自动逐日式太阳能小车软硬件方案实现

阳光最佳入射角的检测以及太阳能电池板的移位之后便要将太阳能存储起来，以供小车驱动及电机的耗能。因此我们需要一个蓄电电路，由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组成。

2.3.1太阳能控制器

由于太阳能电池的输入电压及功率受光照等因素影响而不稳定，因此需要一个太阳能充放电控制器对其进行控制以达到对蓄电池充电保护，放电保护，析气调节，超压保护，过流保护等 ，使之不会过充过放电。

太阳能控制器主要包裹单片机、电压采集单元、逆变单元、电流电压反馈单元、保护单元、运行指示输出单元等。

其中单片机作为微处理器控制作用;电流电压反馈单元对系统电压电流反馈信号检测，可采用电阻法、霍尔传感器法、互感器法;电压采集单元由可调电阻与单片机A/D转换模块组成，将模拟信号转换为数字信号;保护单元检测电路电流以防止短路等情况;指示单元可现实电路各种工作状态并在异常时发出警报。

下面是该模块的流程图

2.3.2能量存储

对于蓄电池的选用可以选普通的铅酸蓄电池，成本可以低一些，也已经足矣达到我们的要求了。

由于暂时没有找到可以边充电边放电的蓄电池，因此我们只能选用两个蓄电池，一个对系统进行供能，一个进行充电，当充满后可以再将两者互换继续使用。两者的互换可以通过单片机控制继电器来实现.

示意电路图如下

2.4小车的遥控及驱动模块

有了能源动力，小车的行驶也必须要得到控制，因此在方案里，我们采用红外遥控小车的运动，并实现对小车两个蓄电池的切换。

2.4.1红外遥控小车的运动：

小车的运动模式有4种：前进、后退、左转、右转，在本方案中，设计成有四个按钮来分别代表上述四种运动模式，放开按钮则代表小车停止运动。

小车所使用的普通直流电机的工作电压大于单片机输出端所提供的电压，因此还需要一个电机驱动芯片

小车的遥控实现：

2.4.2小车车速的控制：

本方案中出于成本考虑，并未采用步进电机来进行精确的调速，而是采用了普通的直流电机，可采用PWM调速法进行调速，利用单片机输出端输出高电平的脉宽及其占空比的大小来控制电机的转速，从而控制小车的速度

2.4.3小车的转向:

小车的转向采用差速法，即两个直流电机分别控制两个轮子，当两个轮子的转速一致时，小车前进或后退，当两个轮子同向但有速度差时，小车转向

2.4.4两个蓄电池的切换：

在本方案中，采用的蓄电池不能同时进行充电和放电过程，因此必须使用两个蓄电池，一个电池供电给小车使用，另一个电池吸收太阳能充电，因此势必要控制好两个蓄电池的切换，考虑用单片机控制继电器的通断来切换蓄电池的状态，而控制信号可以由用户通过红外遥控输出

在上述的两个过程中，单片机的具体工作包括对用户指令的解码、对电机驱动芯片的控制、对继电器的控制这三个部分

3.可行性分析

3.1太阳能的接受转化及耗能

3.1.1太阳能发电中最重要的便是太阳能电池板。因为太阳能利用率的低下使得如何提高太阳能电池板的光电转换率成为了一个关注的问题。

光伏电池的输出电流：

其中np 并联的光伏电池个数 ，

ns 串联的光伏电池个数，

Iph 用来表示太阳能光伏电池所产生的电流 。

S为太阳的日照强度

ISSO 是太阳能光伏电池工作在参考温度和日照条件下的测得的短路电流

Isat 太阳能反向饱和电流

q：一个电子所含的电荷量

k：波尔兹曼常数

T：太阳能光伏电池的温度

A：太阳能光伏电池的理想因数(1~5)

V:输出电流

那么可得太阳能光伏电池的输出功率由上诉三个公式可知，太阳能电池板的输出功率和光照强度和温度有关

由上诉两图所示，温度一定时，提高光照强度可以提高输出功率。则我们来估算一下太阳能电池板的输出功率大概有多少。

假设环境为AM1.5，太阳常数1200W/m2，温度25摄氏度。

设我们的菲涅尔透镜的表面积为30cm*30cm，则接受到的太阳光功率，

P阳=1200*(30*30)/10000=108w

普通光照时一般的太阳能板的转化率为15%左右，如今我们将菲涅尔透镜接收到的阳光聚焦，增大了光照强度，则可提高单位面积上的太阳能转化率。

假设我们的太阳能电池板面积10cm*10cm,那么光照强度便提升了(30*30)/(10*10)=9倍。由公式(2)知，光伏电池产生的电流提高了9倍，理论上分析可得太阳能电池板的输出功率增加了好几倍，但由于材料的性能以、温度升高以及能量存储时的消耗等方面原因，实际的转化率提升并不如理论上这么理想，保守估计转化率为20%-25%

那么我们粗略计算可得

P输出=P阳*η=108w*22.5%=24.3w

假设经过太阳能控制器和蓄电池后损耗10%的能量，

那么最后存入蓄电池的能量为

P存=P输出*90%=21.87w

3.1.2步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是