单片机在光伏系统中的应用

余 丹

(江西工业职业技术学院，江西 南昌 330096)

1 光伏系统

光伏系统运用太阳能电池板，硬件电路构建，在光源照射下，自动进行发电。可以在荒山荒坡、农村地区农业大棚建设光伏发电站，缓解电力负荷。根据地区地域特点，经济发展，统筹规划，建立分布式光伏发电设备，实现可再生能源的应用。光伏发电即环保又可持续，发展光伏技术显得尤为重要，要使得光伏系统易于实施，并创造出有效的应用价值。本文通过探究跟踪光源变化，设计光伏逐日系统，光伏电池板及时跟踪光照的角度，由单片机控制舵机运动，跟随光照位置的变化而运动。

2 单片机

随着计算机技术的不断发展，微电子产品集成化、体积微小化，功能更加集成化，单片机产品也在不断发展。由于芯片集成度越高，功能就越强大，单片机在自动控制领域应用很广，广泛应用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器、电子玩具等领域[1]。

单片机价格低廉、系统集成、体积小、质量轻、功能强大，编程语言可用C语言开发，利于学习掌握。在没有硬件的情况下，可以用编程软件和硬件仿真软件进行学习和仿真看运行效果，利于感兴趣者学习，达到节约成本，提高应用单片机进行设计的能力。单片机有多个IO端口，每个引脚输出电平可以驱动负载，根据要求搭建硬件电路，实现不同的功能要求。本文采用AT89C51型号单片机进行电路设计，感应光照强度采用光敏传感器，开发逐日系统跟踪程序，利用Proteus仿真软件查看舵机的脉冲。

3 系统控制要求

本文采用Keil C51软件进行程序设计，编写控制舵机的脉冲，使得2个舵机分别能在东西方向、南北方向可运动的角度达到180°，硬件电路按实际要求设计，这里主要是介绍软件设计部分。在调试实际硬件电路时，先在Proteus软件上进行仿真，调试程序，这样方便随时随地能调试程序，节省开发调试时间，也使得在没有硬件情况下也能设计程序，调试程序。在Keil C51软件上编好程序后，下载到Proteus仿真软件的电路中，通过仿真查看与分析舵机的脉冲波形，不断调试程序，直到达到控制要求。

4 系统设计与实现

这里主要介绍舵机运动的程序设计。跟随光源运动，有东西方向和南北方向两个舵机，哪边光照强，舵机往哪边运动。每一个舵机由51单片机I/O端口某引脚来控制，这里采用P1.0和P1.1引脚来输出舵机脉冲。舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，控制舵机运动的角度，与该脉冲的高电平维持的时间有对应关系，也就是脉冲的高电平宽度不一样，舵机运动的角度就不一样。舵机运行到某个角度，需要对应的脉冲。本文舵机运行的角度范围是0～180°，对应的脉冲高电平部分一般为0.5～2.5ms，对应的控制关系为：

0.5ms——0°；

1.0ms——45°；

1.5ms——90°；

2.0ms——135°；

2.5ms——180°。

单片机通过光敏传感器接收到光照的方向，编写程序实现对应的舵机脉冲输出。单片机编程采用定时器中断函数，脉冲周期约为20ms，根据舵机运动的角度，来确定脉冲的高电平时间，重新给定时器赋初值。采用T0定时器中断，T0初始化函数是设置TMOD模式，选定的是T0定时器，工作在模式1，16位定时器，根据要定时的时间，计算出初值，给TH0、TL0赋初值，打开总中断EA，T0中断ET0，启动T0定时器中断TR0。中断函数实现的是定时时间到，就跳转到T0中断函数，给P1.0和P1.1引脚赋值，同时重新给T0定时器赋初值。通过每次中断响应后，重新给T0赋初值，改变定时时间，使得P1.0和P1.1引脚的电平不断改变，这样就确定了2个引脚高、低电平维持的时间，但2个引脚的脉冲周期为20ms不变，每次改变的是高电平时间，也就是PWM脉冲调制方法。若要使两个舵机分别偏离东90°，偏离南30°，在编程软件Keil C51中编写程序，脉冲输出的主要程序如图1所示。

图1 脉冲输出程序

在Keil C51软件中编写好程序后，形成HEX文件，将其下载至51单片机，可用示波器测量P1.0和P1.1引脚的波形，也可以通过Proteus仿真软件搭建硬件电路，运行后查看仿真波形。每个脉冲的周期约为20ms，根据舵机要运行的角度，计算出对应的脉冲高电平，在单片机程序中设计出来。每一个脉冲控制一个舵机，脉冲的高电平部分确定了舵机运行的角度。图2为Proteus软件仿真的两个舵机引脚的脉冲波形，如P1.0引脚高电平为1.5ms，对应控制了舵机的运动角度为90°，P1.1引脚高电平为0.83ms，对应控制了舵机的运动角度为30°，达到了系统控制的要求。在光伏系统中，用单片机来控制舵机运动，可以追踪光源的变化。

图2 Proteus软件仿真效果图

5 结语

本文介绍了单片机在光伏逐日系统中的应用，以单片机实现舵机运动为例，采用单片机编程产生舵机所需的脉冲，在Proteus仿真软件中查看脉冲波形，达到了逐日系统的要求，舵机能追踪光源的变化。从而可以应用光伏逐日系统，充分利用太阳能发电为农业生产提供光照和热能，达到节能、降耗、环保的目的。