（汉口学院艺术设计学院湖北省武汉市430212）
摘要：人类对太阳能的利用已经很有历史了，而在能源逐渐短缺的今天，太阳能作为绿色环保的新能源之一，其效率的进一步提高仍具有重要意义。跟随太阳的向日葵的原则，跟踪多平行轴的结构设计是为了实现太阳跟踪技术和太阳能光伏系统对此进行分析，介绍了三种主要的太阳能发电系统的应用，现有的跟踪方法也已经完成。仿照向日葵的向阳原理，设计了相应的跟踪系统结构，并对系统各部分的结构、功能与器件选取原则进行了相关理论与实验研究，得到了系统的基本结构模型。
关键词：向日葵；太阳能发电；光电板
引言
从太阳能利用的发展过程来看，它的发展不是渐进的、平稳的。原因是它与太阳能本身的特性无关。一方面，太阳的光是分散的。虽然太阳辐射到达地球表面的总量很大，但其能量流密度很低。如果一天一夜后，太阳辐射功率只能达到200W/m2，和这样的太阳辐射的能量密度相对较低。另一方面，太阳能是不连续的，不稳定的。这是因为到达地面的太阳辐照度与天气的变化不一样，如阴天、多云、雨以及其他自然因素，如白天和黑夜、季节、地理纬度和高度。这些太阳辐射的特点导致了其利用率低、转换效率低、使用成本高的局限性。因此，提高太阳能转换效率和降低经济成本的技术得到了不断的发展。
理论研究表明，太阳能自动全方位跟踪技术的使用可以提高20%的利用率40%与固定跟踪方法相比，具有连续的太阳能利用发展和稳定的重要研究意义。作为新能源资源中最丰富、最稳定的资源，其跟踪技术的发展对传统能源的逐步替代，对新能源和传统能源的经济效益的提高起到了重要作用。在当前太阳能应用领域，太阳能跟踪技术的发展对太阳能在发电领域的应用有着更为突出的影响。太阳能发电系统包括光伏发电系统和光热发电系统。
1系统设计
1.1总体方案
向日葵追逐系统由四部分组成：控制模块、检测模块、执行模块和储能模块。
控制模块实现了由STC89C52单片机自动控制。检测模块由两个光敏电阻和四个轻触开关组成的检测电路完成。执行模块由两个步进电机和太阳能板支架组成。储能模块包括升压电路和充电电路。
1.2设计原理
仿生跟踪思想是以向日葵的太阳原理为基础的，即向日葵在向日葵不均匀的情况下会导致生长素的不均匀分布。生长素增加了背光侧的含量，刺激背光源表面细胞的生长，使光盘慢慢转向太阳。感光元件是一种光电敏感元件的电特性参数随外界光辐射的变化明显改变。本课题利用不同光传感器的电特性参数的差异，设计了一种并联多轴支撑结构。向日葵类似向日葵的太阳系在许多方向上都能找到。
1.3核心部分
光电跟踪中常用的光电传感器有很多种，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电管和CCD图像传感器。利用光导管、光电池和光敏三极管的三种最常见的光电检测装置，设计了相应电路。从理论和实验两方面对检测特性进行了分析，得到了适合该课题跟踪结构的光电传感器。
2硬件电路设计
2.1单片机及其外围电路
向日葵式太阳能面板控制器采用MC9S08AW60。MC9S08AW60是支持5V的第一个成员是基于HCS08系列高性能核心。它包含许多有价值的功能，灵活，无需外部元件，内部时钟发生器，低电压检测，高性能的模数转换器，串行通信模块等。
2.2光强传感器及其电路
由于需要感受四个方向的光强，所以需要自制光强传感器用以追踪传感来判定太阳光源的方位所在。
光强传感器的基本元件是光敏电阻和光敏电阻。这些材料在特定波长照射下具有迅速降低电阻的特性。这是因为载流子产生的光与导电有关，外电场的作用是移动的，电子移动到正的功率，空化流到阴极的功率，从而迅速减少。光敏电阻具有以下特性：
1.光敏电阻是属于无极性(奥姆结构)，故使用上简易方便；
2.光敏电阻会随著光能强度使内阻抗改变的光可变也阻；
3.光敏电阻于周围环境光变亮时，内电阻阻会下降[7]；
4.光敏电阻对于光的敏感性(即光谱特性)约在0.4-0.8mm和太阳光的可见光范围波长0.38-0.76mm的响应很接近。
当光照在光敏电阻上时，随着光强的变化，输出电压也随之改变：光强度越大，光敏电阻阻值越小，输出电压越大，反之亦然。世界的分别由0、1、2四角的模拟信号电压的方向，在连接到模拟输入口的AD转换器。
2.3向日葵式太阳能电池板控制器总电路设计
东、西部光强传感器分别感受光强对应方向的光强，转换为电压信号。对电压跟随器的南北方向的电压模拟信号通过0、1连接到ADC0809转换器的模拟输入端口，分别为2和3。
ADC0809是由STC89C51单片机控制，单片机端口P1.4接到了时钟信号，P1.1~P1.3端口选择信号接收模拟了单片机。对0、1的模拟信号，2和3转换序列，和P1.0接收控制信号由单片机启动和控制AD转换器。单片机通过P1.5发送读信号，并将数字信号输出到AD端口P0.0~P0.7。
根据光强度信号在输入每个方向，单片机输出直流电机调节方向的东、西、南北方向通过加工过程p2.0-p2.3。以用P2.0和P2.1为例，输出信号如下：直流电机转速为10；输出信号为01时，直流电机反转；输出信号为00时，直流电机停止转动。通过控制直流电动机，实现像向日葵一样追踪太阳的目的，使太阳光线始终垂直于太阳能板。
3系统软件设计
ADC0809是由单片机STC89C51控制。首先，它将第一通道的地址，和AD转换器打开第一通道，然后通道地址锁存器。开业后将由单片机控制，0.5s延迟后，转换价值是由单片机和是否所有四通道已经转读。如果没有，然后采取下一步的通道地址和开始新的转型。如果四个通道转换结束后，数据将被处理。
单片机STC89C51反映在东西方向的数字信号的强度和南北方向分别。如果东方数字大于西部，马达在转动；如果东方的数字小于西部数字，马达反转；如果东方的数字数量等于西部数字，马达就会停止转动。电机旋转的目的是保持太阳能板垂直于光。南北方向与东部和欧美地区相同。在控制电机程序的执行后，重新读取四个方向的光强信号，使这个过程循环，达到实时精确控制的目的，使太阳能电池板始终垂直于太阳光，在相同的时间内获取的能量最大化。
4总结
1.系统中的检测信号来自太阳光下阴影的阴影，使系统的抗干扰能力大大增强
2.系统由单片机自动控制，使系统工作稳定、准确性高。
3.系统由软件设计，使系统工作持续时间长。
向日葵式太阳能主要用于太阳能电池板、太阳能热水器、太阳能灶等设备，其主要功能是提高太阳能的利用率，新能源的获取方式也在不断的进行变化与改进，这样才能使得不可再生的能源减少用量。在不久的将来我们的天空会更加的蓝，水更加的清，空气会越来越好。
参考文献
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[2]杜维嘉;翟章印;吉帅;藏婷玉.半绝缘GaAs的欧姆接触电极材料Ag/Co掺杂的非晶碳膜制备与检测.大学物理,2017(6);78-81.
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[4]田红光;李晓丹.光纤照明系统在井下照明的应用研究.微型机与应用,2015(34):48-49.
[5]夏江涛.光电探测系统中的自动准直控制技术.硕博学位论文.2016