基于Arduino的小型太陽(yáng)能收集裝置

1、會(huì)移動(dòng)的“向日葵”基于Arduino的小型太陽(yáng)能收集裝置時(shí)間：2012-10-19 10:28:47  作者：王飛劍  來(lái)源：  查看：2918  評(píng)論：0導(dǎo)讀： 前言： 現(xiàn)代社會(huì)越來(lái)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(lái)越稀缺，在不久的將來(lái)，綠色能源勢(shì)必會(huì)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(yáng)能、水能、生物能等。其中太陽(yáng)能更是越來(lái)越得到人們的青睞，在人們的生活工作. 前言：     現(xiàn)代社會(huì)越來(lái)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(lái)越稀缺，在不久的將來(lái)，綠色能源勢(shì)必會(huì)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(yáng)能、水能、生物能等。其中太陽(yáng)能更是越來(lái)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(yáng)能發(fā)電就是其中最普遍的一種應(yīng)用。一般的太陽(yáng)能收集裝置都是固定在一個(gè)方向的，不能充分采集太陽(yáng)能。筆者制作了一款名為“向日葵”的太陽(yáng)能收集裝置，它的最大特點(diǎn)就是裝有轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，4個(gè)在太陽(yáng)能板周?chē)墓鈧鞲衅麟S時(shí)檢測(cè)周?chē)h(huán)境光的亮度，經(jīng)過(guò)代碼處理，加上底下舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)，就能讓太陽(yáng)電池能板始終對(duì)著光最強(qiáng)的方向。放到太陽(yáng)光下的效果，就是它始終會(huì)對(duì)著太陽(yáng)的方向，這樣就能保證最大限度地收

3、集太陽(yáng)能。     筆者的太陽(yáng)能收集裝置基于Arduino制作，所用的元件都與Arduino兼容。Arduino是一個(gè)開(kāi)放源代碼的硬件項(xiàng)目，最大的優(yōu)勢(shì)就是具有良好的開(kāi)放性和擴(kuò)展性。用戶(hù)在它的官網(wǎng)上可以隨時(shí)免費(fèi)下載電路圖、源碼和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境等，依據(jù)官方提供的PCB和SCH電路圖，簡(jiǎn)化Arduino模組，來(lái)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(yǔ)言類(lèi)似C語(yǔ)言，但是結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，更簡(jiǎn)潔易懂，對(duì)于機(jī)器人愛(ài)好者和電子知識(shí)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(duì)小車(chē)平臺(tái)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(gè)光線傳感器、2個(gè)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(chē)（將向日葵固定在小車(chē)上，方便全方位監(jiān)測(cè)）、1塊太陽(yáng)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(chēng)功能所需數(shù)目（個(gè)）參考價(jià)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(lái)對(duì)環(huán)境光線的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)410×42自由度DF15MG舵機(jī)云臺(tái)含兩個(gè)舵機(jī)和1個(gè)支架，用于多自由度機(jī)械臂、監(jiān)控云臺(tái)、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(gè)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(dòng)、鍵盤(pán)、IO擴(kuò)展板、無(wú)線數(shù)串等接口，可方便地控制2個(gè)直流電機(jī)1300太陽(yáng)能電池板用于收集太陽(yáng)能150路虎5履帶小車(chē)用于安裝舵機(jī)，以進(jìn)行全方位檢測(cè)11881.2V充電電池小車(chē)和Romeo控制器的電源6    路虎（Rover）5履帶小車(chē)    路虎5履帶小車(chē)與一般履帶小車(chē)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(chē)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?jiàn)A角的位置。    由于Romeo的工作電壓在712v，并且履帶小車(chē)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(huì)是一種比較合適的選擇。 制作過(guò)程    準(zhǔn)備好了上述材料就可以將這些元器件拼起來(lái)了，制作步驟如下。1將4個(gè)環(huán)境光線傳感器呈“十”字形固定在多功能固定板的4個(gè)邊上，這樣做的目的是方便檢測(cè)四周光線，尤其是在制作追光機(jī)器人時(shí)更體現(xiàn)了它的優(yōu)勢(shì)。   

13、;      2將2個(gè)舵機(jī)固定在一起。這2個(gè)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(yáng)能收集器時(shí)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?yàn)橐獙ふ夜庠?，所以需?60°旋轉(zhuǎn)，為此我將它安裝在小車(chē)上，通過(guò)控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)來(lái)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(chē)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(chē)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(hào)，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(xiě)代碼的時(shí)候要注意。                        

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

17、160;  4個(gè)光傳感器的作用是尋找測(cè)試環(huán)境的最亮點(diǎn)，也就是太陽(yáng)所在的位置。經(jīng)過(guò)測(cè)試，筆者所用的光傳感器在光源變亮?xí)r，其值會(huì)相應(yīng)減小。所以只要找到這4個(gè)傳感器所采集到的信號(hào)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(guò)舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)加上電機(jī)控制，就可以掃描到周?chē)饩€的最亮點(diǎn)了。     將它拿到室外，每隔10分鐘，“向日葵”會(huì)做一次檢測(cè)，找到太陽(yáng)所在位置進(jìn)行定位并開(kāi)始采集太陽(yáng)能。如果加裝將太陽(yáng)能電池板采集到的電能輸出到其他設(shè)備的功能，就會(huì)讓“向日葵”變成很有實(shí)用價(jià)值的會(huì)移動(dòng)的自動(dòng)充電器。 示意圖如下：  &#

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

19、160; /一些庫(kù)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(gè)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(hào)     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(dòng)，這時(shí)“向日葵”就會(huì)跟著你的手電筒轉(zhuǎn)。    其原理類(lèi)似上述的太陽(yáng)能收集器，最大的區(qū)別在于此處不再做4個(gè)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(shí)，就會(huì)向這一端偏轉(zhuǎn)。我們不必放上太陽(yáng)能電池板，可以隨個(gè)人喜好在板上固定任何東西，比如插朵花、放個(gè)娃娃上去等，這樣就能使機(jī)器人看起來(lái)更加生動(dòng)了。             

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

26、#160;  #include <math.h>   /一些函數(shù)庫(kù)#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(shí)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;