此我们便想了一个方法，通过透镜的聚焦性，让大面积的光聚焦在比较小的太阳能电池板上，这样太阳能电池板的面积便可以大大减小。而透镜我们选择菲涅尔透镜，这种透镜可以将大部分可见光及红外光聚焦起来，而且成本低，质量轻。从而更加使得这个系统适合于便携。

将太阳能电池板固定在透镜的焦点上。因此我们只要控制透镜的朝向即可，根据监测到的最佳入射角(水平方向角、垂直俯仰角)转向透镜，使之始终垂直于太阳入射光，这样便可实现能源的最大接受。

具体的操作流程与模块1类似，参见上一模块流程图。

系统示意图如下：

2.3太阳能存储及控制

完成了太