会移动的向日葵基于Arduino的小型太阳能收集装置.docx
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会移动的向日葵基于Arduino的小型太阳能收集装置
会移动的“向日葵”——基于Arduino的小型太阳能收集装置
导读：
前言：
现代社会越来越讲究资源的节约，随着煤、石油、天然气这些不可再生能源越来越稀缺，在不久的将来，绿色能源势必会成为主流能源。
所谓绿色能源，也就是可再生能源，包括风能、太阳能、水能、生物能等。
其中太阳能更是越来越得到人们的青睐，在人们的生活工作..
前言：
现代社会越来越讲究资源的节约，随着煤、石油、天然气这些不可再生能源越来越稀缺，在不久的将来，绿色能源势必会成为主流能源。
所谓绿色能源，也就是可再生能源，包括风能、太阳能、水能、生物能等。
其中太阳能更是越来越得到人们的青睐，在人们的生活工作中起着广泛的作用，太阳能发电就是其中最普遍的一种应用。
一般的太阳能收集装置都是固定在一个方向的，不能充分采集太阳能。
笔者制作了一款名为“向日葵”的太阳能收集装置，它的最大特点就是装有转动装置，4个在太阳能板周围的光传感器随时检测周围环境光的亮度，经过代码处理，加上底下舵机的旋转，就能让太阳电池能板始终对着光最强的方向。
放到太阳光下的效果，就是它始终会对着太阳的方向，这样就能保证最大限度地收集太阳能。
笔者的太阳能收集装置基于Arduino制作，所用的元件都与Arduino兼容。
Arduino是一个开放源代码的硬件项目，最大的优势就是具有良好的开放性和扩展性。
用户在它的官网上可以随时免费下载电路图、源码和软件开发环境等，依据官方提供的PCB和SCH电路图，简化Arduino模组，来完成独立运作的微处理控制；也可以很方便地与传感器、各式各样的电子元件（红外线、超音波、热敏电阻、光敏电阻、伺服电机等）连接。
Arduino所用的编程语言类似C语言，但是结构更简单，更简洁易懂，对于机器人爱好者和电子知识尚欠缺的人群而言更容易上手。
笔者使用DFRobot的Romeo控制器对小车平台做直接的电机控制。
首先准备好制作“向日葵”的材料，这里用到了4个光线传感器、2个舵机及固定支架、1块扩展板、1块控制板、1块多功能固定板、1部Rover5小车（将向日葵固定在小车上，方便全方位监测）、1块太阳能板，最后别忘了电源（7~12V）。
详细信息如表1所示。
① ②
③ ④
⑤ ⑥
⑦ ⑧
表1 所需器件参考信息
元件名称
功能
所需数目（个）
参考价格（元）
DFR0026环保模拟环境光线传感器
基于环保型光敏二极管的光线传感器，可以用来对环境光线的强度进行检测
4
10×4
2自由度DF15MG舵机云台
含两个舵机和1个支架，用于多自由度机械臂、监控云台、双足机器人、多足机器人等
1
259
多孔原型钣金板
多功能固定板，用于传感器、电机等固定
1
59
Xbee传感器扩展板V5
一个传感器扩展板，能使大部分传感器轻松地和Arduino控制板连接
1
75
DFRduinoRomeo328控制器
基于Arduino的实用控制器，该控制器集成了电机驱动、键盘、IO扩展板、无线数串等接口，可方便地控制2个直流电机
1
300
太阳能电池板
用于收集太阳能
1
50
路虎5履带小车
用于安装舵机，以进行全方位检测
1
188
1.2V充电电池
小车和Romeo控制器的电源
6
路虎（Rover）5履带小车
路虎5履带小车与一般履带小车相比不同的地方是，可以根据路面情况的需要，调节前后轮的高度。
为了提高履带小车的越野性能及美观度，笔者将前后轮支架调节到了与地面形成15°左右夹角的位置。
由于Romeo的工作电压在7~12v，并且履带小车的工作电压与Romeo控制器相近，所以使用了6节1.2V的充电电池作为电机和Romeo控制器的电源，当然，选用7.4V的锂电池也会是一种比较合适的选择。
制作过程
准备好了上述材料就可以将这些元器件拼起来了，制作步骤如下。
1．将4个环境光线传感器呈“十”字形固定在多功能固定板的4个边上，这样做的目的是方便检测四周光线，尤其是在制作追光机器人时更体现了它的优势。
2．将2个舵机固定在一起。
这2个舵机分别控制横向和纵向的旋转，这里所用的舵机的旋转角度是从0°到180°的。
考虑到横向舵机在做太阳能收集器时不需要180°旋转，所以只要设定一定的偏角即可。
而纵向舵机因为要寻找光源，所以需要360°旋转，为此我将它安装在小车上，通过控制小车的运动来使舵机能全方位搜索光源。
3．将多功能板与舵机固定在一起。
4.将舵机与小车固定在一起。
5．将Xbee传感器扩展板插在DFRduinoRomeo328控制板上。
6．将DFRduinoRomeo328控制板固定到车上，然后将传感器和舵机的接口导线插到控制板的IO口上。
注：
光传感器读取的是模拟信号，所以要将它们连接到扩展板的Analog口，0~5口可任意选择。
而舵机是数字输出，要连接到PWM输出端，板子上有注明。
写代码的时候要注意。
7．最后只要将一块太阳能电池板固定在多功能板上就可以了，这样一个小型的向日葵式的太阳能收集装置就做好了。
设计原理及效果
4个光传感器的作用是寻找测试环境的最亮点，也就是太阳所在的位置。
经过测试，笔者所用的光传感器在光源变亮时，其值会相应减小。
所以只要找到这4个传感器所采集到的信号值的最小均值，那么也就找到光源最亮点的所在位置了。
再通过舵机的旋转加上电机控制，就可以扫描到周围光线的最亮点了。
将它拿到室外，每隔10分钟，“向日葵”会做一次检测，找到太阳所在位置进行定位并开始采集太阳能。
如果加装将太阳能电池板采集到的电能输出到其他设备的功能，就会让“向日葵”变成很有实用价值的会移动的自动充电器。
示意图如下：
太阳能收集装置参考代码
#include //一些库函数
#include
#include
ServoDF15MG1;
ServoDF15MG2;
intvala,valb,valc,vald,sum,mindata;
intaverage[25],pos2=0,i=1,no;
voidready（）
{
DF15MG2.write（0）;
}
voidsetup（）
{
DF15MG1.attach（3）;
DF15MG2.attach（11）;
DF15MG1.write（70）;
DF15MG2.write（0）;
delay（1000）;
for（inti=0;i<180;i++）
StartUpcode（）;
calmaxlight（）;
}
voidloop（）
{
}
voidStartUpcode（）
{
DF15MG1.write（70）;
vala=analogRead（0）; //传感器数值读入
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; //4个传感器求和
average[i]=sum/4; //求均值
mindata=average[1];
i++;
}
delay（10）;
}
voidcalmaxlight（）
{
mindata=average[1];
for（inti=2;i<19;i++）
{
if（mindata>average[i]）
{
mindata=average[i]; //找到最小值及其最小值的编号
no=i;
}
}
DF15MG2.write（no*10）; //舵机转到光源所在方向
}
“向日葵”的另一应用——追光机器人
在正常的室内环境光下，用手电筒打一束光，产生光源并移动，这时“向日葵”就会跟着你的手电筒转。
其原理类似上述的太阳能收集器，最大的区别在于此处不再做4个传感器的均值，而是将横竖方向的光传感器两两求差。
当一端的感应数值小于另一端时，就会向这一端偏转。
我们不必放上太阳能电池板，可以随个人喜好在板上固定任何东西，比如插朵花、放个娃娃上去等，这样就能使机器人看起来更加生动了。
追光机器人参考代码
#include //一些函数库
#include
#include
ServoDF15MG1;
ServoDF15MG2;
MetroreceMetro=Metro（20）;
MetroproceMetro=Metro（30）;
MetrotransMetro=Metro（40）;
intsumab,sumcd,pos1=90,pos2=90; //定义变量
intvala,valb,valc,vald;
voidready（）
{
DF15MG1.write（90）; //设定舵机的初始位置为90°
DF15MG2.write（90）;
}
voidsetup（）
{
DF15MG1.attach（3）;
DF15MG2.attach（11）;
}
voidloop（）
{
if（receMetro.check（）==1） //控制数据采集、处理、输出时间
{
receMetro.interval（10）;
receivedata（）;
}
if（proceMetro.check（）==1）
{
proceMetro.interval（15）;
processdata（）;
}
if（transMetro.check（）==1）
{
transMetro.interval（20）;
transmitdata（）;
}
}
voidreceivedata（）
{
vala=analogRead（0）; //设定光传感器模拟数据读取端口
valb=analogRead
（1）;
valc=analogRead
（2）;
vald=analogRead（3）;
}
voidprocessdata（）
{
sumab=vala-valb; //横竖光传感器读入数值求差
sumcd=valc-vald;
if（sumab<-10） //a、b传感器求差，要根据环境光的不同设定相应的值
{
pos1=pos1+1;
pos1=constrain（pos1,60,140）; //舵机1的角度设定在60°到140°
}
elseif（sumab>10）
{
pos1=pos1-1;
pos1=constrain（pos1,60,140）;
}
if（sumcd<-20） //c、d传感器求差，要根据环境光的不同设定相应的值
{
pos2=pos2+1;
pos2=constrain（pos2,0,180）; //舵机1的角度设定在0°到180°
}
elseif（sumcd>20）
{
pos2=pos2-1;
pos2=constrain（pos2,0,180）;
}
}
voidtransmitdata（）
{
DF15MG1.write（pos1）; //舵机旋转角度输出
DF15MG2.write（pos2）;
}
关键词：
移动 向日葵 基于 Arduino 小型 太阳能 收集 装置
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